使用电容式传感器进行多分量井眼电场测量的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于采集储层数据的方法和装置。该方法包括提供在储层中产生电磁场的一个或多个电磁源以及提供配备有电容式电极的一个或多个电磁传感器。电磁源位于与电磁传感器分离的位置。电磁传感器可以位于井内或者位于预定表面处，能够以三维方式测量磁场，并且可以与井内流体隔离。由电磁传感器采集的数据可以用来生成包括水饱和度在内的储油层模型。

Apparatus and method for multi-component borehole electric field measurement using capacitive sensors

The invention provides a method and a device for collecting reservoir data. The method includes providing one or more electromagnetic sources producing an electromagnetic field in a reservoir, and providing one or more electromagnetic sensors equipped with capacitive electrodes. The electromagnetic source is positioned at the separation from the electromagnetic sensor. The electromagnetic sensor may be located in or located at a predetermined surface, capable of measuring magnetic fields in a three-dimensional manner, and can be isolated from the fluid in the borehole. Data collected by an electromagnetic sensor can be used to generate an oil reservoir model including water saturation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于评价储油层和储气层的特性的装置和方法。更具体地，本专利技术涉及用于低频电磁场的三轴场传感器。
技术介绍
能源行业的各个环节需要遥感技术来完成例如评估石油储量枯竭、优化石油开采以及监测在地下注入和储存的水、气体和二氧化碳等任务。众所周知，以可靠方式测量井眼环境下的电场分量的能力对实现基于电磁场的表征和储层流体的监测技术具有重大价值。同样为公众所熟知的是:这种传感器的持久安装能够实现油田开采的最优化。现有的电场传感器对例如井眼流体的化学成分、井眼温度和压力条件、流体类型等非常敏感并且需要小心的维护，因此不可靠。如果不解决这些问题，那么供储层应用的有效电磁仪器的发展会局限于由大多数油田服务公司基于电磁感应而商业化的丝线器件(磁性线圈)。然而，这些基于电磁感应测量的磁性接收器对于以三维、低频方式测量电场响应不是最优的。在离井眼几百米远的位置查看井眼周围的流体饱和度的现行做法依赖于使用磁通计(即磁性线圈)作为传感器的电磁技术。这些器件被设计成检测和测量由在频域或时域内工作的电磁源产生的感应磁场。这种技术通常测量磁场的一个分量或三个分量。因此，目前的技术状况无法提供在井眼环境下以低频方式进行的三分量电场测量。例如，美国专利6，373，253公开了使用环形天线在IMHz?IOOMHz频率范围内测量井眼中的电磁分量。这种方法通过使用截然不同于电容方法的感应方法得到电场分量，并且这种方法具有非常高的频率范围。在经过感应以不接触的方式进行测量的情况下(例如在美国专利6，489，772中公开的方法)，传感器尺寸受到限制从而传感器的使用局限于单一(竖直)分量磁场测量。电容式电场传感器的优点在于传感器不需要直接地接触地层，并且即使在井眼环境下传感器也能够足够紧凑来测量电场的全部三个分量。如同美国专利6，809，521所公开的那样，在将电流注入到地层中之后在井眼环境下进行电容式测量以测得井眼的电阻率，但是这些属于测井工具构造并且限于井眼附近的小区域。这种技术所使用的频率也比较高，在IkHz?IOkHz的范围内。由于难以在井眼中为电场传感器提供低接触电阻和稳定的条件，所以本行业目前不具备井眼电场传感器技术。现有的电场传感器对例如井眼条件和流体类型等环境条件也非常敏感并且需要小心的维护，因此不可靠。另外，井眼的电容式电极设计用于例如大于IkHz的高频范围，并且用作查看井眼附近的小区域的测井工具。对于这些类型的器件来讲，电磁源与接收器在一起，或者电磁源至多与接收器相距短距离。对电磁场的全部三个分量的测量包括沿着三个正交方向测量电场和磁场，这会使对因注入水代替油而引起感应电磁场的极小变化的检测受益。如果不解决这些问题，那么供储层应用的有效遥感电磁仪器的发展会局限于由大多数油田服务公司基于电磁感应而商业化的丝线器件(电磁线圈)。
技术实现思路
本申请的
技术实现思路
涉及在储层中进行电磁测量以便表征和对例如油、水、气等进行流体监测的领域。目前，利用持久地布置在储层层面的电磁感测技术来监测储层的综合方法还有待于开发。引入可靠、低频的电场传感器能够将电磁应用扩展到三个维度并扩展到井眼附近的区域。通过使用与现有的小型化磁场传感器结合的电容式电极技术解决了在井眼中实现三轴电场测量和用于低频的问题。迄今为止，技术的限制已经阻碍了能够持久地布置在竖直井、倾斜井和水平井的储层中的可靠电场传感器的发展。这些限制中的一些与在井眼条件下不能测量电场的多个分量有关。器件的尺寸和提供与岩层的有效低接触电阻的需要阻碍了可靠井眼电场测量器件的发展。储层流体具有可变的导电性并且对由电磁源提供的电磁激励表现出不同的响应，该电磁源可以位于离接收器几十、几百或几千米远的位置。作为电阻流体的盐水、导电流体和气体或油之间的电学性能存在很大的反差。实际上，基于典型储层参数的岩石物理计算表明因盐水饱和度的变化而造成的电阻率的变化可以达到一个数量级或更大。电场分量对导电率分布的变化最为敏感并且是表征流体类型和监测流体随时间演变所需的地球物理信息的首要来源。多分量电场传感器放置在储层中或储层上方或储层下方或者在将这些位置组合的一些位置中，这样除在注水过程中监测波及系数(驱扫效率)之外还可以监控和管理石油生产。与在现有技术中测量单一竖直分量相比，测量井眼中三轴分布的低频电场的能力会大大提高对储层流体成分和成分随时间变化的敏感度。由于电容式电极对局部环境和湿度不敏感并且可以与井眼中的流体隔离，所以通过使用电容式电极可以可靠地实现上述能力。实际上，从流体到感测板的电传导完全是电磁方式的；电传导不依赖于电极和流体之间的化学反应(例如离子交换)，因此不依赖于流体的化学环境。电容式电场传感器在自由空间内工作而不与任何物体电接触。这种技术允许在井眼中以三维方式静止地或缓慢移动地测量电场分量。该技术没有移动部件并且功率低。此夕卜，由于该技术不经由化学反应与地层结合，所以这种测量更加可靠并且不依赖于例如压力、温度和化学性质等局部环境条件。电容式电极技术还可以应用于沙漠环境所特有的极其干燥的地面。这样具有无需使用电解质(例如在常规的不极化电极(多孔陶瓷电极)中使用的物质)的优点，因此能够持久地布置在储层层面处而无需维护。由于电容式电极小于在现有技术中使用的传感器，所以允许在井眼的有限空间内对三轴电场进行测量。此外,如上所述，由于三轴电容式电极与井内流体隔离,所以三轴电容式电极可以持久地设置和定位在储层中或者在日后布置和取回。如在本文中的进一步描述，在本申请的一个实施例中，可以通过测量在预定表面处、同一井眼中或另一井眼中的更远的电流源引发的电场测量电场的全部三个分量而不会在地层中感生局部电流。这样具有使勘探深度从几十厘米至几百厘米延长到几十米至几百米甚至到数公里的效果。在本专利技术的一个实施例中，一种用于采集储层数据的方法包括提供配备有电容式电极的至少一个电磁传感器以及将所述至少一个电磁源定位成与所述电磁传感器分离。然后，使用所述电磁源在储层中生成电磁场并且使用所述电磁传感器测量所述电磁场以采集测量的数据。可以使用测量的数据生成所述储层的模型。本专利技术的方法采用的电磁传感器可以以三维方式测量电磁场。这包括以三维方式测量电场和磁场。可以生成三维模型。所述电磁传感器可以与地下井中的井套或开采管连接，或者所述电磁传感器可以附接在称为井眼的井的内表面上。可以使用丝绳将所述电磁传感器定位在地下井中，并且可以使用丝绳从井中取出所述电磁传感器。可选地，可以使用管柱将所述电磁传感器定位在地下井中。所述电磁传感器可以以不与井的内表面接触的方式定位在地下井中。在一个实施例中，所述电磁源定位在预定表面处。在可选实施例中，所述电磁源定位在另一个井中。在另一可选实施例中，所述电磁传感器可以定位在预定表面处，并且所述电磁源可以定位在地下井中。在另一实施例中，所述电磁传感器可以定位在一个井中，并且所述电磁源可以定位在同一井中。在每一种情况下，所述电磁传感器可以与所述电磁源相距几米至几公里，并且在一个实施例中所述电磁传感器与所述电磁源相距至少I米。在本专利技术的方法或装置的一个实施例中，所述电磁源以0.1Hz?IOOOHz范围内的频率工作。所述储层可以是储油层、储气层或储水层。所述电磁传感器能够采集频域和时域内的电磁场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于采集储层数据的方法，包括如下步骤：步骤（a），提供配备有电容式电极的至少一个电磁传感器；步骤（b），将至少一个电磁源定位成与所述电磁传感器分离；步骤（c），使用所述至少一个电磁源在储层中产生电磁场；步骤（d），使用所述至少一个电磁传感器测量所述电磁场以采集测量的数据；以及步骤（e），使用测量的数据生成所述储层的模型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.17 US 13/109,7331.一种用于采集储层数据的方法，包括如下步骤: 步骤(a)，提供配备有电容式电极的至少一个电磁传感器； 步骤(b)，将至少一个电磁源定位成与所述电磁传感器分离； 步骤(C)，使用所述至少一个电磁源在储层中产生电磁场； 步骤(d)，使用所述至少一个电磁传感器测量所述电磁场以采集测量的数据；以及 步骤(e )，使用测量的数据生成所述储层的模型。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(d)还包括以三维方式测量所述电磁场，并且所述步骤(e)还包括生成三维模型。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤(a)还包括将所述至少一个电磁传感器与地下井中的井套连接。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤(a)还包括将所述至少一个电磁传感器与地下井中的开采管连接。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤(a)还包括将所述至少一个电磁传感器与地下井的内表面连接。6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤(a)还包括使用丝绳将所述至少一个电磁传感器定位在地下井中。7.根据权利要求6所·述的方法，还包括使用所述丝绳取出所述至少一个电磁传感器。8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤(a)还包括使用管柱将所述至少一个电磁传感器定位在地下井中。9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤(a)还包括将所述至少一个电磁传感器以不与井的内表面接触的方式定位在地下井中。10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤(a)还包括将所述至少一个电磁传感器定位在预定表面处，并且所述步骤(b)包括将所述至少一个电磁源定位在地下井中。11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述步骤(b)包括将所述至少一个电磁源定位在预定表面处。12.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述步骤(b)包括将所述至少一个电磁源定位在第二个井中。13.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述步骤(b)包括将所述至少一个电磁源定位在所述地下井中。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述步骤(b)还包括将所述至少一个电磁源定位在离所述至少一个电磁传感器至少I米远的位置。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个电磁源以0.1Hz~1000Hz范围内的频率工作。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述储层选自由储油层、储气层和储水层构成的群组。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个电磁传感器能够采集频域和时域内的电磁场数据。18.一种用于采集储油层数据的方法，包括: (a)将至少一个电磁传感器定位在地下井中；(b)将至少一个电磁源定位在与所述电磁传感器分离的位置；以及 (c)通过所述至少一个电磁源在储油层附近产生电磁场。19....

【专利技术属性】
技术研发人员：达尼埃莱·科隆博，蒂莫西·基欧，迈克尔·安东尼·杰维斯，布雷特·W·博尔丁，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：
国别省市：