技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及對地下結(jié)構(gòu)(特別是其中的
烴儲層以及
流體)成像，更具體地涉及用于地下結(jié)構(gòu)的電磁測量的電磁
能量源。
背景技術(shù)
[0002] 地球物理學(xué)中使用的一些電磁(EM)測量系統(tǒng)提供了用于行進(jìn)穿過地下烴儲層以用于地下烴儲層的電磁成像的電磁能。多個源和接收器可以設(shè)置在延伸到地下烴儲層的孔中或者地下烴儲層上方的地表中。以這種方式，可以監(jiān)測注入流體(例如，在注
水期間)的方向、速度和
飽和度。該系統(tǒng)還可用于
定位旁路油并檢測高導(dǎo)電率區(qū)域(例如，裂縫廊道和超k區(qū)域)以提供水突破的預(yù)警。這樣的操作可以有助于優(yōu)化儲層管理，防止油旁路，從而改善體積波及效率和產(chǎn)率。
[0003] 地理物理學(xué)中的一些當(dāng)前的EM系統(tǒng)包括過大的天線，以便能夠在小天線外產(chǎn)生適度低頻的
信號。天線的明顯“孔徑”(
波長與天線尺寸比)可能是有問題的。一些當(dāng)前的EM系統(tǒng)不能容易地將系統(tǒng)的阻抗與地質(zhì)基質(zhì)匹配并且提高傳輸效率。一些當(dāng)前的EM系統(tǒng)使用高
電流電纜以向EM發(fā)射器提供電
力。然而，已經(jīng)證明這些系統(tǒng)難以從電源傳輸波狀(crisp)高電流脈沖，沿著低損耗電纜傳輸，然后將其匹配至天線，另外，高電流電纜也可以傳輸信號，這導(dǎo)致所得測量不清楚。
發(fā)明內(nèi)容
[0004] 本公開的
實施例將慢波天線與能量
存儲器和脈沖形成元件組合，以實現(xiàn)高功率、小孔徑發(fā)射天線，其理想地適用于井下電磁解調(diào)(interrogation)技術(shù)，諸如用于地下烴儲層的電磁成像。在此描述的系統(tǒng)和方法提供了一種發(fā)射器，其緊湊、瞬時功率輸出非常高并且產(chǎn)生非常清楚的信號。
[0005] 本公開的實施例提供了一種偶極天線，其增大
輻射電阻和發(fā)射器效率兩者。天線的長度比一些當(dāng)前天線短，因為偶極天線部件裝載有具有相對高的
介電常數(shù)(e)、磁導(dǎo)率(μ)或者相對高的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的組合的材料。可以選擇所述材料，使得這樣的材料的e和μ優(yōu)化發(fā)射器阻抗以匹配外部介質(zhì)。這增加了系統(tǒng)的電容和電感，并降低了沿天線元件行進(jìn)的信號的群速度，并且對于所發(fā)射的給定波長可以實質(zhì)上減小天線結(jié)構(gòu)的長度。
[0006] 另外，本公開的實施例的天線元件用作電容性能量存儲元件，并且偶極子的每一半相對于彼此最初保持在高
電壓下。在一對這樣的天線之間提供諸如觸發(fā)的
火花隙的快速閉合
開關(guān)，以啟動脈沖傳輸。這對天線被大電壓偏置(biased?apart)，使得該結(jié)構(gòu)可以以單個大電流脈沖的形式放電并發(fā)射非常高功率的瞬態(tài)
射頻信號。因此，本公開的系統(tǒng)和方法將能量存儲元件、脈沖形成元件和輻射元件組合成單個結(jié)構(gòu)，從而消除了對用于這些相應(yīng)功能的單獨分布的部件之間的阻抗匹配的需要。
[0007] 本公開的系統(tǒng)和方法消除了電源、電纜或傳輸線與天線之間的負(fù)載匹配問題。利用傳輸天線元件內(nèi)部的能量存儲元件和開關(guān)，消除了兩者之間的電纜，從而使系統(tǒng)中的反射和損耗最小化。
[0008] 在本公開的實施例中，用于發(fā)射電磁能的脈沖的電磁能量源包括探測組件，其具有第一部分和第二部分，第一部分與第二部分軸向?qū)?zhǔn)并與第二部分間隔開。探測組件的能量
存儲電容器包括
電極和電容性電荷存儲介質(zhì)，所述電極安裝在探測組件的第一部分和第二部分中的每個中，并且可操作為產(chǎn)生
電場，所述電容性電荷存儲介質(zhì)安裝在探測組件的第一部分和第二部分中的每個中，并圍繞每個電極?？焖匍]合開關(guān)位于探測組件的第一部分和第二部分的電極之間。
[0009] 在可替換的實施例中，電磁能量源還可以包括連接在電極之間的高壓電源。電流限制
電阻器可以位于高壓電源與電極之間?？梢赃x擇電容性電荷存儲介質(zhì)，以減小電磁能的脈沖的群速度。電容性電荷存儲介質(zhì)可以由包括
鐵顆粒和環(huán)
氧樹脂基質(zhì)的材料形成。
[0010] 在其它可替換的實施例中，電磁能量源還可以包括多個電磁能量源，其發(fā)射電磁能的脈沖以行進(jìn)穿過地下烴儲層。電磁能量源可以移動到井鉆孔中的一系列
位置，以用于在行進(jìn)穿過地下烴儲層的位置處發(fā)射電磁能的脈沖。探測組件可以具有用作第一導(dǎo)體的導(dǎo)體構(gòu)件，電極可用作第二導(dǎo)體。電容性電荷存儲介質(zhì)可以位于導(dǎo)體構(gòu)件與電極之間。導(dǎo)體構(gòu)件可以用電容性電荷存儲介質(zhì)與電極
電隔離。
[0011] 在本公開的可替換的實施例中，用于發(fā)射電磁能的脈沖以行進(jìn)穿過地下烴儲層用于地下烴儲層的電磁成像的源包括探測組件和快速閉合開關(guān)，其附接到用于在井鉆孔中行進(jìn)至感興趣的深度的電纜。
[0012] 在本公開的另一可替換的實施例中，使用電磁能的脈沖以行進(jìn)穿過地下烴儲層用于地下烴儲層的電磁成像的系統(tǒng)包括至少一個電磁能量源。每個電磁能量源具有探測組件，其附接到用于在井鉆孔中行進(jìn)至感興趣的深度的電纜，所述探測組件包括第一部分和第二部分，第一部分與第二部分軸向?qū)?zhǔn)并與第二部分間隔開。能量存儲電容器由導(dǎo)體構(gòu)件、電極和電容性電荷存儲介質(zhì)形成，所述導(dǎo)體構(gòu)件沿探測組件延伸，所述電極安裝在探測組件的第一部分和第二部分中的每個中并用作第二導(dǎo)體，所述電容性電荷存儲介質(zhì)安裝在探測組件的第一部分和第二部分中的每個中并位于探測組件與電極之間?？焖匍]合開關(guān)位于第一部分和第二部分的導(dǎo)體構(gòu)件之間或者電極之間。多個電磁
傳感器形成來自電磁能量源的所得信號的測量。
[0013] 在可替換的實施例中，多個電
磁傳感器可以安裝在井工具中，該井工具在地下烴儲層中的傳感器孔中下降。多個
電磁傳感器可以位于地下烴儲層上方的地表上的陣列中。所述系統(tǒng)可以具有系統(tǒng)控制單元，其用于存儲與由多個電磁傳感器接收的所得信號相關(guān)的信息，并用于執(zhí)行所得信號的計算機(jī)化分析。
[0014] 在本公開的又一可替換的實施例中，用電磁能量源發(fā)射電磁能的脈沖的方法包括提供電磁能量源，所述電磁能量源具有：探測組件，其包括第一部分和第二部分，第一部分與第二部分軸向?qū)?zhǔn)并與第二部分間隔開；能量存儲電容器，其包括電極和電容性電荷存儲介質(zhì)，所述電極安裝在探測組件的第一部分和第二部分中的每個中，所述電容性電荷存儲介質(zhì)安裝在探測組件的第一部分和第二部分中的每個中并圍繞電極；以及快速閉合開關(guān)，其位于第一部分和第二部分的電極之間。所述方法還包括對能量存儲電容器充電，以致使快速閉合開關(guān)閉合并且使電磁能的脈沖從電磁能量源發(fā)射。
[0015] 在可替換的實施例中，電磁能量源還可以包括高壓電源，其連接到探測組件的第一部分的電極和第二部分的電極。電磁能量源還可以包括電流限制電阻器，其位于高壓電源與第一部分的電極和第二部分的電極兩者之間。所述方法還可以包括在地下烴儲層中將井鉆孔中的電纜上的電磁能量源降低至感興趣的深度。
[0016] 在其它可替換的實施例中，所述方法還可以包括將電磁能量源移動到井鉆孔中的一系列位置用于在行進(jìn)穿過地下烴儲層的位置處發(fā)射電磁能的脈沖。可以通過地下烴儲層中的傳感器孔來降低多個電磁傳感器。多個電磁傳感器可以位于地下烴儲層上方的地表上的陣列中。電磁能的脈沖可以從電磁能量源發(fā)射以行進(jìn)穿過地下烴儲層。
[0017] 在本公開的再一可替換的實施例中，所述方法包括在多個電磁傳感器處形成電磁能的脈沖的到達(dá)時間數(shù)據(jù)的測量，分析來自多個電磁傳感器的到達(dá)時間數(shù)據(jù)的測量，以形成地下烴儲層的地下特征的表現(xiàn)(representation)，以及形成地下烴儲層的地下特征的表現(xiàn)的圖像。
[0018] 在本公開的再一可替換的實施例中，用于地下烴儲層的電磁成像的方法包括在地下烴儲層中將井鉆孔中的電纜上的電磁能量源降低至感興趣的深度。電磁能量源包括探測組件，其附接到電纜用于在井鉆孔中行進(jìn)，探測組件包括第一部分和第二部分，第一部分與第二部分軸向?qū)?zhǔn)并與第二部分間隔開。電磁能量源還包括能量存儲電容器，其由探測組件的導(dǎo)體構(gòu)件、電極和電容性電荷存儲介質(zhì)形成，所述電極安裝在探測組件的第一部分和第二部分中的每個中并用作內(nèi)部導(dǎo)體，所述電容性電荷存儲介質(zhì)安裝在探測組件的第一部分和第二部分中的每個中，并位于導(dǎo)體構(gòu)件與電極之間。電磁能量源還包括快速閉合開關(guān)，其位于第一部分和第二部分的導(dǎo)體構(gòu)件之間或者電極之間。使用電磁能量源發(fā)射電磁能的脈沖以使其行進(jìn)穿過地下烴儲層。
附圖說明
[0019] 為了獲得發(fā)明的上述特征、方面和優(yōu)點以及將變得顯而易見的其它的特征、方面和優(yōu)點的方式并且可以詳細(xì)地理解它們，以上簡要總結(jié)的發(fā)明的更具體地的描述可以通過參照在構(gòu)成本說明的一部分的附圖中示出的發(fā)明的實施例來給出。然而，將注意到附圖僅示出了發(fā)明的優(yōu)選實施例，因此，不應(yīng)認(rèn)為是對發(fā)明范圍的限制，因為發(fā)明可以允許其它等效實施例。
[0020] 圖1是根據(jù)本公開的實施例的用于鉆孔電磁測量的鉆孔的發(fā)射器-接收器陣列的示意性截面圖。
[0021] 圖2是根據(jù)本公開的實施例的電磁能量源和存儲電容器的示意性截面圖。
[0022] 圖3是圖2的電磁能量源的示意性截面圖。
[0023] 圖4是圖2的電磁能量源的示意性截面圖。
[0024] 圖5是根據(jù)本公開的實施例的電磁能量源的示意性截面圖。
[0025] 圖6是圖5的電磁能量源的示意性截面圖。
[0026] 圖7是根據(jù)本公開的實施例的電磁能量源的示意性截面圖。
[0027] 圖8是圖7的電磁能量源的示意性截面圖。
具體實施方式
[0029] 參照圖1，示出了用于鉆孔電磁測量的鉆孔的發(fā)射器-接收器陣列的示例布置。發(fā)射器可以為電磁能量源10。電磁能量源10可以位于井鉆孔12內(nèi)。井鉆孔12可以延伸穿過地下烴儲層14。電磁能量源10可以發(fā)射電磁能的脈沖以行進(jìn)穿過地下烴儲層14，以用于地下烴儲層14的電磁成像。
[0030] 盡管在圖1的示例中示出了一個電磁能量源10，但是在可替換的實施例中，多個電磁能量源10可以位于鉆孔12內(nèi)?？商鎿Q地，一個或多個電磁能量源10可以位于地下烴儲層上方的地表15處。在圖1的示例中，一系列電磁傳感器16位于傳感器孔18中。傳感器孔18可以為延伸穿過地下烴儲層14并與井鉆孔12間隔開的鉆孔。在可替換的實施例中，電磁傳感器16可以位于地下烴儲層14上方的地表15上的陣列中。當(dāng)電磁能量源10位于井鉆孔12中且電磁傳感器16位于地表15上時，該布置被稱為鉆孔至表面陣列。通常電磁能量源10和電磁傳感器16中的任一者或兩者位于鉆孔內(nèi)，使得EM信號從電磁能量源10行進(jìn)到電磁傳感器16時穿過地下烴儲層14。電磁傳感器16可以形成從電磁能量源10發(fā)射的脈沖的到達(dá)時間的測量，以對地下烴儲層14成像。
[0031] 如圖1中可見，可以使用發(fā)射器位置20和接收器位置22的不同組合來執(zhí)行多個EM能量測量，以便從不同方向?qū)Φ叵绿卣鞯母鞑糠?包括地下烴儲層14)進(jìn)行
采樣。電磁能量源10和電磁傳感器16兩者可以是井下工具的一部分或者位于工具中，并且可以在一系列位置之間(諸如發(fā)射器位置20與接收器位置22之間)是可移動的。
[0032] 電磁能量源10可以附接到源電纜24以用于在井鉆孔12中行進(jìn)至感興趣的深度。在圖1的示例中，源電纜24在從表面處的車輛26延伸。系統(tǒng)控制單元28可以與車輛26關(guān)聯(lián)，并且可以用來控制由電磁能量源10發(fā)射的脈沖。第二車輛30可以具有接收器電纜32，其用于附接到電磁傳感器16并且用于在傳感器孔18內(nèi)移動電磁傳感器16。
[0033] 參照圖2和圖3以及圖5至圖8，電磁能量源10包括探測組件34。探測組件34具有兩個主要部分：第一部分34a和第二部分34b，第一部分34a與第二部分34b軸向?qū)?zhǔn)且與第二部分34b間隔開。電磁能量源10還包括具有電容性電荷存儲介質(zhì)44的能量存儲電容器40。
[0034] 電極42安裝在探測組件34的第一部分34a和第二部分34b中的每個中。第一電極42a位于第一部分34a中，第二電極42b位于第二部分34b中。電極42可以是細(xì)長構(gòu)件并且具有管狀形狀(圖2和圖3)，或者可以是實心棒或線(圖5至圖8)。電極42可以由
銅形成，并且在可替換的實施例中可以由
銀、
鋁、金或其它合適的相似材料來形成。
[0035] 電容性電荷存儲介質(zhì)44安裝在探測組件34的第一部分34a和第二部分34b中的每個中。電容性電荷存儲介質(zhì)44可以用具有相對高的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率或者相對高的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的組合的材料來形成?？梢赃x擇所述材料使得這樣的材料的介電常數(shù)(e)和磁導(dǎo)率(μ)使發(fā)射器阻抗優(yōu)化以與外部介質(zhì)匹配。這增大了系統(tǒng)的電容和電感，并減小了由電磁能量源10發(fā)射的脈沖的群速度以限定慢波天線。提供這樣的電容性電荷存儲介質(zhì)44可以實質(zhì)上減小針對給定的發(fā)射波長的天線結(jié)構(gòu)的長度。作為示例，電容性電荷存儲介質(zhì)44可以由包括鐵氧體、
鋼、坡莫
合金、TiO2、PZT、
磁鐵礦、其它鐵顆?；蛩鼈兊幕旌衔锏牟牧蟻硇纬?。這樣的顆粒44a可以混合在
環(huán)氧樹脂基質(zhì)44b中。用于電容性電荷存儲介質(zhì)44的混合物的具體組成將取決于儲層材料的性質(zhì)和天線的幾何形狀。在示例實施例中，電容性電荷存儲介質(zhì)44可以具有顆粒44a，其具有100的介電常數(shù)(e)和100的磁導(dǎo)率(μ)，并由TiO2和磁鐵礦兩者組成。這些顆粒44a可以以1:1的混合物形式位于絕緣環(huán)氧樹脂基質(zhì)44b中。根據(jù)有效介質(zhì)理論，該示例實施例在考慮到組分的線性組合之后將得到范圍在40內(nèi)的總體介電常數(shù)(e)和范圍在40內(nèi)的磁導(dǎo)率(μ)，因此將得到有效的天線，其表現(xiàn)得好像在比天線的實際長度大40倍的范圍內(nèi)。
[0036] 在圖2和圖3的示例實施例中，電場可以從每個電極42輻射出，并且通過附近的電容性電荷存儲介質(zhì)44以用于形成能量存儲電容器40。在圖5至圖8的示例實施例中，探測組件34的導(dǎo)體構(gòu)件33用作第一導(dǎo)體，并且電容性電荷存儲介質(zhì)44位于導(dǎo)體構(gòu)件33與電極42之間。電容性電荷存儲介質(zhì)44使導(dǎo)體構(gòu)件33與電極42電隔離。
[0037] 電磁能量源10還可以包括快速閉合開關(guān)46，其位于第一部分34a和第二部分34b的電極42(圖2、圖4和圖5)之間或?qū)w構(gòu)件33(圖7和圖9)之間。例如，快速閉合開關(guān)46可以為火花隙。當(dāng)快速閉合開關(guān)閉合時(諸如當(dāng)火花隙被擊穿時)，電磁能量源10將產(chǎn)生電磁脈沖。在可替換的實施例中，快速閉合開關(guān)46可以包括
雪崩晶體管、閘
流管、引燃管、控
硅整流器，尤其是觸發(fā)火花隙?？梢赃x擇快速閉合開關(guān)46以具有關(guān)于峰值電流、峰值電壓、有用射擊次數(shù)、抖動、復(fù)雜性和幾何形狀的性能度量，其將適用要使用電磁能量源10的環(huán)境、條件和性能標(biāo)準(zhǔn)。
[0038] 電磁能量源10也可以具有連接在電極42(圖2、圖4和圖5)之間或?qū)w構(gòu)件33(圖7和圖9)之間的高壓電源48。電磁能量源10將與快速閉合開關(guān)46相同地位于電極42(圖2、圖4和圖5)之間或?qū)w構(gòu)件33(圖7和圖9)之間。不直接連接到電磁能量源10的部件可以用作地。
[0039] 在圖2的示例實施例中，快速閉合開關(guān)46位于電極42的第一部分42a與第二部分42b之間，高壓電源也連接在電極42的第一部分42a與第二部分42b之間。在該示例中，電容性電荷存儲介質(zhì)44用作地。在這樣的實施例中，接近電極42的電容性電荷存儲介質(zhì)44將形成能量存儲電容器40，接近電容性電荷存儲介質(zhì)44的外徑的電容性電荷存儲介質(zhì)44將用做地。
[0040] 參照圖5和圖6，快速閉合開關(guān)46連接在導(dǎo)體構(gòu)件33的第一部分33a與第二部分33b之間，高壓電源也連接在導(dǎo)體構(gòu)件33的第一部分33a與第二部分33b之間。在該示例中，第一電極42a和第二電極42b用作地。參照圖7和圖9，快速閉合開關(guān)46連接在導(dǎo)體構(gòu)件33的第一部分33a與第二部分33b之間，高壓電源也連接在導(dǎo)體構(gòu)件33的第一部分33a與第二部分33b之間。在該示例中，第一電極42a和第二電極42b用作地。
[0041] 可以利用一對高電阻引線將電力從電磁能量源10外部提供到高壓電源48。當(dāng)探測組件34放電時，高阻抗DC連接將減小要通過穿過電極42的高電流脈沖在該連接中產(chǎn)生的感應(yīng)電流量。在可替換的實施例中，可以使用電容性電荷存儲介質(zhì)44的磁導(dǎo)率性質(zhì)沿探測組件34的第二部分34b的長度引導(dǎo)作為
磁場的電力。探測組件34的第二部分34b可以與位于探測組件34的第一部分34a與第二部分34b之間的拾取線圈關(guān)聯(lián)，以在高壓電源48處獲得電力。在該實施例中，可以利用產(chǎn)生高頻同軸磁場的線圈在探測組件34的第二部分34b的頂部產(chǎn)生電力。如對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，這樣的配置將提供電感耦合
變壓器。這樣的實施例將消除沿探測組件34的第二部分34b的任何平行導(dǎo)體，從而消除將使發(fā)射的脈沖劣化的任何寄生效應(yīng)。
[0042] 電流限制電阻器50可以位于高壓電源與第一部分的電極和第二部分的電極兩者之間。電流限制電阻器50可以阻擋高電流脈沖沿電源線朝向高壓電源48返回。這將在發(fā)射電磁脈沖的同時使天線系統(tǒng)與高壓電源48隔離。
[0043] 探測組件34的每個部分34a、34b可以具有由絕緣材料形成的端蓋39。第一部分34a和第二部分34b的加蓋端可以面向彼此。電極42可以穿過探測組件34的端蓋39突出。
[0044] 在圖2和圖3的示例實施例中，探測組件34的每個部分34a、34b可以包括具有以軸Ax為中心的中心孔的細(xì)長管狀構(gòu)件。電極42以探測組件34的第一部分34a和第二部分34b中的每個的軸Ax為中心。電極42可以位于探測組件34的中心孔內(nèi)。電極42可以是細(xì)長構(gòu)件并具有管狀形狀。電極42套設(shè)于電容性電荷存儲介質(zhì)44內(nèi)，使得電容性電荷存儲介質(zhì)44圍繞電極42。電極42的端部穿過端蓋39。通過從電極42輻射出并通過附近的電容性電荷存儲介質(zhì)44的電場來形成能量存儲電容器40。存儲的能量的量將隨著電場的平方而改變。如果電極42具有小直徑，則幾乎所有的電場電勢降將發(fā)生在電容性電荷存儲介質(zhì)44內(nèi)部。
[0045] 參照圖5和圖6的可替換的示例實施例，導(dǎo)體構(gòu)件33可以是延伸穿過探測組件34的每個部分34a、34b的電線。導(dǎo)體構(gòu)件33套設(shè)在電容性電荷存儲介質(zhì)44內(nèi)。電極42也可以是延伸穿過探測組件34的每個部分34a、34b的電線。電極42也套設(shè)于電容性電荷存儲介質(zhì)44內(nèi)。電極42和導(dǎo)體構(gòu)件33兩者的端部穿過端蓋39。通過作為在其間可具有大的電勢電壓的電極
42和導(dǎo)體構(gòu)件33的一對電線來形成能量存儲電容器40。電極42與導(dǎo)體構(gòu)件33之間的電容性電荷存儲介質(zhì)44增大了電極42和導(dǎo)體構(gòu)件33的互電容。導(dǎo)體構(gòu)件33和電極42都用作能量存儲電容器40的導(dǎo)體元件，并且作為用于發(fā)射電磁脈沖的電磁能量源10的發(fā)射元件的一部分。
[0046] 在圖7和圖8的可替換的示例中，導(dǎo)體構(gòu)件33可以是探測組件34的外金屬體。探測組件34的每個部分34a、34b可以具有細(xì)長的管狀構(gòu)件，諸如在一端處閉合并在相對端處具有端蓋39的金屬體。探測組件34可以具有以軸Ax為中心的中心孔。電極42以探測組件34的第一部分34a和第二部分34b中的每個的軸Ax為中心。電極42可以位于探測組件34的中心孔內(nèi)，并且可以穿過探測組件34的端蓋39而突出。電極42可以是細(xì)長的構(gòu)件并且可以是實心棒。導(dǎo)體構(gòu)件33和電極42都用作能量存儲電容器40的導(dǎo)體元件，并作為用于發(fā)射電磁脈沖的電磁能量源10的發(fā)射元件的一部分。
[0047] 參照圖1，在操作的示例中，為了形成地下烴儲層14的電磁圖像，電磁能量源10安裝至井工具或作為井工具的一部分安裝，并在井鉆孔12中的電纜上被降低至感興趣的深度。
[0048] 與電磁能量源10關(guān)聯(lián)的井下工具可以具有上部、電力連接和
同步信號連接，上部具有附接到線路的機(jī)械連接器。這樣的上部和連接可以像已知的當(dāng)前井下電纜工具那樣定向。井下工具的下部可以容納探測組件34。電磁能量源10可以被包裹在堅固的絕緣
聚合物材料中，以提供結(jié)構(gòu)完整性，同時還允許電磁信號的傳輸。
[0049] 如圖1的示例中示出的，可以使用單個電磁能量源10。可替換地，可以在井鉆孔12中降下多個電磁能量源10。
[0050] 電磁能的脈沖可以從單個電磁能量源10發(fā)射，或者在多個電磁能量源10中的每個處發(fā)射(如果適用)，以行進(jìn)穿過地下烴儲層14，可以由電磁傳感器16來接收所得信號。從地下烴儲層14中或地下烴儲層14附近的位置由高功率脈沖電磁能量源10產(chǎn)生具有已知特性的電磁脈沖。為了產(chǎn)生電磁脈沖，高壓電源48通過電流限制電阻器50對能量存儲電容器40充電直到快速閉合開關(guān)46閉合。在圖2的示例中，快速閉合開關(guān)46為電壓超過火花隙的
擊穿電壓時閉合的火花隙，在快速閉合開關(guān)閉合時，電磁能量源10將發(fā)射電磁能的脈沖。在發(fā)射電磁脈沖之后，高壓電源48可以對能量存儲電容器40再充電。
[0051] 通過將能量存儲元件、脈沖形成元件和輻射元件組合為單個結(jié)構(gòu)，消除了針對這些相應(yīng)的功能所需的電磁測量系統(tǒng)的單獨分布的部件之間的阻抗匹配的問題。因此本公開的系統(tǒng)和方法消除了電源、電纜或傳輸線與天線之間的負(fù)載匹配問題。由于能量存儲電容器40的能量存儲元件和快速閉合開關(guān)46都位于一對公開的自供電脈沖天線的發(fā)射天線元件內(nèi)部，因此無需電源與傳輸元件之間的電纜，并且使系統(tǒng)中的反射和損失最小化。
[0052] 多個電磁傳感器16可以安裝至井工具或作為井工具的一部分安裝，并在延伸穿過地下烴儲層14的傳感器孔18中下降。可替換地，多個電磁傳感器16可以布置在地下烴儲層14上方的地表15上的陣列中。發(fā)射的脈沖EM信號通過地下烴儲層14來傳輸，并在行進(jìn)穿過圍繞井鉆孔12和傳感器孔18的地下
地層之后記錄在一個或多個電磁傳感器16處。由電磁傳感器16記錄的EM信號與由電磁能量源10發(fā)射的脈沖信號在取決于介入介質(zhì)(例如，儲層)的性質(zhì)和那些性質(zhì)的空間變化的特性(例如，時間、幅度、
功率譜等)方面不同。
[0053] 電磁能量源10可以在井鉆孔12中的一系列位置(諸如發(fā)射器位置20)之間移動，以用于在行進(jìn)穿過地下烴儲層14的這樣的位置處發(fā)射電磁能的脈沖。相似地，電磁傳感器16可以在一系列位置(諸如接收器位置22)之間移動，以在這樣的一系列位置處接收所得信號。以這種方式，可以形成地下烴儲層14的更加完整的電磁圖像。
[0054] 表面處與系統(tǒng)控制單元28關(guān)聯(lián)的記錄和處理設(shè)備可以接收并存儲與由電磁傳感器16接收的所得信號相關(guān)的信息。系統(tǒng)控制單元28也可以執(zhí)行額外的功能，諸如所得信號的計算機(jī)化分析、顯示從所得信號得到的特定結(jié)果并且存儲所得信號和計算機(jī)上的計算機(jī)化分析以進(jìn)行進(jìn)一步的處理和計算機(jī)化分析。作為示例，系統(tǒng)控制單元28可以用來形成多個電磁傳感器處的發(fā)射脈沖的到達(dá)時間的測量，并且用來分析來自多個電磁傳感器的到時時間數(shù)據(jù)的測量。通過該信息，可以形成地下烴儲層的地下特征的表現(xiàn)(representation)和地下烴儲層的地下特征的表現(xiàn)的圖像。
[0055] 因此，本發(fā)明的實施例產(chǎn)生關(guān)于烴儲層中的流體的空間分布和組分的信息。作為示例，可以周期地重復(fù)該操作以確定注入流體(諸如注水)的方向、速度和飽和度，或者
可視化作為時間的函數(shù)的
修改的儲層體積。這可以有助于優(yōu)化儲層管理，防止油旁路，從而提高體積波及效率和產(chǎn)率。
[0056] 已經(jīng)充分地描述了發(fā)明，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以再現(xiàn)并獲得本發(fā)明中提到的結(jié)果。盡管如此，本發(fā)明的主題所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員可以執(zhí)行在本
申請中未描述的修改，以將這些修改應(yīng)用于確定的結(jié)構(gòu)或者其制造工藝中，要求在所附
權(quán)利要求中要求保護(hù)的內(nèi)容；這樣的結(jié)構(gòu)應(yīng)包括在發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0057] 應(yīng)注意并理解，在不脫離如所附權(quán)利要求中闡述的發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對以上詳細(xì)描述的本發(fā)明做出改善和修改。
