作为油储层中电磁（EM）流体成像的高对比剂的巨介电纳米颗粒制造技术

本申请提供了使用巨介电材料作为对比剂以进行地下烃储层的电磁(EM)勘测的组合物和方法。用于EM勘测的注入流体组合物可包括水性流体和巨介电纳米颗粒，该巨介电纳米颗粒在1Hz至1MHz频率范围内的介电常数为至少10000。可通过将包括巨介电纳米颗粒的注入流体引入地下烃储层中，并由穿过储层的所发射的EM能量的传输时间来产生注入流体的位置的图像，从而进行地下烃储层的EM勘测。

Giant dielectric nanoparticles as a high contrast agent for electromagnetic (EM) fluid imaging in oil reservoirs

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】作为油储层中电磁(EM)流体成像的高对比剂的巨介电纳米颗粒
本公开主要涉及对诸如烃储层和位于此类储层中的流体之类的地下结构进行成像。更具体而言，本公开的实施方案涉及对此类储层和流体的井间及井地电磁(EM)勘测。
技术介绍
用于烃储层的井间及井眼至地表电磁(EM)勘测通常使用放置在一个井眼中的连续波(CW)EM源以及探测远端井眼中的EM信号的相位和振幅的接收器(如传感器)，其中可使用多个EM源和接收器。探测到的数据和推断的传输时间可以与EM源和接收器几何结构一起使用，从而经由利用射线跟踪的反演来创建井间平面的2D传导矩阵或图像。烃储层中的一些流体(如盐水)可能是导电的，因而会减弱EM信号。此类流体的存在对连续波EM勘测提出了重大挑战，因为此类勘测必须在非常低的频率(例如，约1Hz至约10kHz)下进行，这严重限制了井间成像分辨率。此外，在勘察之前，储层中减弱EM的流体的存在、浓度和分布通常是未知的，从而进一步增大了确定用于EM勘测的最佳频率和相应的成像精度的困难。
技术实现思路
本公开的实施方案主要涉及使用具有巨介电材料的注入流体对地下烃储层进行EM勘测(也称为“EM成像”或“EM探询”)。使用巨介电材料作为对比剂可改善注入流体与水饱和的储集岩或原生水之间的对比度。此外，巨介电材料对比剂可使得能够使用更宽的频率范围以用于地下烃储层的EM勘测。此外，在一些实施方案中，巨介电材料对比剂可使EM勘测中不再需要使用脉冲EM传送，从而能够使用商业制造的天线，因此降低了EM勘测操作的难度和成本。在一个实施方案中，提供了一种地下烃储层的电磁成像的方法。该方法包括将注入流体引入地下烃储层中。注入流体包含包括多个巨介电纳米颗粒的对比剂，使得多个巨介电纳米颗粒在1赫兹(Hz)至1兆赫(Mhz)的范围内的频率下的介电常数为至少10000。该方法还包括从地下井眼发射电磁能脉冲以穿过地下烃储层，以及由多个电磁传感器确定所发射的电磁能脉冲的传输时间，使得所发射的脉冲通过注入流体的传输时间大于所发射的脉冲通过不存在注入流体的地下烃储层的传输时间。该方法还包括基于所确定的传输时间生成注入流体通过地下烃储层的位置的图像。在一些实施方案中，多个巨介电纳米颗粒包括A-Cu3Ti4O12的纳米颗粒，使得A选自由Ce、Eu、Gd、Tb、Yb和Bi组成的组。在一些实施方案中，多个巨介电纳米颗粒包括下列中的至少一者的纳米颗粒：钛酸铜(CCTO)；包括选自由Li、Ti、Fe和V组成的组中的掺杂剂的掺杂氧化镍；包括选自由Ta、Ca和Ba组成的组中的掺杂剂的掺杂氧化铜；钛酸钡；和钛酸铋锶。在一些实施方案中，多个巨介电纳米颗粒的含量在总重量的1重量％(w/w％)至10w/w％的范围内。在一些实施方案中，注入流体包括水性流体。在一些实施方案中，从地下井眼发射电磁能脉冲以穿过地下烃储层包括从至少一个位于地下井眼中的发射器发射电磁能量。在一些实施方案中，地下井眼包括第一地下井眼，其中多个电磁传感器位于第二地下井眼中。在一些实施方案中，多个电磁传感器位于地表上。在一些实施方案中，图像包括2D空间图。在一些实施方案中，基于所确定的传输时间生成注入流体通过地下烃储层的位置的图像包括进行所确定的传输时间的反演。在一些实施方案中，该方法包括通过将水性流体与多个巨介电纳米颗粒混合来形成注入流体。在一些实施方案中，该方法包括基于图像来识别地下烃储层中的地下特征。在另一个实施方案中，提供了用于地下烃储层成像的注入流体组合物。该注入流体组合物包含水性流体以及包括多个巨介电纳米颗粒的对比剂，使得多个巨介电纳米颗粒在1赫兹(Hz)至1兆赫(Mhz)的范围内的频率下的介电常数为至少10000。在一些实施方案中，多个巨介电纳米颗粒包括A-Cu3Ti4O12的纳米颗粒，使得A选自由Ce、Eu、Gd、Tb、Yb和Bi组成的组。在一些实施方案中，多个巨介电纳米颗粒包括下列中的至少一者的纳米颗粒：钛酸铜(CCTO)；包括选自由Li、Ti、Fe和V组成的组中的掺杂剂的掺杂氧化镍；包括选自由Ta、Ca和Ba组成的组中的掺杂剂的掺杂氧化铜；钛酸钡；和钛酸铋锶。在一些实施方案中，多个巨介电纳米颗粒的含量在总重量的1重量％(w/w％)至10w/w％的范围内。在一些实施方案中，水性流体包括淡水或海水。附图说明图1为根据本公开的实施方案的用于井眼至井眼电磁勘测的发射器-接收器阵列的示意图；图2为根据本公开的实施方案的用于井眼至地表的电磁勘测的发射器-接收器阵列的示意图；图3为示出根据本公开的实施方案的由介电常数大于饱和储集岩的对比剂所产生的EM信号的时间延迟的示意图；以及图4为根据本公开的实施方案的使用巨介电纳米颗粒对储层进行成像的方法的流程图。具体实施方式将参照示出本公开的实施方案的附图更全面地描述本公开。然而，本公开可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于所示的实施方案。相反地，提供这些实施方案是为了使本公开透彻且完整，并且将本公开的范围充分传达给本领域技术人员。如将理解的，储层的电磁(EM)勘测(也称为“EM成像”或“EM探询”)依赖于EM波通过对比剂的速度与EM波通过周围环境(例如，水饱和的储集岩)的速度之间的差异。可根据等式1来确定EM波的速度：其中V为波速，c为光在真空中的速度，εr为介电常数，并且μr为相对磁导率。例如，在开采的储层中，EM速度由水和储集岩的εr和μr确定，并且取决于水饱和度的量。在一个示例中，具有20％孔隙率的水饱和砂的平均值可为εr＝3.5和μr＝1。因此，EM波通过水饱和储层的速度会减慢因此，如果在注水操作期间移动通过储层的注入水的EM速度大于使储集岩饱和的水的EM速度，则该注入水可被追踪，因为相比于穿过已经使储集岩饱和的静水，穿过注入水的发射和接收的EM波行进得更慢。如本公开中所讨论的，可通过井间(也称为井眼至井眼)或井眼至地表测量来直接测量该时间延迟。EM发射器与接收器之间有较大的时间延迟意味着EM速度慢于通过现有储集岩和使岩石饱和的静水的EM速度。以这种方式，可通过注入水穿过储层时在EM波速方面的差异而对注入水进行追踪。本公开的实施方案包括用于EM勘测的注入流体组合物，该注入流体组合物包含巨介电材料。在一些实施方案中，注入流体可包含水性流体和巨介电纳米颗粒。如本公开中所使用的，术语“巨介电”是指在1赫兹(Hz)至1兆赫(Mhz)的频率范围内的介电常数为至少10000(例如，在10000至1000000的范围内)的材料。在一些实施方案中，巨介电纳米颗粒可包括：A-Cu3Ti4O12(其中“A”包括三价稀土元素，如Ce、Eu、Gd、Tb、Yb或可包括Bi)化合物的纳米颗粒，如钛酸铜钙(CCTO)；掺杂氧化镍(例如，掺杂有Li、Ti、Fe或V的氧化镍)的纳米颗粒；掺杂氧化铜(例如，掺杂有Ta、Ca或Ba的氧化铜)的纳米颗粒；钛酸钡的纳米颗粒；以及钛酸铋锶的纳米颗粒。在一些实施方案中，巨介电材料可包括基于聚合物的碳纳米管复合材料。在一些实施方案中，用于E本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下烃储层的电磁成像的方法，包括：/n将注入流体引入所述地下烃储层中，所述注入流体包含对比剂，该对比剂包括多个巨介电纳米颗粒，其中所述多个巨介电纳米颗粒在1赫兹(Hz)至1兆赫(Mhz)的范围内的频率下的介电常数为至少10000；/n从地下井眼发射电磁能脉冲以穿过所述地下烃储层；/n由多个电磁传感器确定所发射的电磁能脉冲的传输时间，其中所发射的脉冲通过所述注入流体的传输时间大于所发射的脉冲通过不存在所述注入流体的所述地下烃储层的传输时间；以及/n基于所确定的传输时间生成所述注入流体通过所述地下烃储层的位置的图像。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171107 US 15/805,8441.一种地下烃储层的电磁成像的方法，包括：
将注入流体引入所述地下烃储层中，所述注入流体包含对比剂，该对比剂包括多个巨介电纳米颗粒，其中所述多个巨介电纳米颗粒在1赫兹(Hz)至1兆赫(Mhz)的范围内的频率下的介电常数为至少10000；
从地下井眼发射电磁能脉冲以穿过所述地下烃储层；
由多个电磁传感器确定所发射的电磁能脉冲的传输时间，其中所发射的脉冲通过所述注入流体的传输时间大于所发射的脉冲通过不存在所述注入流体的所述地下烃储层的传输时间；以及
基于所确定的传输时间生成所述注入流体通过所述地下烃储层的位置的图像。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个巨介电纳米颗粒包括A-Cu3Ti4O12的纳米颗粒，其中A选自由Ce、Eu、Gd、Tb、Yb和Bi组成的组。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个巨介电纳米颗粒包括下列中的至少一者的纳米颗粒：钛酸铜(CCTO)；包括选自由Li、Ti、Fe和V组成的组中的掺杂剂的掺杂氧化镍；包括选自由Ta、Ca和Ba组成的组中的掺杂剂的掺杂氧化铜；钛酸钡；和钛酸铋锶。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个巨介电纳米颗粒的含量在总重量的1重量％(w/w％)至10w/w％的范围内。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述注入流体包括水性流体。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中从地下井眼发射电磁能脉冲以穿过所述地下烃储层包括从至少一个位于所述地下井眼中的发射器发射电磁能量。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述地下井眼包括第一地下井眼，其中所述多个电磁传...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃丽卡·休梅克·埃利斯，霍华德·科哈恩·施密特，耶稣·曼纽尔·弗利克斯·塞尔万，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA