电磁地震测井系统和方法.pdf

本发明公开了一种用于在被井眼穿透的地下地层中使用的EMI-地震测井工具，其中系统使用用于电磁测量和地震测量的EM接收器阵列同时进行电磁测量和地震测量。还提供一种在地下地层中同时进行电磁测量和地震测量的方法。

1.  一种方法，包括以下步骤：
在地层内的井眼中提供电磁接收器阵列；
提供地震发射器源，所述地震发射器源构造成在所述地层中生成地震波；
测量所述电磁接收器阵列处的电磁场；
激活震源以生成机械能；以及
测量所述电磁接收器阵列处的所述电磁场的波动，所述波动由通过激活所述震源生成的所述机械能产生。

2.  根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
提供电磁发射器，以生成所述电磁场。

3.  根据权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤：
将所述电磁发射器定位在所述地层中的第二井眼中。

4.  根据权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤：
将所述电磁发射器定位在所述井眼中。

5.  根据权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤：
将所述电磁发射器定位在地球的地面上。

6.  根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
使所述电磁接收器阵列、电磁发射器源和所述震源同步。

7.  根据权利要求6所述的方法，进一步包括以下步骤：
在所述电磁接收器阵列处探测所述机械能的多个分量，所述机械能的多个分量包括向下移动的直达波和一次反射波。

8.  根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述电磁场的步骤和测量所述电磁场内的所述波动的步骤大致同时发生。

9.  根据权利要求1所述的方法，通过一个或多个扶正器隔离所述电磁接收器阵列。

10.  根据权利要求1所述的方法，通过一个或多个夹具将所述电磁接收器阵列连接到所述地层。

11.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述震源包括从以下组中选择的一个震源：气枪、震源车、炸药、声源、来自第二井的钻头声、人工或天然断裂、或者流体注入引起的微地震。

12.  根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
将多个震源定位在所述地面处；
激活所述多个震源以生成机械能；以及
测量在所述电磁接收器阵列处的所述电磁场内的一个或多个波动，所述波动由通过激活所述震源生成的所述机械能产生。

13.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述电磁场包括地球自然产生的电磁场。

14.  根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
将所述震源定位在所述地面处。

15.  根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
将所述震源定位在所述井眼中。

16.  一种系统，包括：
电磁接收器阵列，所述电磁接收器阵列设置在地层内的井眼中；和
震源，所述震源被构造成在所述地层中生成地震波；
其中所述电磁接收器阵列被构造成测量电磁场和由所述地震波产生的所述电磁场内的波动。

17.  根据权利要求16所述的系统，其中，所述震源位于地球的地面处。

18.  根据权利要求16所述的系统，其中，所述震源被定位于所述井眼中。

19.  根据权利要求16所述的系统，进一步包括电磁发射器，所述电磁发射器被构造成生成所述电磁场。

20.  根据权利要求19所述的系统，其中，所述电磁发射器被构造成用于放置在所述井眼中。

21.  根据权利要求19所述的系统，其中，所述发射器被构造成用于放置在第二井眼中。

22.  根据权利要求16所述的系统，其中，所述电磁场包括天然产生的磁场。

23.  根据权利要求16所述的系统，进一步包括用于使所述电磁接收器阵列和所述震源同步的装置。

24.  根据权利要求19所述的系统，进一步包括用于使所述电磁接收器阵列、所述电磁发射器和所述震源同步的装置。

25.  根据权利要求16所述的系统，进一步包括一个或多个夹具，所述一个或多个夹具将所述电磁接收器阵列连接到所述地层。

26.  根据权利要求16所述的系统，进一步包括一个或多个扶正器，所述扶正器隔离所述井眼中的所述电磁接收器阵列。

电磁地震测井系统和方法
技术领域
本发明总体涉及一种地震和电磁(EM)测量，并具体地涉及用作地震接收器的EM接收器的使用。
背景技术
电磁(EM)测井工具通常用于测量岩层的导电率，从而提供识别水或烃类的存在的装置。另一方面，作为探测地质构造和诸如孔隙度的岩石特性的装置，地震工具测量机械波通过不同岩层的传播速度。电磁测井工具和地震测井工具在行业中是普遍的并已经取得专利权。
在现有系统中，在没有地震勘探的情况下记录EM探勘。当要求地震信息时，要求通过如斯伦贝谢公司的Versatile Seismic Imager^TM(万能地震成像仪)工具得到的井间地震勘探的全分离剖面和服务(full separate profileand service)。电磁和地震测量互补并且有助于储层的处理和解释。
附图说明
图1是在标准井间EM层析成像中的设备布置的视图；
图2是EM-地震系统中的设备布置的视图；以及
图3是在如图2中所示的状态下当EM发射器切换到“OFF”时在阵列中的多个接收器的图解响应。
具体实施方式
在以下说明中，说明大量细节以提供对本发明的理解。然而，本领域的技术人员将理解的是在没有这些细节的情况下可以实施本发明，并且也可以对所述实施例做大量变化和修改。
本公开涉及一种系统，该系统使用用于EM测量和地震测量的EM接收器大致同时进行EM测量和地震测量。大致同时测量的EM/地震测量根据接收器测量变化的磁场这一情况而实现。被接收器感测的磁场的变化具有至少三个源：1)交变源(电磁发射器)；2)存在于EM场中的接收器的运动；3)地层相对于接收器的运动(当发射器绳索与地层机械隔离时)。
交变源，即，EM发射器用作现有EM测井工具的一部分，而由于接收器的运动和地层的运动引起的场的变化提供本发明的技术进步所根据的基础。由本公开得到的优点包括现场设备、设备的运转时间、人员的大量减少、EM和地震传感器的精确共同定位以及可以通过与其益处相关联的机械能调制EM信号。
在标准的井间EM层析成像(图1的现有技术中所示)中，电磁(EM)发射器1产生交变电磁场3，所述交变电磁场3传播通过岩层4并在例如填充水的地层5中产生二次场。EM接收器阵列2感测EM信号振幅和相位6。可以通过转换处理由接收器阵列2测量的EM信号振幅和相位，以提供井之间的电阻率分布。EM发射器1和EM接收器阵列2彼此物理独立，但是经由包括GPS 9的同步装置(或其它同步装置，如经由电缆连接)相对于绝对基准被同步化。通过地面采集系统(分别为7和8，例如如所示地，设置在缆车上，或以其它方式在“随钻”环境下安装在地面处)在每一个绳索处采集数据。
在图2所示的图示EM-地震系统中，震源10增加到图1的EM测井系统。震源10通过GPS被同步化，并仍旧通过另一地面采集系统14无线连接到EM系统。震源以预定时间间隔被激活，从而产生传播通过岩层4的机械能。地震波以如图所示的以向下移动的直达波的形式直接到达EM接收器阵列2，和以反射的向上移动的一次波的形式到达EM接收器阵列。在一些情况下，可以产生震电转换。地震信号在由EM接收器阵列12接收的EM信号中产生高频波动13。由于全部系统被精确同步(例如，被同步到微秒内)，并且EM接收器阵列2可以数字化高取样速度连续(例如，25000每秒抽样数)测量的信号，可以清楚地辨别地震信号，并可以确定精确的到达时间。可以处理从EM信号分离的地震信号以提取岩层信息，而不用单独执行地震测量(所述地震测量通常需要从井起钻EM阵列，而代替地将地震成像工具插入井中)。
图3显示了在一个位置，采用阵列的四个EM接收器的实施例的响应，EM接收器对机械运动、振动和/或旋转敏感。图3的响应示出被在RX1-4阵列中的四个接收器RX1-4感测的机械波动。波动表现为随后逐渐衰减的急剧变化。
参照图2描述的上述EM-地震系统用作电缆测井服务的一部分，在所述电缆测井服务中，EM发射器1部署在一口井中，EM接收器阵列2部署在另一口井中，而震源10部署在地面上，然而系统可以用于其它环境和诸如随钻的配置(例如，没有测井电缆的结构)，地面EM发射器和/或EM接收器的情况，具有EM发射器和在同一口井中的EM接收器的实施例，以及发射器(EM和/或地震)和在多个位置(地面、井下、和/或海底)中的接收器的任何组合的情况。
可选的实施例可以包括如下：
接收器可以与地层机械隔离，或者紧密地连接到地层。例如，EM接收器阵列可以与地层机械隔离。在这种实施例中，EM接收器阵列被测井电缆悬挂到地面，并通过扶正器，例如低碳结构钢扶正器(soft centralizer)保持与井壁隔离。在这种实施例的情况下，由EM接收器阵列测量的地震信号是由地层相对于接收器的运动的产物。
在这种实施例中，岩层(例如浸透水)产生二次EM场，并且当地震波在地层中产生运动时，二次场表现出具有地震波的特征(即，振幅和相位)的变化。当进行二次场测量时，以预定电平和频率给EM发射器供电使其打开(产生一次场)。EM接收器阵列测量变化的EM信号，所述EM信号通过由震源产生的机械地震波以及任何震电转换被“调制”。
可以调节EM发射器的振幅，从而控制EM接收器阵列对地震波的灵敏度的级别。这种实施例因为在每一个接收器与地层机械隔离的同时所述每一个接收器通过测井电缆机械地连接到其它接收器(即，在标准电缆测井方法中)，从而允许每一个接收器独立地感测对包围所述接收器的地层的做出的响应，因此这种实施例的部署是简单的。
在又一实施例中，EM接收器阵列可以机械地夹到地层。在这种实施例中，每一个接收器可以具有与相邻岩层紧密的机械连接。这种连接通过机械夹紧机构(诸如与斯伦贝谢公司的Versatile Seismic Imager^TM工具一起使用的夹紧机构)一起使用，并且每一个接收器通过使每一个接收器与软电缆连接而与其它接收器断开。这种实施例用于通过将机械能直接耦合到接收器中而测量地震信号。当阵列中的每一个接收器存在于磁场(如地球磁场)中时，则获得的运动响应类似于以机械运动、振动和/或旋转的频率变化的EM信号的运动响应。
在又一实施例中，震源(一个或多个)相对于接收器的类型和位置可以与图2中所示的类型和位置不同。震源可以是任何各种不同类型的震源，包括但不限于气枪、震源车、炸药、声源、来自另一口井的钻头声、人工或天然断裂、流体注入引起的微地震。震源可以在地面上部署在单个点处(类似于非零井源距垂直地震剖面(“VSP”)地震勘测)，或多个点(诸如斜井VSP)，或绕(变井源距VSP)和/或井底部署。
在又一实施例中，EM发射器源的类型和位置以及相对于接收器的位置可以与图2中所示的类型和位置以及相对于接收器的位置不同。EM发生器可以是任何不同类型的EM发射器，如(但不限于)电缆测井EM发射器、地面电极或地球天然产生的磁场。
这里所述的EM-地震系统和方法可以用于但不限于以下应用：
-确定储层深度、范围和非均匀性；
-执行时间推移分析，以显示流体接触的位置的变化、流体含量的变化和具体地当使用气水交替注入方案时使用的诸如孔隙压力的其它变化；
-确定流体含量、岩石机械特性、孔隙压力、提高采收率进展、诱发的断裂几何形状和天然断裂走向和密度；
-认定和确认在基于电磁层析成像的纯理论EM时间推移分析中探测的变化；
-在从几赫直到几千赫范围变动的范围内要求井下地震信号的宽带宽和/或高分辨率的应用，包括声音。
-分析当由震电现象产生时流体前缘和地层渗透率。
虽然相对于有限数量的实施例已经公开了本发明，但是受益于本公开的本领域的技术人员将理解从本公开的大量修改和改变。这些修改和改变落入本发明的精神和保护范围内。