CN103547944B - 地质建造的检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质建造的检测系统，具体而言但不排他地用于石油勘探以及也用于油气藏的表征和监测，其中，地质建造的检测系统（10）包括定位在靠近具有垂直开拓方向的第一井（13）的地质建造（12）的表面上的电磁发射设备（11），所述第一井被金属壳（18）覆盖，以及定位在第一井（13）内部深处的电磁接收设备（14），所述电磁接收设备（14）包括电磁检测装置（30），其特征在于，电磁发射设备（11）包括能够生成集中在金属壳（18）的方向上的初级电磁场的初级电磁场生成装置（20），金属壳（18）将初级电磁场放射到地质建造（12）中。

Description

地质建造的检测系统

本发明涉及地质建造的检测系统，具体而言，但不排他地用于石油勘探，以及用于油气藏的表征和监测。

在石油勘探领域，用于重建靠近油气藏的底土的形态和性质的勘测方法的应用是已知的。

这些年来，基于从底土本身接收到的对电磁激励的响应的勘测方法已被证明特别成功。

为此，生成电磁场，并记录底土的电磁响应，其强度和相位取决于在传播路线中遇到的装置的电导率。

另一方面，岩层的电阻率（传导率的倒数）取决于各种因素，诸如地质建造中存在的水的饱和度、盐度，矿物成分等等。

因此，可以从对二级电磁场的检测获得形成岩层的各层的电阻率的测量值，并因此获得有关它的成分的信息。

考虑到碳氢化合物比正常的浸透了水的水成岩导电性差因此电阻性更大，电磁勘探方法可定为油气藏，还提供对萃取井周围的流的钻探和监控的引导。

为执行电磁勘探方法，使用包括发射设备和电磁接收设备的检测系统是已知的。

已知电磁发射设备可以包括一个或多个电偶极子，或至少一个金属线圈，交流电通过该金属线圈，用于生成用于勘测的电磁场，而接收设备通常包括与至少一个磁强计相关联的电四极子。

这些检测系统能够达到各种程度的空间分辨率和/或穿透深度，取决于生成的用于勘测的电磁场的强度和频率。

这些参数与检测系统中所包括的发射和电磁接收设备的布局密切相关。

更具体而言，第一种检测系统包括位于萃取井内部深处的电磁发射设备和置于周围地质建造的表面上的电磁接收设备。

在此情况下，在井内部深处生成的电磁场在地质建造上方内部传播，直到它被位于表面上的电磁接收设备检测到。

在萃取井的有限的空间中，无法安装大尺寸的电磁发射设备，这使得无法生成足够强度的电磁场以使得它能在传播经过地质建造之后在表面上被发现。

在这些条件下，为了确保所生成的电磁场可以在底土中传播并在表面上被检测到，而不会与噪声信号相混淆，因此需要生成低频电磁场，该低频电磁场显然可以允许电导率测量值的低空间分辨率。对于第一种类型的检测系统，因此不可能在萃取井附近的宽广的区域获得带有好的空间分辨率的测量值。

另一方面，第二种类型的检测系统包括靠近萃取井的位于地质建造的表面上的电磁发射设备以及置于井本身内部深处的电磁接收设备。

在此情况下，对发射设备的尺寸没有限制，因此对发射设备所生成的电磁场的强度也没有限制。因此可以发射能够在地质建造深处传播的高强度电磁场。然而，电磁场在地质建造内部的传播通常伴有高衰减，因此，无法获得涉及非常深的区域和远离电磁接收设备的区域的精确测量值。

第三种类型的检测系统包括发射设备和电磁接收设备，一般包括一对线轴，两者都位于萃取井内部深处。

在此情况下，只能对于与萃取井非常靠近的岩层执行高空间分辨率传导率测量，这是因为，由于安装发射设备的空间有限以及由于在发射设备和电磁接收设备之间建立的互感，无法生成高强度电磁场。

还应重要地指出，到目前为止提及的所有检测系统不允许在钻井过程中实时地执行测量，因为它们取决于位于井本身内部的至少一个设备的运转。

本发明的目标是克服如上所述的缺点，具体而言，是要提供一种地质建造的检测系统，其能够提供对于岩层（例如，靠近油气藏）的几何的三维表征来说足够准确的测量值的组合。

本发明的另一个目标是提供一种地质建造的检测系统，其允许通过实时的检测来监测油气藏随时间的演变。

根据本发明的这些及其他目标通过提供如权利要求1所指定的地质建造的检测系统来实现。

地质建造的检测系统的进一步的特征是从属权利要求的目标。

通过下面的说明性而非限制性的描述，参考所附示意图，根据本发明的地质建造的检测系统的特征和优点将变得显而易见：

-图1是根据本发明的检测系统的实施例的示意图；

-图2是图1的检测系统的方框图；

-图3是图1的检测系统中所包括的接收设备的实施例的示意图。

参考附图，这些附图示出了地质建造的检测系统10，包括定位在靠近具有垂直开拓方向的第一井13的地质建造12的表面上的电磁发射设备11，以及定位在上面的第一井13内部深处的电磁接收设备14。

更具体而言，井13被金属壳18覆盖，金属壳18在井13本身的几乎整个范围延伸。

电磁发射设备11连接到第一处理单元15，用于发射设备本身11的控制和馈电；此第一处理单元15也位于表面上。

类似地，接收设备14连接到第二处理单元16，用于接收设备14的控制和电源供应，还用于接收设备14收集到的数据的获取和处理。

此第二处理单元16靠近接收设备14位于第一井13中。

第一15和第二16处理单元通过用于传输数据和电能的脐带电缆（未示出）来相互连接。

根据本发明，发射设备11包括能够生成集中在金属壳18的方向上的初级电磁场的电磁场生成装置20。

在本发明的第一实施例中，所述电磁场生成装置20包括至少第一金属线圈21，其与第一井13同心，优选地具有大约200米的直径。

除至少一个金属线圈21之外，或者代替至少一个金属线圈21，电磁场生成装置20包括与地质建造12的表面平行放置并相对于第一井13对称定位的至少一对电偶极子22。

电磁场生成装置20优选地包括图1中所示出的两对电偶极子，它们成对地彼此正交，并且都平行于地质建造12的表面平面。

电磁场生成装置20除两对电偶极子之外还优选地包括第三电偶极子（未示出），其位于具有垂直开拓的优选地不超过100-200米深的第二井（未示出）中；此第三偶极子平行于所述开拓方向。

在任何情况下，电磁场生成装置20可以在时域、在频域或在直流电中操作。

接收设备14包括电磁场的检测装置30，该检测装置优选地包括与第一井13同轴的多个电极，并且多个电极排列为以便生成能够除所述场在垂直方向的梯度之外还测量电场的沿着第一井13的垂直开拓的方向的分量的至少三个电偶极子23。

所述同轴电极被定位在至少部分地包裹金属壳18的绝缘材料的覆盖物上。

以此方式，这些电极通过金属壳18电隔离，并且同时与第一井13的岩层电接触。

取决于深度位置，这些电极可以允许随着时间的推移监测油气藏中的饱和度变化。

接收设备14中所包括的电偶极子23必须定位在金属壳18外面的第一井13中，否则，它们将测量到零电场。

电磁场检测装置30还包括对磁场的垂直分量敏感的至少一个磁强计24，其优选地是第二金属线圈。磁强计可以定位在金属壳18内部或者外部。

如果电磁场检测装置30包括沿着第一井13的垂直开拓方向定位的两个或更多磁强计，则也可以在这个方向上揭示磁场的梯度。

在本发明的第二实施例中，检测系统10还包括位于地质建造12的表面上并包括表面检测装置（未示出）的表面接收设备（未示出）。

这些表面检测装置优选地包括至少三个电偶极子和至少一个磁强计。

根据替代的实施例，地质建造的检测系统10包括适于包含电磁发射设备并将其定位在海床上（如果萃取井是水下井）的水下设备（未示出）。

地质建造的检测系统10的功能如下。

发射设备11由第一处理单元15馈电，并辐射由电磁场生成装置20所生成的高强度初级电磁场。

由发射设备11辐射的初级电磁场可以是高频或低频的，取决于在谱分辨率和勘测深度方面的要求。下面为说明性而非限制性的目的，参考低频初级电磁场。

然而，在此情况下，虽然电磁场的辐射以低频发生，但是，自然的高频谐波自发地产生，其可以利用同一个接收器来检测到并用于详细的勘测。

电磁场生成装置20有利地能够创建集中在金属壳18的方向上的初级电磁场。

所述初级电磁场深入地传播到井13中，并与金属壳18耦合。

接受了初级电磁场的金属壳18的行为好像它是在不同的深度放射同一初级电磁波的天线，如图1所示；此效果通过金属壳18具有的高导磁率来获得。

以此方式，检测系统10的行为好像是它沿着第一井13的壁具有多个源，却保持了得益于外部定位电磁场生成装置20的优点。

由金属壳18放射的电磁场生成在包围第一井13的地质建造12中循环的多个涡电流。

这些涡电流引发次级电磁场，其强度和相位取决于形成地质建造12的岩石层的电磁性质，通过该次级电磁场传递涡电流。

次级电磁场有利地由位于第一井13中的接收设备14以能够与噪声相区分的强度级别而检测到。

具体而言，接收设备14中所包括的电磁场检测装置30对沿着电场和磁场的垂直方向的分量敏感。

很明显，以此方式可以检测水平地质界面的位置。事实上，与这些地质不连续表面对应，在电磁场的作用下，产生了电荷的不连续性，并且因此，在界面本身处在电厂的正交分量处产生电场不连续性。第二处理单元16接收涉及由接收设备14执行的测量的数据，并且计算沿着因此测量到的电场和磁场的垂直方向的梯度。

电梯度的测量值使得地质界面的存在能够在井到达它们之前被预测。

此外，此第二处理单元16根据所揭示的数据执行处理过程，通过该处理过程获得形成地质建造12的各层的电学性质的空间分布，以及各层本身之间存在的不连续性表面的定位。

为了保证有关地质建造12的信息是完整的，与以不同频率生成的初级电磁场对应地执行多次检测。

在此情况下，电磁场生成装置20辐射随时间改变电磁场的频率的电磁场。

以此方式，也可以相对于不同频率的电磁场来检测地质建造12的响应。

还应该指出，由检测系统10执行的勘测可以提供有关距离第一13甚至数百米的距离处的岩层的信息。

如果电磁场生成装置20除彼此正交的两对电偶极子之外还包括第三电偶极子，则还可以获得地质建造12的三维特征。

在此情况下，事实上，沿着笛卡儿空间的三个方向生成极化电磁场，它们本质上沿着相应的极化方向对电气的不连续性敏感。

如果检测系统10配备有表面接收设备，包括在地质建造12的巨大的表面区域上分布的表面检测装置，则金属壳18维持次级电磁场，以便它可以在表面上暴露，而不会与噪声信号相混淆。

由接收设备揭示的数据由第一处理单元15根据类似于由第二处理单元16对由第一接收设备14揭示的数据执行的过程的过程来处理。

在金属壳18上感应的电磁场感生出电流，该电流以适当的强度和频率趋向于通过焦耳效应对金属壳18进行加热。

此加热效应可以表示以电磁方式感生的热源，能够对井周围的地质建造加热。以此方式，可以优化重油的回收系数，对油气藏进行加热，以便显著降低油的粘度，并有利于石油萃取。

地质建造的检测系统的特征、本发明的目标、相对优势，通过上面的描述变得很明显。

事实上，位于第一井中的接收设备以及能够生成集中在金属壳的方向上的电磁场的电磁场生成装置的组合使用，可以获得不仅靠近井的而且还有它周围非常宽广的区域内的地质建造的电阻率的图。

金属壳事实上充当在不同的深度维持并放射初级电磁场的次级场源。

与井对应地集中的初级电磁场可以事实上深入地传播，比它在地质建造中传播时遭受的衰减小。这可以在非常大的深度处放射高强度电磁场。

将接收设备定位到第一井内部的深处，改善了与井靠得非常近的岩层的检测的分辨率。

此外，如果存在表面接收设备，则在钻探过程中还可以获得井周围的地质建造的表征。

这可以使钻探过程被引导，以便最大化碳氢化合物的萃取。

最后，显然，如此构思的地质建造的检测系统可以有很多修改和变体，它们都包括在本发明内；此外，所有详细信息都可以通过技术上等效的元素来代替。在实践中，所使用的材料以及尺寸都可以根据技术要求来改变。

Claims (8)

1.一种地质建造的检测系统(10)，包括电磁发射设备(11)以及电磁接收设备(14)，所述电磁发射设备(11)定位在靠近具有垂直开拓方向的第一井(13)的地质建造(12)的表面上，所述第一井被金属壳(18)覆盖，所述的电磁接收设备(14)定位在所述第一井(13)内部深处，所述电磁接收设备(14)包括电磁场检测装置(30)，所述电磁发射设备(11)包括能够生成集中在所述金属壳(18)的方向上的初级电磁场的电磁场生成装置(20)，所述金属壳(18)适于在所述地质建造(12)中放射所述初级电磁场，所述检测系统的特征在于：所述电磁场生成装置(20)包括双双彼此正交并且平行于所述地质建造(12)的表面平面的两对电偶极子，以及放置在沿着所述第一井(13)的所述垂直开拓方向并位于与所述第一井(13)相邻的第二井中的第三偶极子。

2.根据权利要求1所述的地质建造的检测系统(10)，其特征在于，所述电磁场生成装置(20)至少包括相对于所述第一井(13)同轴的第一金属线圈(21)。

3.根据权利要求1或2所述的地质建造的检测系统(10)，其特征在于，所述电磁场生成装置(20)至少包括平行于所述地质建造(12)的表面并相对于所述第一井(13)处于对称位置的一对电偶极子(22)。

4.根据权利要求1或2所述的地质建造的检测系统(10)，其特征在于，所述电磁场检测装置(30)包括与所述第一井(13)同轴并排列成产生至少三个电偶极子(23)的多个电极。

5.根据权利要求4所述的地质建造的检测系统(10)，其特征在于，所述电磁场检测装置(30)包括至少一个磁强计(24)。

6.根据权利要求1或2所述的地质建造的检测系统(10)，其特征在于，它还包括表面接收设备，所述表面接收设备包括表面检测装置。

7.根据权利要求1或2所述的地质建造的检测系统(10)，其特征在于，它包括水下设备，所述水下设备适于，如果所述第一井(13)是水下井，则包含所述电磁发射设备(11)并将其定位在海床上。

8.根据权利要求4所述的地质建造的检测系统(10)，其特征在于，与所述第一井(13)同轴的所述多个电极被定位在至少部分地包裹所述金属壳(18)的绝缘材料的覆盖物上。