CN118033762A - 基于地面和井-地时频电磁测量的co2监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于地面和井‑地时频电磁测量的CO2监测系统及方法，涉及时频电磁勘探技术领域，该系统包括：包括在监测工区形成以CO2注入井为中心的方形监测区的四根第一电流源发射天线，四根第一电流源发射天线的中部均连接有第一时频电磁可控电流发射源；CO2注入井的金属套管和注入管柱的环空之间布设有第二电流源发射天线，第二电流源发射天线伸出井口的一端连接有第二时频电磁可控电流发射源，还包括多个时频电磁采集站；用不同阶段采集的实时或时移地面三维和井‑地时频电磁数据的处理结果，实时评价超临界态二氧化碳注入井地下储层的效率，并对地下超临界态二氧化碳的运移进行长期的安全监测，防止超临界态二氧化碳沿注入井或监测井的井壁或被注入地下的高压超临界态二氧化碳激活的浅地表断层或裂缝泄露到地面。
Description
技术领域
本发明涉及时频电磁勘探技术领域，更具体地说，它涉及基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统及方法。
背景技术
CCS，即二氧化碳捕集与封存，是一种用于减缓气候变化、减少二氧化碳排放的技术，其雏形是20世纪70年代在美国兴起的用二氧化碳驱油以提高石油采收率的技术；CCS的三个关键要素，是对二氧化碳进行捕集、运输和地质封存。CCUS，即二氧化碳的捕集、利用与封存，是我国结合本国实际提出的概念，即在CCS基础上增加了二氧化碳利用的环节，主要方式包括利用二氧化碳驱油，精制食品级二氧化碳以及其他工业利用方式。CCUS在二氧化碳捕集与封存(CCS)的基础上增加了“利用(Utilization)”，这一理念是随着CCS技术的发展和对CCS技术认识的不断深化，在中美两国的大力倡导下形成的，目前已经获得了国际上的普遍认同。CCUS按技术流程分为捕集、输送、利用与封存等环节。
CCS、CCUS的定义碳捕获与封存(Carbon Capture and Storage CCS)技术是指将二氧化碳从工业或相关排放源中分离出来，输送到封存地点，并长期与大气隔离的过程；这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的办法。CCUS全称Carbon Capture,Utilization and Storage，指碳捕集、封存及再利用技术；二氧化碳(CO2)捕集利用与封存(CCUS)是指将CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现CO2永久减排的过程，作为应对全球气候变化的关键技术之一，CCUS旨在将CO2从源头捕获，提纯继而循环再利用，或者封存于地下，从而平衡CO2对气候产生的消极影响。
碳捕获、利用与封存(Carbon Capture，Utilization and Storage CCUS)技术是CCS技术新的发展趋势，即把生产过程中排放的二氧化碳进行捕获、提纯，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存的一种技术；该技术具备实现大规模温室气体减排与化石能源低碳利用的协同作用，是未来应对全球气候变暖的重要技术选择之一。CCS技术主要由四个环节组成：捕集、运输、地质封存和监测、用于增加石油采收率(EOR/EGR)，其中第四个环节是可选环节，具有潜在收益。
通过大量实施的CCS和CCUS项目，地下注入了数百万吨或数千万吨甚至过亿吨的高压的超临界态二氧化碳；由于二氧化碳的比值大于氧气，如果地下注入的二氧化碳通过注入井或监测井的井壁或被地下高压二氧化碳激活的地表浅层的断层或裂缝带泄露到地面，将会造成巨大的地质灾害，会对二氧化碳泄露区域的生命财产造成不可估量的损失。因此，我们需要在CCS和CCUS项目的地面和井下布设实时长期的有效监测系统，实时监测地下二氧化碳向地面的泄露情况，一旦发生二氧化碳在地表的泄露时，及时发出预警信息，并启动应急响应机制，采取必要的工程技术手段堵塞二氧化碳泄露通道，疏散泄露区域内和附近的群众，尽量避免重大地质灾害的发生。
目前有用在CCS和CCUS工区地面和井口安装二氧化碳气体监测传感器进行实时监测预警，但是此方法只是被动监测，在地面或井下没有发生二氧化碳泄露时，无法预先知道或监视地下高压二氧化碳的运移状态。另外还有利用地面三维时移地震(四维地震)或时移三维垂直地震剖面(4D-VSP)勘探技术进行地下深部二氧化碳运移的监测；由于超临界态二氧化碳的密度达到了0.7，与地下深部地层孔隙水的密度差异不是很大，造成地下储层中超临界态二氧化碳驱替孔隙水后，地下深部储层内的弹性参数变化较小，地面三维时移地震(四维地震)或时移三维垂直地震剖面(4D-VSP)采集的数据变化也很小；考虑到地面或井中时移地震数据的采集误差，数据处理过程中的误差，时移地震数据处理结果的可靠性大幅度下降，因此地面或井下时移地震数据难以准确的监测地下深部储层内二氧化碳前锋的运移和赋存状态。
发明内容
本发明的目的在于提供基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统及方法，用不同阶段采集的实时或时移地面三维和井-地时频电磁数据的处理结果，实时评价超临界态二氧化碳注入井地下储层的效率，并对地下超临界态二氧化碳的运移进行长期的安全监测，防止超临界态二氧化碳沿注入井或监测井的井壁或被注入地下的高压超临界态二氧化碳激活的浅地表断层或裂缝泄露到地面。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，本申请提供了基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，包括在监测工区形成以CO2注入井为中心的方形监测区的四根第一电流源发射天线，四根第一电流源发射天线的中部均连接有第一时频电磁可控电流发射源，且四根第一电流源发射天线的两端均接地；
CO2注入井的金属套管和注入管柱的环空之间布设有第二电流源发射天线，且第二电流源发射天线由CO2注入井的井底延伸至井口，第二电流源发射天线伸出井口的一端连接有第二时频电磁可控电流发射源；
还包括在方形监测区内以CO2注入井为中心按预置方式分布的多个时频电磁采集站，多个时频电磁采集站均用于分别采集第一电流源发射天线和第二电流源发射天线产生的第一时频电磁信号和第二时频电磁信号。
本发明的有益效果是：本方案中，利用在地面上按三维方式布设的多个时频电磁采集站，以及在地面和井中布设的大功率偶极电流源的发射天线，实时或时移采集地面三维和井-地时频电磁数据，最后对采集的时频电磁数据进行地下电阻率和极化率的三维反演，根据超临界态二氧化碳注入井地下前后储层中电阻率和极化率的随时间的变化，监测并判断注入地下储层的超临界态二氧化碳前沿在地下储层中的运移及赋存状态；其中，用不同阶段采集的实时或时移地面三维和井-地时频电磁数据的处理结果，实时评价超临界态二氧化碳注入井地下储层的效率，并对地下超临界态二氧化碳的运移进行长期的安全监测，防止超临界态二氧化碳沿注入井或监测井的井壁或被注入地下的高压超临界态二氧化碳激活的浅地表断层或裂缝泄露到地面。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，上述第一电流源发射天线为长度在2km-10km的大电流供电导线，且第一电流源发射天线的两端均连接有用于接地的第一铜质供电电极棒。
进一步，上述第二电流源发射天线设置有两根，并均匀分布在注入管柱的两侧；
第二电流源发射天线伸入CO2注入井内的一端连接有第二铜质供电电极棒，且第二铜质供电电极棒的尾端套接有绝缘橡胶球。
进一步，上述时频电磁采集站包括两对相互正交垂直的不极化电场传感器对，还包括一个相互正交垂直的三分量磁场传感器，三分量磁场传感器位于两不极化电场传感器对的中心位置。
进一步，上述对于每个不极化电场传感器对，不极化电场传感器对中两个电场传感器的距离为10m-100m。
进一步，上述多个时频电磁采集站按横纵的矩阵形式均匀布设在方形监测区内。
进一步，上述多个时频电磁采集站以CO2注入井为中心按放射线形式在方形监测区内延伸布设。
进一步，上述多个时频电磁采集站按同心圆的形式并以CO2注入井为圆心逐渐向外布设形成多个由时频电磁采集站构成的环形结构。
进一步，上述第一电流源发射天线的两端接地的地面均灌注盐水。
第二方面，本申请提供了基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测方法，应用于第一方面中任一项的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，包括以下具体步骤：
利用四根第一电流源发射天线在监测工区内围绕形成以CO2注入井为中心的方形监测区，每个第一电流源发射天线的中部均连接第一时频电磁可控电流发射源，且各个第一电流源发射天线的两端接地；
将多个时频电磁采集站按照预置方式并以CO2注入井为中心分布在方形监测区内，对于每个时频电磁采集站，将两个不极化电场传感器对分别按照南北向和东西向布设，将相互正交垂直的三分量磁场传感器布设在两不极化电场传感器对的中心位置；
将第二电流源发射天线由CO2注入井的井底延伸至井口，且第二电流源发射天线伸出井口的一端连接第二时频电磁可控电流发射源；
依次启动各个第一时频电磁可控电流发射源，并利用两个不极化电场传感器对获取第一时频电磁可控电流发射源激发的时频电磁场的两个第一水平电场分量数据，以及利用三分量磁场传感器获取时频电磁场的第一三分量磁场数据，第一时频电磁信号包括第一水平电场分量数据和第一三分量磁场数据；
当第二电流源发射天线位于井底时，启动第二时频电磁可控电流发射源，然后将第二电流源发射天线依次由CO2注入井的井底上提，并利用地面布设的两个不极化电场传感器对获取第二时频电磁可控电流发射源在不同深度激发的时频电磁场的两个第二水平电场分量数据，以及利用三分量磁场传感器获取第二时频电磁可控电流发射源在不同深度激发的第二三分量磁场数据，第二时频电磁信号包括第二水平电场分量数据和第二三分量磁场数据；
利用第一时频电磁信号分别进行电阻率和极化率的联合反演处理，得到地下储层三维介质的第一电阻率分布和第一极化率分布；
利用在不同深度激发的第二时频电磁信号分别进行电阻率和极化率的联合反演处理，得到地下储层三维介质的第二电阻率分布和第二极化率分布；
对第一电阻率分布和第二电阻率分布进行联合反演处理，得到监测工区中地下储层三维介质的准确电阻率分布，对第一极化率分布和第二极化率分布进行联合反演处理，得到监测工区中地下储层三维介质的准确极化率分布；
根据地下储层三维介质的准确电阻率分布和准确极化率分布，并基于预置的地下储层三维空间中高电阻率异常体和高极化率异常体的分布及变化规律，对监测工区中注入地下的高压超临界态CO2在地下储层三维空间中的饱和度赋存状态和前沿运移变化状态分别进行判断，并分别得到饱和度赋存判断结果和前沿运移判断结果，以实现对注入地下储层中的高压超临界态CO2的实时监测，防止地下CO2向地面泄露的地质灾害发生。
与现有技术相比，本发明至少具有以下的有益效果：
在本申请中，利用在地面上按三维方式布设的多个时频电磁采集站，以及在地面和井中布设的大功率偶极电流源的发射天线，实时或时移采集地面三维和井-地时频电磁数据，最后对采集的时频电磁数据进行地下电阻率和极化率的三维反演，根据超临界态二氧化碳注入井地下前后储层中电阻率和极化率的随时间的变化，监测并判断注入地下储层的超临界态二氧化碳前沿在地下储层中的运移及赋存状态；其中，用不同阶段采集的实时或时移地面三维和井-地时频电磁数据的处理结果，实时评价超临界态二氧化碳注入井地下储层的效率，并对地下超临界态二氧化碳的运移进行长期的安全监测，防止超临界态二氧化碳沿注入井或监测井的井壁或被注入地下的高压超临界态二氧化碳激活的浅地表断层或裂缝泄露到地面。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明实施例中基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例中时频电磁采集站的现场平面布设示意图；
图3为本发明实施例中方形监测区内多个时频电磁采集站的其中一种分布示意图；
图4为本发明实施例中方形监测区内多个时频电磁采集站的另一种分布示意图；
图5为本发明实施例中方形监测区内多个时频电磁采集站的另一种分布示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1、时频电磁采集站；2、第二电流源发射天线；3、第一电流源发射天线；4、第一时频电磁可控电流发射源或第二时频电磁可控电流发射源；5、不极化电场传感器对；6、三分量磁场传感器；7、井下大电流供电导线；8、第二铜质供电电极棒；9、橡胶球；10、金属套管；11、注入管柱；12、大电流供电导线；13、第一铜质供电电极棒。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
本实施例提供基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，包括在监测工区形成以CO2注入井为中心的方形监测区的四根第一电流源发射天线3，如图1所示，四根第一电流源发射天线3的中部均连接有第一时频电磁可控电流发射源4，且四根第一电流源发射天线3的两端均接地。
可选的，上述第一电流源发射天线3的两端接地的地面均灌注盐水。
可选的，上述第一电流源发射天线3为长度在2km-10km的大电流供电导线12，且第一电流源发射天线3的两端均连接有第一铜质供电电极棒13。
进一步，CO2注入井的金属套管10和注入管柱11的环空之间布设有第二电流源发射天线2，且第二电流源发射天线2由CO2注入井的井底延伸至井口，如图1所示，第二电流源发射天线2伸出井口的一端连接有第二时频电磁可控电流发射源4。
可选的，上述第二电流源发射天线2设置有两根，并均匀分布在注入管柱11的两侧；第二电流源发射天线2伸入CO2注入井内的一端连接有第二铜质供电电极棒8，第二电流源发射天线2即为井下大电流供电导线7，且第二铜质供电电极棒8套接有橡胶球9。
可选的，上述时频电磁采集站1包括两个相互正交垂直的不极化电场传感器对5，如图2所示，还包括相互正交垂直的三分量磁场传感器6，三分量磁场传感器6位于两不极化电场传感器对5的中心位置。
可选的，上述对于每个不极化电场传感器对5，参见图2，其中，不极化电场传感器对5中两个电场传感器的距离为10m-100m。
进一步，还包括在方形监测区内以CO2注入井为中心按预置方式分布的多个时频电磁采集站1，参见图1-图5，多个时频电磁采集站1均用于分别采集第一电流源发射天线3和第二电流源发射天线2产生的第一时频电磁信号和第二时频电磁信号。
其中，第一时频电磁信号包括第一水平电场分量数据和第一三分量磁场数据，第二时频电磁信号包括第二水平电场分量数据和第二三分量磁场数据，利用第一水平电场分量数据和第一三分量磁场数据首先进行联合反演处理，可以得到第一电阻率分布和第一极化率分布，利用第二水平电场分量数据和第二三分量磁场数据首先进行联合反演处理，可以得到第二电阻率分布和第二极化率分布，最终再利用第一电阻率分布和第二电阻率分布进行联合反演处理，以及利用第一极化率分布和第二极化率分布进行联合反演处理，由此得到了监测工区中地下储层三维介质的准确极化率分布，通过预先制定的判断标准，通过地下储层三维介质的准确极化率分布就得到了CO2饱和度赋存状态和前沿运移变化状态分别的判断结果；具体地，当发现监测工区中的地下储层三维空间的高电阻率异常体和高极化率异常体在向地面移动时，则及时向CCS/CCUS项目施工方提供潜在CO2向地面泄露的预警信息，敦促施工方及时进行现场调查和地面CO2浓度的测试与监测，预防CO2向地面泄露的地质灾害的发生。
具体地，利用在地面上按三维方式布设的多个时频电磁采集站，以及在地面和井中布设的大功率偶极电流源的发射天线，实时或时移采集地面三维和井-地时频电磁数据，最后对采集的时频电磁数据进行地下电阻率和极化率的三维反演，根据超临界态二氧化碳注入井地下前后储层中电阻率和极化率的随时间的变化，监测并判断注入地下储层的超临界态二氧化碳前沿在地下储层中的运移及赋存状态；其中，用不同阶段采集的实时或时移地面三维和井-地时频电磁数据的处理结果，实时评价超临界态二氧化碳注入井地下储层的效率，并对地下超临界态二氧化碳的运移进行长期的安全监测，防止超临界态二氧化碳沿注入井或监测井的井壁或被注入地下的高压超临界态二氧化碳激活的浅地表断层或裂缝泄露到地面。
可选的，上述多个时频电磁采集站1按横纵的矩阵形式均匀布设在方形监测区内，如图3所示。
可选的，上述多个时频电磁采集站1以CO2注入井为中心按放射线形式在方形监测区内延伸布设，如图4所示。
可选的，上述多个时频电磁采集站1按同心圆的形式并以CO2注入井为中心逐渐向外布设形成多个由时频电磁采集站1构成的环形结构，如图5所示。
实施例2：
本实施例提供了基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测方法，应用于第一方面中任一项的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，包括以下具体步骤：
S1，利用四根第一电流源发射天线3在监测工区围绕形成以CO2注入井为中心的方形监测区，每个第一电流源发射天线3的中部均连接第一时频电磁可控电流发射源4，且各个第一电流源发射天线3的两端接地。
其中，上述的监测工区可以是CCS工区，也可以是CCUS工区；具体地，四个监测工区中第一电流源发射天线3和四个第一时频电磁可控电流发射源4的分布示意图参见图3-图5，在图3-图5中，不同之处在于多个时频电磁采集站1的分布方式不同，而各个第一电流源发射天线3和各个第一时频电磁可控电流发射源4的布设情况是相同的。
S2，将多个时频电磁采集站1按照预置方式并以CO2注入井为中心分布在方形监测区内，对于每个时频电磁采集站1，将两个不极化电场传感器对5分别按照南北向和东西向布设，将相互正交垂直的三分量磁场传感器6布设在两不极化电场传感器对5的中心位置。
其中，在CCS/CCUS工区的地面可以按照均匀网格设计或以CO2注入井口为圆心按照向外放射线设计或者按照半径逐步增大的环形设计布设多个时频电磁采集站1。
S3，将第二电流源发射天线2由CO2注入井的井底延伸至井口，且第二电流源发射天线2伸出井口的一端连接第二时频电磁可控电流发射源。
S4，依次启动各个第一时频电磁可控电流发射源，并利用两个不极化电场传感器对5获取第一时频电磁可控电流发射源激发的时频电磁场的两个第一水平电场分量数据，以及利用三分量磁场传感器6获取时频电磁场的第一三分量磁场数据，第一时频电磁信号包括第一水平电场分量数据和第一三分量磁场数据。
S5，当第二电流源发射天线2位于井底时，启动第二时频电磁可控电流发射源，然后将第二电流源发射天线2依次由CO2注入井的井底上提，并利用地面布设的两个不极化电场传感器对5获取第二时频电磁可控电流发射源在不同深度激发的时频电磁场的两个第二水平电场分量数据，以及利用三分量磁场传感器6获取第二时频电磁可控电流发射源在不同深度激发的第二三分量磁场数据，第二时频电磁信号包括第二水平电场分量数据和第二三分量磁场数据。
S6，利用第一时频电磁信号分别进行电阻率和极化率的联合反演处理，得到地下储层三维介质的第一电阻率分布和第一极化率分布。
S7，利用在不同深度激发的第二时频电磁信号分别进行电阻率和极化率的联合反演处理，得到地下储层三维介质的第二电阻率分布和第二极化率分布。
S8，对第一电阻率分布和第二电阻率分布进行联合反演处理，得到监测工区中地下储层三维介质的准确电阻率分布，对第一极化率分布和第二极化率分布进行联合反演处理，得到监测工区中地下储层三维介质的准确极化率分布。
S9，根据地下储层三维介质的准确电阻率分布和准确极化率分布，并基于预置的地下储层三维空间中高电阻率异常体和高极化率异常体的分布及变化规律，对监测工区中注入地下的高压超临界态CO2在地下储层三维空间中的饱和度赋存状态和前沿运移变化状态分别进行判断，并分别得到饱和度赋存判断结果和前沿运移判断结果，以实现对注入地下储层中的高压超临界态CO2的实时监测，防止地下CO2向地面泄露的地质灾害发生。
其中，第一时频电磁信号包括第一水平电场分量数据和第一三分量磁场数据，第二时频电磁信号包括第二水平电场分量数据和第二三分量磁场数据，利用第一水平电场分量数据和第一三分量磁场数据首先进行联合反演处理，可以得到第一电阻率分布和第一极化率分布，利用第二水平电场分量数据和第二三分量磁场数据首先进行联合反演处理，可以得到第二电阻率分布和第二极化率分布，最终再利用第一电阻率分布和第二电阻率分布进行联合反演处理，以及利用第一极化率分布和第二极化率分布进行联合反演处理，由此得到了监测工区中地下储层三维介质的准确极化率分布，通过预先制定的判断标准，通过地下储层三维介质的准确极化率分布就得到了CO2饱和度赋存状态和前沿运移变化状态分别的判断结果；具体地，当发现监测工区中的地下储层三维空间的高电阻率异常体和高极化率异常体在向地面移动时，则及时向CCS/CCUS项目施工方提供潜在CO2向地面泄露的预警信息，敦促施工方及时进行现场调查和地面CO2浓度的测试与监测，预防CO2向地面泄露的地质灾害的发生。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，包括在监测工区形成以CO2注入井为中心的方形监测区的四根第一电流源发射天线，四根所述第一电流源发射天线的中部均连接有第一时频电磁可控电流发射源，且四根所述第一电流源发射天线的两端均接地；
所述CO2注入井的金属套管和注入管柱的环空之间布设有第二电流源发射天线，且所述第二电流源发射天线由CO2注入井的井底延伸至井口，所述第二电流源发射天线伸出井口的一端连接有第二时频电磁可控电流发射源；
还包括在所述方形监测区内以所述CO2注入井为中心按预置方式分布的多个时频电磁采集站，多个所述时频电磁采集站均用于分别采集第一电流源发射天线和第二电流源发射天线产生的第一时频电磁信号和第二时频电磁信号。
2.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，所述第一电流源发射天线为长度在2km-10km的大电流供电导线，且所述第一电流源发射天线的两端均连接有用于接地的第一铜质供电电极棒。
3.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，所述第二电流源发射天线设置有两根，并均匀分布在注入管柱的两侧；
所述第二电流源发射天线伸入CO2注入井内的一端连接有第二铜质供电电极棒，且所述第二铜质供电电极棒的尾端套接有绝缘橡胶球。
4.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，所述时频电磁采集站包括两对相互正交垂直的不极化电场传感器对，还包括一个相互正交垂直的三分量磁场传感器，所述三分量磁场传感器位于两所述不极化电场传感器对的中心位置。
5.根据权利要求4所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，对于每个所述不极化电场传感器对，所述不极化电场传感器对中两个电场传感器的距离为10m-100m。
6.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，多个所述时频电磁采集站按横纵的矩阵形式均匀布设在所述方形监测区内。
7.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，多个所述时频电磁采集站以所述CO2注入井为中心按放射线形式在所述方形监测区内延伸布设。
8.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，多个所述时频电磁采集站按同心圆的形式并以所述CO2注入井为圆心逐渐向外布设形成多个由时频电磁采集站构成的环形结构。
9.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，所述第一电流源发射天线的两端接地的地面均灌注盐水。
10.基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测方法，应用于权利要求1-9中任一项所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，包括以下具体步骤：
利用四根第一电流源发射天线在监测工区内围绕形成以CO2注入井为中心的方形监测区，每个第一电流源发射天线的中部均连接第一时频电磁可控电流发射源，且各个第一电流源发射天线的两端接地；
将多个时频电磁采集站按照预置方式并以CO2注入井为中心分布在方形监测区内，对于每个时频电磁采集站，将两个不极化电场传感器对分别按照南北向和东西向布设，将相互正交垂直的三分量磁场传感器布设在两个所述不极化电场传感器对的中心位置；
将第二电流源发射天线由CO2注入井的井底延伸至井口，且第二电流源发射天线伸出井口的一端连接第二时频电磁可控电流发射源；
启动所述第一时频电磁可控电流发射源，并利用两个不极化电场传感器对获取第一时频电磁可控电流发射源激发的时频电磁场的两个第一水平电场分量数据，以及利用三分量磁场传感器获取时频电磁场的第一三分量磁场数据，第一时频电磁信号包括第一水平电场分量数据和第一三分量磁场数据；
当第二电流源发射天线位于井底时，启动第二时频电磁可控电流发射源，然后将第二电流源发射天线依次由CO2注入井的井底上提，并利用地面布设的两个不极化电场传感器对获取第二时频电磁可控电流发射源在不同深度激发的时频电磁场的两个第二水平电场分量数据，以及利用三分量磁场传感器获取第二时频电磁可控电流发射源在不同深度激发的第二三分量磁场数据，第二时频电磁信号包括第二水平电场分量数据和第二三分量磁场数据；
利用所述第一时频电磁信号分别进行电阻率和极化率的联合反演处理，得到地下储层三维介质的第一电阻率分布和第一极化率分布；
利用在不同深度激发的所述第二时频电磁信号分别进行电阻率和极化率的联合反演处理，得到CO2注入井周围地下储层三维介质的第二电阻率分布和第二极化率分布；
对所述第一电阻率分布和第二电阻率分布进行联合反演处理，得到监测工区中地下储层三维介质的准确电阻率分布，对所述第一极化率分布和所述第二极化率分布进行联合反演处理，得到监测工区中地下储层三维介质的准确极化率分布；
根据地下储层三维介质的所述准确电阻率分布和所述准确极化率分布，并基于预置的地下储层三维空间中高电阻率异常体和高极化率异常体的分布及变化规律，对监测工区中注入地下的高压超临界态CO2在地下储层三维空间中的饱和度赋存状态和前沿运移变化状态分别进行判断，并分别得到饱和度赋存判断结果和前沿运移判断结果。
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| CN (1) | CN118033762A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11931559B2 (en) | 2020-12-23 | 2024-03-19 | Tolmar International Limited | Systems and methods for mixing syringe valve assemblies |
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2024
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