CN112882107A - 一种egs磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法；该方法首先通过磁性纳米颗粒表面修饰技术和高温高压反应釜的热稳定性分析，完成磁性纳米颗粒的筛选，配置扩散性适宜和热稳定性可控的磁性纳米颗粒；在此基础上，开展岩心穿透试验，通过采样分析磁性纳米颗粒浓度的变化，刻化EGS连通性，并计算岩石注入水的热交换面积。同时利用电测技术，获得磁性纳米颗粒进入储层后的电磁信号分布，利用电阻率反演储层连通性和计算换热面积的方法，与磁性纳米颗粒浓度变化获得的连通性和热交换面积进行校准，形成磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法。

Description

一种EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法
技术领域
本发明属于深部地下储层热储工程技术领域；尤其涉及一种EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法。
背景技术
地热能是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全稳定的可再生能源，在未来清洁能源发展中占重要地位。增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)，是通过人造热储从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的地热系统。基于EGS技术的地热资源量十分巨大，被业界誉为地热能的未来，是地热资源研究的国际前沿和新兴热点，将在未来地热能开发与热能储存中占据举足轻重的位置。
示踪作为EGS不可或缺的关键技术，用以研究裂隙连通性、估算压裂产生的裂隙密度和计算热交换面积。裂隙连通性和压力产生的裂隙体积，可以基于单一示踪剂的穿透曲线，通过计算示踪剂的回采率、平均滞留时间和流动速率等参数获得，较为常见。而计算压裂后注入水与岩石介质的有效换热面积，则相对困难，是EGS面临的重要技术挑战之一。计算压裂后注入水与岩石介质有效换热面积的原理是：选用吸附性较强的示踪剂与扩散性较强的示踪剂开展示踪试验，获得峰值和拖尾差异显著的穿透曲线，借助于数学物理方程的定量描述，通过拟合获得换热面积。为获得换热面积，除对示踪剂有本底值低、易于检测、环境友好和价格低廉等“传统”要求外，还有以下两个条件必须要满足：一是要用至少两种示踪剂；二是要示踪剂间的扩散性有足够大的差异。
示踪剂通常分为天然示踪剂(环境同位素、溶解于水的离子与气体成分等)和人工示踪剂(染色剂、人工同位素与荧光素纳等)。每种示踪剂，各有其自身的优点和缺点。天然示踪剂，以水同位素18O和2H为例，作为水分子的组成部分，可用于判断水与岩石的反应过程，甚至识别水流途径，但由于地热能开采过程中，通常采用原水回灌，它无法用于人工改造热储后的裂隙评价。人工示踪剂，比如荧光素钠，能够用于追踪回灌水的运移，但它的吸附性与扩散性不可控制，且时有本底值较高的情景出现；并且由于荧光素钠的波长可检测范围有限，致使调整其扩散性较为困难。从示踪剂本身的性质出发，通常又可将示踪剂分为保守示踪剂和反应示踪剂，其中保守型示踪剂随溶液运移，不与岩石发生反应；反应示踪剂则在运移过程中与岩石(或自身)发生反应。但是，由于这些传统示踪剂本身的扩散性不易人工控制，在EGS的低渗条件下，有时候难以实现显著的穿透曲线峰值差和拖尾差，致使换热面积不能计算。
新型的纳米颗粒示踪剂，因水溶性好且扩散性可控，近年来受到国际同行的广泛关注。但是，应用纳米颗粒示踪技术仍有以下两个关键问题：一是监测成本高，监测井的钻井成本与示踪剂取样的监测成本均十分高昂；二是纳米颗粒的热稳定性未知，在高温高压条件下很有可能发生聚沉行为，致使示踪目的难以实现。
采用示踪技术评价EGS的换热面积是衡量其换热效果最重要的指标之一，但是受限于传统示踪剂难以人工控制，新型示踪剂监测成本高且存在热稳定性和吸附性未知的难点，成为EGS换热面积评价的关键难点。因此，研发新的示踪剂，尤其是扩散性可控的示踪剂十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供了一种EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，方法包括如下步骤：
步骤100，采用磁性纳米颗粒表面修饰技术及高温高压热稳定性分析，完成磁性纳米示踪剂选型及配置；
步骤200，以步骤100制备得到的磁性纳米颗粒示踪剂、保守示踪剂NaCL和反应示踪剂Safraine T三种示踪剂开展室内岩心穿透试验，激发电极进行电磁信号检测，反演计算复电阻率的实分量、虚分量和极化率，计算岩心孔隙度；
步骤300，通过采样分析磁性纳米颗粒浓度的变化，刻化EGS连通性，通过示踪试验获得不同峰值与拖尾的穿透曲线，采用数学模型分别拟合穿透曲线，构建裂隙溶质运移模型；
步骤400，利用电测技术，获得磁性纳米颗粒进入储层后的电磁信号分布，采用电阻率反演储层连通性；
步骤500，将岩心外探测到的电阻率分布与通过取样观测得到的穿透曲线进行对比，综合反演储层连通性和计算热交换面积。
优选地，所述步骤100的具体步骤为：将经表面修饰剂改性的磁性纳米颗粒置于高温高压反应釜，给定EGS现场稳温压条件，测定磁性纳米示踪剂溶液浓度的变化和历经变化，获得其随温压变化关系，筛选最为适合的表面修饰剂。
所述磁性纳米颗粒的表面修饰，采用不同的磁性纳米颗粒包裹材料(硫化聚苯乙烯和丙二酸的共聚物、SiO2和耐热铁蛋白等)，调整包裹体材料粒径，使它的扩散性得到人工控制，测定其粒径分布，以配置不同扩散性的磁性纳米颗粒，将配置好的磁性纳米示踪剂溶液置入高温高压反应釜中，参照拟定的野外地质条件，测定磁性纳米颗粒溶液浓度变化与粒径变化，获得磁性纳米颗粒浓度随温度和压力变化关系，筛选最为适合的表面修饰剂。
筛选具体步骤为：
步骤101，磁性纳米颗粒的表面修饰，配置一定浓度的磺化聚苯乙烯和丙二酸的共聚物(PSS-co-MA)溶液、SiO2修饰的磁性纳米颗粒和磁性铁蛋白纳米颗粒；
步骤102，磁性纳米颗粒的稳压敏感性分析，设计高温高压反应釜试验，分析粒径随温度和压力的变化关系，初步选用性能符合的磁性纳米颗粒；
步骤103，高温高压扩散性选型，模拟储层条件，通过高压驱替示踪剂，判定不同表面修饰剂对磁性纳米颗粒在孔隙中的吸附性和扩散性的影响，优选出高扩散性的磁性纳米颗粒作为理想的示踪剂。
步骤100的原理：模拟储层条件，通过高压驱替磁性纳米颗粒，判定不同表面修饰剂对磁性纳米颗粒在孔隙中的吸附性和扩散性的影响，优选高扩散性的磁性纳米颗粒作为理想的示踪剂；所述磁性纳米颗粒的扩散性在高温高压下可控是它能够用于EGS示踪试验的关键所在；而开展室内试验，筛选合适的表面修饰材料，以保障纳米颗粒的热稳定性、扩散性和吸附性可控。
优选地，步骤200的具体步骤为：采用激发极化法成像技术，分别对示踪剂NaCl、Safraine T和磁性纳米颗粒示踪剂开展实时监测，计算岩心复电阻率虚部随时间的变化，并与穿透曲线结果进行对比分析岩心穿透试验结果，计算穿透时间与裂隙体积，在裂隙溶质运移模型中给定裂隙开度、扩散性与岩心孔隙率等参数，拟合不同峰值和拖尾的穿透曲线，计算换热面积。
所涉及的所述NaCl示踪剂通过离子色谱测定，Safraine T示踪剂由分光光度计进行测定，磁性纳米示踪剂通过质谱仪和高分辨率透射电镜测定。
更进一步地，在步骤200中，以制备的磁性纳米颗粒示踪剂及保守示踪剂Nacl和反应示踪剂Safraine T三种示踪剂开展室内岩心穿透试验，其具体步骤为：
步骤201，试验开始前，将所选储层取样的岩心压出裂缝；
步骤202，用去离子水冲洗岩心以去除可能随后导致堵塞的任何矿物细粒，后将岩心置入压力容器中，容器外覆盖一层带保温材料的定温加热装置，进行密封处理。同时，配置三种示踪剂溶液置于示踪剂存储箱内；
步骤203，开始试验，打开抽气泵使压力容器保持负压，示踪剂进入岩心之后关闭抽气泵及支路阀门。设置背压调节器的压力参数，设置所加压力参数，使其既满足压力容器的需要，又低于背压调节器的设定压力。打开高压恒流泵对压力容器进行加压，同时设定加热温度，打开定温加热装置对压力容器进行加热，使用温度传感器和压力表确认容器内温度及压力值。保持平衡一段时间之后，设置背压调节器压力参数，使其小于压力容器压力参数，这样使示踪剂在系统中缓慢的向背压调节器分压端流动，在示踪剂收集处定期收集出流液。
步骤204，在进行3种示踪剂开展岩心穿透试验过程中，激发电极(Ag-AgCl)布置在岩心的进入端和出入端，而接收电极(非极化电极Ag-AgCl)在岩心表面等间距布设(温纳装置)。
步骤205，在电磁信号监测过程中，测量的是不同频率的相位和振幅数据，利用马奎特反演方法，计算复电阻率的实分量、虚分量和极化率。
步骤206，基于反演得到的电阻率值，根据修正后的阿尔奇公式计算岩心的孔隙度。
优选地，步骤200中，所述室内岩心穿透试得到的试验结果，计算穿透时间与裂隙体积，在裂隙溶质运移模型中给定裂隙开度、扩散性与岩心孔隙率等参数，拟合不同峰值和拖尾的穿透曲线，计算换热面积；
优选地，步骤200中，所述反演计算具体为：利用电磁信号反演介质连通性，将在岩心外探测到的电阻率分布与通过取样观测得到的穿透曲线进行对比，以综合反演储层连通性并计算注入水与岩石的有效换热面积。
优选地，在步骤300中，通过采样分析磁性纳米颗粒浓度的变化，刻化EGS连通性，通过示踪试验获得不同峰值与拖尾的穿透曲线，采用数学模型分别拟合穿透曲线，针对示踪剂在裂隙介质中传输运移过程的数学模型，需综合考虑流体在裂隙介质的流动、裂隙中的传热以及示踪剂的运移过程，构建裂隙溶质运移模型。
优选地，在步骤400中，利用电测技术，获得磁性纳米颗粒进入储层后的电磁信号分布，采用电阻率反演储层裂隙连通性，获得不同峰值与拖尾的穿透曲线，计算示踪剂的平均滞留时间、示踪剂回采率、流体运移速率等参数，标定裂隙溶质运移模型的模拟结果，评估流体的流动路径与渗透性。
所述电测技术通过便携式复电率测试仪和核磁共振谱仪两种设备来测试电阻率和电磁信号分布。采用激发极化法成像技术，分别对3种示踪剂(NaCl、Safraine T和磁性纳米颗粒)开展实时监测，计算岩心复电阻率虚部随时间的变化，并与穿透曲线结果进行对比分析。
优选地，步骤400的具体步骤如下：通过电磁成像技术，实现磁性纳米颗粒的实时分布探测，以减少因钻井而产生的巨额监测成本；并创新监测手段，以地球物理探测代替取样观测，通过数学反演，计算储层换热面积。利用电磁信号反演介质连通性，将在岩心外探测到的电阻率分布与通过取样观测得到的穿透曲线进行对比，以综合反演储层连通性并计算注入水与岩石的有效换热面积。从而为未来地热能开发提供新技术手段。
优选地，步骤400中，所述电阻率反演储层连通性，具体为利用马奎特算法的Cole-Cole参数反演方法，实时计算岩心的电阻率和极化率，并与岩心的初始电阻率和极化率进行对比，计算电阻率的变化值，并获得岩心的孔隙度和渗透率参数。
在步骤500中，基于岩心穿透试验结果，计算穿透时间与裂隙体积，在裂隙溶质运移模型中给定裂隙开度、扩散性与岩心孔隙率等参数，拟合不同峰值和拖尾的穿透曲线，计算换热面积；利用电磁信号反演介质连通性，将在岩心外探测到的电阻率分布与通过取样观测得到的穿透曲线进行对比，以综合反演储层连通性并计算注入水与岩石的有效换热面积。
所述换热面积计算是基于岩心地球物理实时监测结果，计算穿透时间、孔隙度和渗透率等参数，在裂隙溶质运移模型中给定裂隙开度和扩散系数，拟合复电阻率虚部随时间的变化曲线，计算换热面积。
所述岩心压力容器材质为钢级n80的石油钢管，其直径50mm，长为200mm；其外部环形套内设有通电可加热的电炉丝；电炉丝外层为耐温300℃的玻璃纤维棉；保温层外加装特制的防磁环，以抵抗钢管电磁干扰的作用。
本发明具有以下优点：
(1)本发明采用室内试验和数学模型相结合的方法，同时基于已建EGS项目场地资料，采用磁性纳米颗粒作为示踪剂，通过室内高温高压反应釜试验模拟野外地质条件，给定不同温度和压力，选择扩散和吸附性质差异显著的表面修饰剂对磁性纳米颗粒进行表面修饰，测定其粒径和扩散性变化，从而对表面修饰剂进行选型以解决磁性纳米颗粒的热稳定性和吸附性问题。
(2)本发明与保守示踪剂NaCl和吸附示踪剂Safraine T相结合，搭建室内试验平台，开展示踪试验；利用监测成本相对较低的电磁信号反演介质连通性，将在岩心外探测到的电阻率分布与通过取样观测得到的穿透曲线进行对比，以综合反演储层连通性，并计算注入水与岩石的有效换热面积。
(3)本发明通过开展室内岩心穿透试验分析高温高压下磁性纳米颗粒作为示踪剂的性能表现，建立对裂隙孔径、连通性和换热面积等关键生产参数的定量分析方法，以获得对磁性纳米颗粒示踪技术的新认识，利用电磁成像技术解译储层中裂隙连通性的新方法，为未来地热能开发提供新的技术手段。
附图说明
图1为本发明实施例提供的EGS磁性纳米颗粒示踪技术和解译方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中提供的岩心穿透试验装置示意图；
图3为本发明实施例提供的岩心压力容器结构示意图；
图4为经磺化聚苯乙烯和丙二酸的共聚物、SiO2和耐热铁蛋白修饰的磁性纳米颗粒示意图；
图中标号：
1-示踪剂存储罐；2-高压喷射泵；3-示踪剂管路调节阀；4-注水管路调节阀；5-高压恒流泵；6-注水水箱；7-岩心压力容器；8-采集器；9-温度传感器；10-压力传感器；11、13-抽气管路截止阀；12-抽气泵；14-背压调节阀；15-溶液回收管路截止阀；16-示踪剂溶液回收容器；17-氮气瓶；18-氮气管路；19-信号传输线；20-示踪剂溶液管路。
701-岩心体；702-压力容器；703-恒温加热环；704-保温层；705-防磁环。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
实施例
本实施例提供的EGS磁性纳米颗粒示踪技术和解译方法，该方法可以包括如下几个步骤：见图1所示：
步骤100，采用磁性纳米颗粒表面修饰技术及高温高压热稳定性分析，完成磁性纳米示踪剂选型及配置；
步骤100具体步骤为：磁性纳米颗粒的表面修饰采用不同的磁性纳米颗粒包裹材料(硫化聚苯乙烯和丙二酸的共聚物、SiO2和耐热铁蛋白等)，调整包裹体材料粒径，使它的扩散性得到人工控制，测定其粒径分布，以配置不同扩散性的磁性纳米颗粒，将配置好的磁性纳米示踪剂溶液置入高温高压反应釜中，参照拟定的野外地质条件，测定磁性纳米颗粒溶液浓度变化与粒径变化，获得磁性纳米颗粒浓度随温度和压力变化关系，筛选最为适合的表面修饰剂。
其筛选的具体步骤为：
步骤101，磁性纳米颗粒的表面修饰，配置一定浓度的磺化聚苯乙烯和丙二酸的共聚物(PSS-co-MA)溶液，将其自组装形成笼型结构，模拟铁蛋白的仿生矿化条件(pH 8.5,65℃)，在共聚物的笼子里面合成单分散性的磁铁矿(Fe3O4)纳米颗粒，通过离心和浓缩去除聚集的磁性纳米颗粒；同样的方法获得SiO2修饰的磁性纳米颗粒；利用基因工程重组的耐热铁蛋白空壳，通过控制铁蛋白空壳的进铁原子数，仿生矿化合成磁铁矿核的磁性铁蛋白纳米颗粒。将磁性纳米颗粒的粒径控制在10-12nm之间(参见图4所示)；
步骤102，磁性纳米颗粒的稳压敏感性分析，设计高温高压反应釜试验，逐一给定温度为90℃、150℃、200℃与压力为1Mpa、10MPa、30Mpa的温压环境，分别将所述经不同修饰技术改造的磁性纳米颗粒溶液加入反应釜及驱替装置中，加入前后分别采用高分辨率透射电镜测试磁性纳米颗粒粒径分布，分析粒径随温度和压力的变化关系，以粒径分布最为稳定、聚沉行为最少的表面修饰剂作为岩心穿透试验的磁性纳米颗粒；
步骤103，高温高压扩散性选型，模拟储层条件，通过高压驱替示踪剂，判定不同表面修饰剂对磁性纳米颗粒在孔隙中的吸附性和扩散性的影响，选用高扩散性的磁性纳米颗粒作为理想的示踪剂。
步骤200，以制备的磁性纳米颗粒示踪剂及保守示踪剂Nacl和反应示踪剂Safraine T三种示踪剂开展室内岩心穿透试验，激发电极进行电磁信号检测，反演计算复电阻率的实分量、虚分量和极化率，计算岩心孔隙度；
在步骤200中，以制备的磁性纳米颗粒示踪剂及保守示踪剂Nacl和反应示踪剂Safraine T三种示踪剂开展室内岩心穿透试验，岩心穿透试验装置参见图2所示，岩心压力容器结构参见图3所示。
步骤201，试验开始前，将所选储层取样的岩心701压出裂缝；
步骤202，用去离子水冲洗岩心701以去除可能随后导致堵塞的任何矿物细粒，后将岩心置入压力容器702中，容器外为带保温材料704的恒温加热环703，保温材料704外设置防磁环705，配置三种示踪剂溶液置于示踪剂存储箱1内；
步骤203，开始试验，打开抽气泵12使压力容器7保持负压，示踪剂溶液进入岩心701之后关闭抽气泵12及截止阀11和13；设置背压调节阀14的压力参数，打开高压恒流泵5对压力容器7进行加压，定温加热装置703对压力容器7进行加热，温度传感器9和压力传感器10监测压力容器7内温度及压力值。温度和压力数值平稳后，设置背压调节阀14压力参数，使其小于压力容器7压力参数，使示踪剂向背压调节阀14分压端流动，在示踪剂溶液回收容器16处定期收集出流液。
步骤204，在进行3种示踪剂开展岩心穿透试验过程中，测量频率在1～1000Hz中，选择20个频率。根据流体注入速率，选择测量时间间隔，暂定为每分钟，测量一次。
步骤205，在电磁信号监测过程中，测量的是不同频率的相位和振幅数据，利用马奎特反演方法，计算复电阻率的实分量、虚分量和极化率。计算过程如下：
岩心的复电阻率可以表示为：ρ*＝ρ′(ω)+iρ″(ω)
激电效应引起的复电阻率频谱满足Cole-Cole模型：
Figure BDA0002900108060000101
式中，ρ-电阻率(不包含激电效应)，ρ0-零频电阻率(包含激电效应，)m-充电率(极化率，)τ-时间常数(单位s，)c-频率相关系数。
复电阻率虚分量、实分量、相位和振幅的表达式：
虚分量：
Figure BDA0002900108060000111
实分量：
Figure BDA0002900108060000112
相位：
Figure BDA0002900108060000113
振幅：
Figure BDA0002900108060000114
步骤206，基于反演得到的电阻率值，根据修正后的阿尔奇公式计算岩心的孔隙度。
含流体饱和岩石的有效电阻率与孔隙度和流体电阻率满足如下关系式：
Figure BDA0002900108060000115
其中，
Figure BDA0002900108060000116
根据RGPZ模型，岩石中的孔隙度与渗透率满足如下公式：
Figure BDA0002900108060000121
其中KRGPZ为渗透率，单位：m2，d为颗粒直径的几何平均数，φ为孔隙度，m为胶结指数，通常为经验常数，a为参数常量，对准球状颗粒组成的三维地质体来讲，a＝8/3。
步骤300，通过采样分析磁性纳米颗粒浓度的变化，刻化EGS连通性，通过示踪试验获得不同峰值与拖尾的穿透曲线，采用数学模型分别拟合穿透曲线，针对示踪剂在裂隙介质中传输运移过程的数学模型，需综合考虑流体在裂隙介质的流动、裂隙中的传热以及示踪剂的运移过程，构建裂隙溶质运移模型。
针对裂隙介质中的地下水流动，可以用简化的Navier-Stokes方程进行模拟：
Figure BDA0002900108060000122
其中μ是流体粘滞系数，v是流体流速，P是压力，ρw是流体密度。同时结合流体的质量守恒方程：
Figure BDA0002900108060000123
其中b代表裂隙的开度，方程的右边项代表流经裂隙的源汇项。联立上述两组方程，结合Poiseuille流体定律，我们可以获得流体在裂隙介质流动的主要控制方程：
Figure BDA0002900108060000124
通过求解该方程以获得裂隙流场压力场的分布，代入简化的Navier-Stokes方程可以获得流速场分布，用以求解后文中示踪剂的运移。为描述温度变化的影响，需在流场的基础上考虑能量守恒方程以描述裂隙介质中的传热过程：
Figure BDA0002900108060000131
其中cw和kw分别代表裂隙流体的热容和热导率，代表裂隙表面与岩石基质交换的热量。岩石基质中的传热过程可由如下能量守恒方程求解:
Figure BDA0002900108060000132
其中hL是液相的焓，λ是热传导系数，Qheat是热量的源汇项，Ht是系统中总的焓，包括流体和岩石两部分的贡献：
Ht＝φpLhL+(1-φ)ρRcpRT
其中ρR是岩石密度，cpR是岩石比热容。在上述获得裂隙介质中流场和传热场的基础上，进一步求解示踪剂在裂隙介质中的流动。基于示踪剂在裂隙介质中的质量守恒方程，我们可以建立示踪剂流动的主要控制方程：
Figure BDA0002900108060000133
其中C为裂隙中的示踪剂浓度，D为示踪剂在裂隙中的扩散系数，v为溶质在裂隙中的流速，可由前文所述的求解裂隙介质流场的方法获得。φm为岩石基质的孔隙度，Cm为岩石基质中的溶质浓度，Dm为溶质在岩石基质中的扩散系数。而示踪剂在岩石基质中的扩散可建立如下控制方程并求解：
Figure BDA0002900108060000134
数学模型的整体求解拟采用Galerkin有限元法在空间上作离散，用Euler差分法在时间上离散，基于全局隐式耦合算法，用Newton-Rapson方法处理耦合方程的非线性，直接求解器SparseLU用于求解稀疏矩阵。
步骤400，利用电测技术，获得磁性纳米颗粒进入储层后的电磁信号分布，采用电阻率反演储层连通性；
利用电测技术，获得磁性纳米颗粒进入储层后的电磁信号分布，采用电阻率反演储层裂隙连通性，获得不同峰值与拖尾的穿透曲线，利用上述方程模拟获得穿透曲线，计算示踪剂的平均滞留时间、示踪剂回采率、流体运移速率等参数，标定裂隙溶质运移模型的模拟结果，评估流体的流动路径与渗透性。
步骤500，以实测的穿透曲线校准模拟的穿透曲线，通过拟合可获得一个集中参数
Figure BDA0002900108060000141
以ΔC表示它：
Figure BDA0002900108060000142
式中，
Figure BDA0002900108060000143
为孔隙度，b为裂隙半开度，Dm为示踪剂的弥散系数。
Figure BDA0002900108060000144
只与岩心相关，Dm只与示踪剂相关，而b与单位体积(V)裂隙内水与岩石的换热面积(SA/V)有如下关系：
SA/V＝1/b.
而裂隙体积V可通过示踪曲线的平均驻留时间(τ)获得：
V＝Q*τ
式中，Q为岩心中流体的流量，它与τ均可通过单一示踪曲线获得。
将岩心外探测到的电阻率分布与通过取样观测得到的穿透曲线进行对比，综合反演储层连通性和计算热交换面积。
作为本发明一种优选的技术方案，基于电磁信号的EGS热储裂隙连通性评价与换热面积的计算中，电磁信号测量采用激发极化法成像技术，分别对3种示踪剂开展实时监测，计算岩心复电阻率虚部随时间的变化，并与穿透曲线结果进行对比分析。
裂隙连通性评价，利用马奎特算法的Cole-Cole参数反演方法，实时计算岩心的电阻率和极化率，并与岩心的初始电阻率和极化率进行对比，计算电阻率的变化值，并获得岩心的孔隙度和渗透率等参数。
热交换面积的计算，基于岩心地球物理实时监测结果，计算穿透时间、孔隙度和渗透率等参数，在裂隙溶质运移模型中给定裂隙开度和扩散系数，拟合复电阻率虚部随时间的变化，计算换热面积。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用室内试验和数学模型相结合的方法，同时基于已建EGS项目场地资料，采用磁性纳米颗粒作为示踪剂，通过室内高温高压反应釜试验模拟野外地质条件，给定不同温度和压力，选择扩散和吸附性质差异显著的表面修饰剂对磁性纳米颗粒进行表面修饰，测定其粒径和扩散性变化，从而对表面修饰剂进行选型以解决磁性纳米颗粒的热稳定性和吸附性问题。
(2)本发明与保守示踪剂NaCl和吸附示踪剂Safraine T相结合，搭建室内试验平台，开展示踪试验；利用监测成本相对较低的电磁信号反演介质连通性，将在岩心外探测到的电阻率分布与通过取样观测得到的穿透曲线进行对比，以综合反演储层连通性，并计算注入水与岩石的有效换热面积。
(3)本发明通过开展室内岩心穿透试验分析高温高压下磁性纳米颗粒作为示踪剂的性能表现，建立对裂隙孔径、连通性和换热面积等关键生产参数的定量分析方法，以获得对磁性纳米颗粒示踪技术的新认识，利用电磁成像技术解译储层中裂隙连通性的新方法，为未来地热能开发提供新的技术手段。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。

Claims (10)

1.一种EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100，采用磁性纳米颗粒表面修饰技术及高温高压热稳定性分析，完成磁性纳米示踪剂选型及配置；
步骤200，以步骤100制备得到的磁性纳米颗粒示踪剂、保守示踪剂NaCL和反应示踪剂Safraine T三种示踪剂开展室内岩心穿透试验，激发电极进行电磁信号检测，反演计算复电阻率的实分量、虚分量和极化率，进而计算岩心孔隙度；
步骤300，通过采样分析磁性纳米颗粒浓度的变化，刻化EGS连通性，通过示踪试验获得不同峰值与拖尾的穿透曲线，采用数学模型分别拟合穿透曲线，构建裂隙溶质运移模型；
步骤400，利用电测技术，获得磁性纳米颗粒进入储层后的电磁信号分布，采用电阻率反演储层连通性；
步骤500，将岩心外探测到的电阻率分布与通过取样观测得到的穿透曲线进行对比，综合反演储层连通性和计算热交换面积。
2.如权利要求1所述的EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，其特征在于，所述步骤100的具体步骤为：将经表面修饰剂改性的磁性纳米颗粒置于高温高压反应釜，给定EGS现场稳温压条件，测定磁性纳米示踪剂溶液浓度的变化和历经变化，获得其随温压变化关系，筛选最佳表面修饰剂。
3.如权利要求2所述的EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，其特征在于，所述筛选的具体步骤为：
步骤101，磁性纳米颗粒的表面修饰，配置一定浓度的磺化聚苯乙烯和丙二酸的共聚物溶液、SiO2修饰的磁性纳米颗粒和磁性铁蛋白纳米颗粒；
步骤102，磁性纳米颗粒的稳压敏感性分析，设计高温高压反应釜试验，分析粒径随温度和压力的变化关系，初步选用性能符合的磁性纳米颗粒；
步骤103，高温高压扩散性选型，模拟储层条件，通过高压驱替示踪剂，判定不同表面修饰剂对磁性纳米颗粒在孔隙中的吸附性和扩散性的影响，优选出高扩散性的磁性纳米颗粒作为理想的示踪剂。
4.如权利要求1所述的EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，其特征在于，所述步骤200的具体步骤为：采用激发极化法成像技术，分别对示踪剂NaCl、Safraine T和磁性纳米颗粒示踪剂开展实时监测，计算岩心复电阻率虚部随时间的变化，并与穿透曲线结果进行对比分析岩心穿透试验结果，计算穿透时间与裂隙体积，在裂隙溶质运移模型中给定裂隙开度、扩散性与岩心孔隙率参数，拟合不同峰值和拖尾的穿透曲线，计算换热面积。
5.如权利要求1所述的EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，其特征在于，
所述步骤400的具体步骤如下：通过电磁成像技术，实现磁性纳米颗粒的实时分布探测，减少监测成本；并创新监测手段，以地球物理探测代替取样观测，通过数学反演，计算储层换热面积。
6.如权利要求1所述的EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，其特征在于，所述步骤500具体为：利用电磁信号反演介质连通性，将在岩心外探测到的电阻率分布与通过取样观测得到的穿透曲线进行对比，以综合反演储层连通性并计算注入水与岩石的有效换热面积。
7.如权利要求1所述的EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，其特征在于，
所述步骤400中，所述电阻率反演储层连通性，具体为利用马奎特算法的Cole-Cole参数反演方法，实时计算岩心的电阻率和极化率，并与岩心的初始电阻率和极化率进行对比，计算电阻率的变化值，并获得岩心的孔隙度和渗透率参数。
8.如权利要求1所述的EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，其特征在于，
所述步骤200中，所述室内岩心穿透试得到的试验结果，计算穿透时间与裂隙体积，在裂隙溶质运移模型中给定裂隙开度、扩散性与岩心孔隙率等参数，拟合不同峰值和拖尾的穿透曲线，计算换热面积。
9.如权利要求1所述的EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，其特征在于，
所述步骤200中，所述反演计算具体为：利用电磁信号反演介质连通性，将在岩心外探测到的电阻率分布与通过取样观测得到的穿透曲线进行对比，以综合反演储层连通性并计算注入水与岩石的有效换热面积。
10.如权利要求1所述的EGS磁性纳米颗粒示踪技术与解译方法，其特征在于，步骤500中，基于岩心穿透试验结果，计算穿透时间与裂隙体积，在裂隙溶质运移模型中给定裂隙开度、扩散性与岩心孔隙率参数，拟合不同峰值和拖尾的穿透曲线，计算换热面积；利用电磁信号反演介质连通性，将在岩心外探测到的电阻率分布与通过取样观测得到的穿透曲线进行对比，以综合反演储层连通性并计算注入水与岩石的有效换热面积。
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