超解析度地層流體成像的製作方法

2023-05-24 07:58:41

發明人：howardk.schmidt

本申請是申請號為201280060653.8、申請日為2012年12月7日、發明名稱為「超解析度地層流體成像」的專利申請的分案申請。

本發明涉及對地下結構特別是油氣儲層及其中的流體進行成像，更具體地涉及井間(cross-well)和井地(borehole-to-surface)電磁(em)勘探。

背景技術：

井間和井地電磁(em)勘探涉及放置在一口鑽井內的連續波(cw)em源和在遠端鑽井內檢測em信號的相位和幅度的接收器/傳感器，所述井間和井地電磁(em)勘探使用多個源和接收器位置。數據讀數被用作產生信號的合成時域變形，推測的傳輸時間與源/接收器幾何結構一起用於通過使用射線追蹤反演來建立井間平面的2d傳導矩陣或圖像。

在油氣儲層中總是存在導電性鹽水，鹽水的存在使得em信號與其頻率成比例的衰減。鹽水的存在、約1公裡或以上的大井間距離以及傳統接收器中的熱噪聲限制使得連續波em勘探需要非常低的頻率操作，通常大約200hz。所需的低頻率操作範圍極大地限制了井間成像解析度，這是因為：a)其處於擴散區域，b)其具有非常大的波長。目前所知，只能獲得井間間距的1/10th到1/20th的空間解析度。

由於在油氣儲層內鑽井的實際間隔通常跨越幾百到幾千米且這種儲層通常與導電性鹽水相關聯，所以橫跨儲層會遭遇顯著的em信號衰減。這種衰減是與頻率有關的，較高的頻率比較低的頻率衰減更多。由於較高的頻率具有較短的波長，因此提供較佳的成像解析度，有利的是在經過關注儲層區域之後仍然提供可檢測信號的最高頻率上操作。然而，鹽水的存在、濃度和分布在勘測之前通常是未知的，因此無法提前確定使用em勘探來勘測儲層的最優頻率。

技術實現要素：

簡而言之，本發明提供了新的改進的用於對油氣地下儲層進行電磁成像的設備。所述設備包括電磁能量源，其發射穿過油氣地下儲層的電磁能量脈衝。所述設備中的多個電磁傳感器形成從所述電磁能量源發射的脈衝的到達時間的測量值。所述設備還包括處理器，其對來自多個電磁傳感器的到達時間數據的測量值進行分析以形成油氣地下儲層的地下特徵的表徵。所述設備中的顯示器形成所述油氣地下儲層的地下特徵的表徵的圖像。

本發明還提供了新的和改進的油氣地下儲層的電磁成像方法。發射穿過油氣地下儲層的電磁能量脈衝，在多個電磁傳感器處形成所發射的脈衝的到達時間的測量值。對來自多個電磁傳感器的到達時間數據的測量值進行分析以形成油氣地下儲層的地下特徵的表徵，之後形成油氣地下儲層的地下特徵的表徵的圖像。

附圖說明

圖1是用於井地電磁勘探的發射器-接收器陣列的示意圖。

圖2是用於井間電磁勘探的發射器-接收器陣列的示意圖。

圖3a是用於電磁勘探的電磁能量發射器的示意圖。

圖3b是用於電磁勘探的電磁能量接收器的示意圖。

圖4是方波電磁能量信號的功率譜圖。

圖5a是用於電磁勘探的脈衝發生器的示意電路圖。

圖5b是由圖5a的脈衝發生器產生的脈衝的示例波形。

圖5c是用於電磁勘探的由脈衝發生器產生的實際脈衝的示例波形。

圖6a是用於電磁勘探的基於半導體的脈衝發生器的示意電路圖。

圖6b是由圖6a的脈衝發生器產生的示例電壓和電流波形圖。

圖7是用於電磁勘探的感應傳感器的等效電路的示意電路圖。

圖8是根據本發明的示例井間電磁勘探的示意圖。

圖9a、圖9b和圖9c是地下介質的各種頻率和傳導性的範圍對比功率的繪圖。

圖10是根據本發明的另一井間電磁勘探的示意圖。

圖11是根據本發明的另一井間電磁勘探的示意圖。

圖12是根據本發明的另一井間電磁勘探的示意圖。

圖13是根據本發明的井間電磁勘探的測試結果的示意圖。

具體實施方式

作為引言，本發明涉及對地下結構特別是油氣儲層及其中的流體進行成像。主要方法與井間和井地電磁(em)勘探技術相關。本發明具體集中在使用高功率脈衝em源的全時域數據採集。本發明還可包括空間過採樣和超解析度數據處理技術來改善圖像解析度。本發明還可使用磁性材料來提供包含注入流體的區域的圖像對比。

使用高功率脈衝電磁場源、全時域信號採集、現代低噪聲磁場傳感器、空間過採樣及超解析度圖像增強和注入磁性納米流體的組合，來提供一種改進的井間em成像方法。本發明所提供的方法產生映射em信號速度(群速)而不是傳導圖(conductivitymap)的井間圖像。傳統連續波(cw)源在井下環境中一般受限在約1500瓦。比較起來，根據本發明的脈衝源有助於簡單的到達時間採集方案且容易支撐兆瓦特發射器。如將要描述的，簡單的電流迴路發射天線可以由blumlein、marx發生器、簡單的火花隙、脈衝形成lc網絡或其他源來從快速放電能量源(電容器)驅動以產生需要的電流和功率等級。更高的功率等級提升井間em成像的範圍和/或操作頻率。使用這種源和具有噪聲指數在每hz皮特斯拉至飛特斯拉範圍的可用現代磁場傳感器(例如磁通門、squid、探測線圈等)，與現有技術相比可得到p/n比(發射功率與接收器熱噪聲之比)的實質改善。由於油氣儲層流體結構和組成只緩慢變化，所以時間可用於執行具有相對小的發射器/接收器定位階梯的這種測量。取決於所執行的過採樣的量，這種「過採樣」按照三至十的比例與超解析度圖像反褶積方法一起使用來改善圖像解析度。最後，可以注入用磁性納米顆粒負載的流體(一般是水)，與純水相比，其容易地降低群速5至10個百分點。可以以天然或先前注入的水為背景來成像該流體。在注水環境中，這有助於確定注入流體的動態流動路徑。因此，本發明提供了針對天然流體和注入流體的具有井間間隔最高100th解析度(即，之前可得的5到10倍)的em速度圖。

採用本發明，從地下儲層中或附近的一個位置處的高功率、脈衝電磁脈衝em源產生具有已知特徵的電磁(em)脈衝。所發射的脈衝em信號被發射穿過儲層，並在穿過儲層的地下地層之後被一個或多個其他em能量接收器記錄。在經過儲層之後所記錄的em信號與所發射的信號在取決於中間介質(例如，儲層)的特性以及這些特性的空間變化的特徵(例如，時間、幅度、功率譜等)方面不同。

在圖1中，發射器tx的源陣列20的em勘探位置的示例排列布置在井孔或鑽井22內。在圖1中，適當數量的em能量接收器rx的陣列24被布置在地表上形成所謂的井地陣列。同樣如圖1所示，em能量接收器rx的另一組或陣列26被布置在與發射鑽井22間隔開的另一井鑽井28內。

發射器tx可以置於鑽井內或置於地表上。同樣地，接收器rx可以置於鑽井內或置於地表上。可以採用超過一口鑽井；這種構造通常稱為「井間」。如果只有一口鑽井結合地面陣列被使用，該配置通常稱為「井地」。圖1示出了這兩種構造。通常，至少使用一口井以便em信號能夠穿過關注區域。

如圖2所示，多數em能量測量採用發射器和接收器位置的不同組合來執行以便從不同方向採樣儲層的不同部分。在圖2中，在發射鑽井32中的若干發射器32發射高功率脈衝em能量，以經過地下地層到達接收器鑽井38內的接收器36組。諸如40a、40b和40c所示的波形顯示表示源自在一定深度處的接收器36的作為em信號傳播時間的函數的示例讀數。如圖2所示的對於給定發射器和接收器位置組的多個傳輸測量可以進行累加或求平均以改善信噪比。可以採用多個發射器(例如，陣列)以及多個接收器(例如，陣列)。通常，無論是獨立的或組成陣列的發射器和接收器，都被置於多個位置處來採樣儲層的不同部分並從不同方向上採樣每個部分。

根據本發明的優選實施例，如圖3a和圖3b所示，迴路天線和脈衝電流發射器產生高功率em信號。示例的該發射器32(圖2和圖3a)包括與供電高壓模塊48連接的具有火花隙的迴路天線44。電容器50橫跨源自供電模塊48的引線連接在迴路天線44中，負載電阻器52連接在供電模塊48和火花隙46之間。

圖3a的示例發射器32是如圖2示意性示出的若干這種單元中的一個，其安裝至由地表處的車輛58的吊線56放下的工具或探頭54上。圖2所示的發射器32及其他發射器在em勘探期間移動到發射鑽井內的一定深度。與地面處的車輛58相關聯的系統控制單元60在吊線上發送如62處所示的信號或脈衝來提供發射脈衝的能量。一旦啟動，高壓電源48通過限流電阻器52向能量存儲電容器50充電，直到其達到火花隙46的擊穿電壓。電流脈衝通過迴路天線44(其可能具有多於一個環或迴路)放電。小電流迴路45或感測線圈被供電來捕獲由44所產生的小部分電磁場；感測線圈45與用來向記錄設備或儀器提供啟動信號的同軸電纜56連接。應當認識到的是也可以使用其他形式的發射器。

示例接收器36(圖2和圖3b)包括與記錄儀器或示波器模塊或卡68連接的迴路天線66。圖3b的接收器36是如圖2示意性示出的若干這種單元中的一個，其安裝至由地表處的em測井車輛74的吊線72放下的工具或探頭70上。圖2所示的接收器64及其他接收器在em勘探期間移動至接收鑽井中的數個深度。與em記錄車輛74相關聯的記錄和處理儀器基於地面記錄和處理儀器通過吊線72中的「開始總線」給出的命令，將從發射鑽井經過關注儲層之後被接收到的高能量em脈衝記錄通過吊線72發回。這些記錄隨後被存儲到計算機60並可用於進一步的處理和計算機化分析。應當認識到的是其它形式的接收器也可使用。

根據本發明，一般地，高能量em能量且長度和上升時間可選的方形電流脈衝被提供為從em能量發射器產生的em信號。該em脈衝是有利的，因為它們的產生和控制相對簡單並且包括寬頻率分量範圍。圖4示出了根據本發明的發射器所發射的種類的單個(點包絡線78)脈衝和重複(f0處及其奇次諧波的箭頭80)脈衝的代表功率譜。

由於在油氣儲層中鑽井的實際間隔通常橫跨幾百到幾千米，另外由於這種儲層通常與導電性鹽水相關聯，所以幾乎普遍遭遇em信號穿過儲層被顯著衰減的情況。這種衰減是與頻率相關的，因此更高的頻率比更低的頻率衰減更多。由於更高的頻率具有更短的波長，因此提供更佳的成像解析度，採用本發明有利的是在經過關注儲層區域之後仍然提供可檢測信號的最高頻率上操作。由於鹽水的存在、濃度和分布在勘測之前通常是未知的，因此用於測量儲層的最優頻率無法提前確定。因此，根據本發明的固有寬帶em源被採用，其由圖3a所示的方形脈衝迴路天線發射器32提供。

本發明所提供的另一優點是能夠動態控制所發射的em能量電流脈衝的長度。降低電流脈衝的長度使f0上升並且將包絡線推向更高頻率，確保在給定t-r間隔和信號功率處成像儲層時獲取最佳可能的解析度。採用本發明的信號形狀的另一有用特徵是所發射能量的頻譜在0hz包括大量功率。如稍後描述的，這結合注入的磁性納米流體具有價值。

可以採用多種傳統類型的若干em源，只要這種源包括可用於確定穿過儲層的傳播時間的某些時間變化特徵並且其具有足夠的能量來允許在儲層地點處的檢測。優選源包括如圖3a中32處所示的迴路天線，其可具有多重導體迴路。如已描述的，該天線優選由脈衝高電流方波驅動。這種電流分布可以由脈衝形成電路來方便地形成，例如本領域公知的blumlein電路類型或晶閘管電路類型。應當認識到的是當然可以使用合適的電路或源。

圖5a的82處示意性地示出了示例blumlein源。當開關84閉合時，如圖5b所示的理想矩形脈衝85被施加到具有與脈衝發生器82相同阻抗的負載86上。如圖5b所示的脈衝85的幅度由充電電壓來確定，脈衝寬度由電信號的傳輸線路的長度和傳播速度v來確定。圖5c是從blumlein脈衝發生器82到10ohm負載的具有10-ns時間寬度和35kv電壓幅度的單個輸出脈衝88的繪圖。加壓的火花隙提供了1ns的上升時間。

blumlein源82通常採用火花隙(雖然一些變形可能是外部觸發)來初始化脈衝。能量通過高壓電源90來提供，用於根據本發明的em勘探的脈衝的能量被存儲在高壓同軸電纜或與圖5a的92處所示相類似的波導結構中。em勘探脈衝的長度由同軸電纜92的長度來確定並且該電纜的單位長度的特徵阻抗和電容確定所傳輸的電流，其以標稱恆速抵達。由於油氣儲層通常位於地下約10,000英尺，向鑽井中的em源傳輸高電壓的同軸電纜能便利地作為如圖5a中所示那樣的blumlein源並產生約10微秒長度的脈衝。

如圖6a中94處示意性示出的，用於em源的替代供電可包括電容器組和高壓開關(通常是晶閘管裝置)。分別示出電壓和電流的波形96和98組(圖6b)，針對根據本發明的最大電流脈衝。術語「晶閘管」被用於標識包括scr(矽可控整流器)和igbt(絕緣柵雙極型電晶體)的密切相關的半導體裝置類別。在blumlein源脈衝的長度將不再適合的情況下，這種半導體裝置傳送更長的脈衝。與機械或氣體放電開關相比，這種固態開關在適度提升了成本和複雜性的同時提供了更低的維護費用和更長的生命周期。應當注意到的是雖然更普遍的配置是使用電容器組用於能量存儲，但是晶閘管可以用於切換blumlein脈衝發生器的輸出，以及通過選擇或控制負載裝置的阻抗來限制或整流電流輸出。

本發明中所使用的接收器36優選採用磁場換能器和時域記錄裝置的形式。記錄裝置可以簡單採用過零鑑別器和快速計數器來記錄信號到達時間，或者可採用更複雜的和高成本的瞬態記錄器或數字示波器模塊。應當認識到的是可以使用換能器。簡單和普遍合適的換能器是迴路天線，如圖3b的66處所描述的公知的示例磁場傳感器「探測線圈」。探測線圈通常具有許多導體迴路來提升靈敏度。

應當認識到的是多種裝置可以用於捕獲由em源42所產生的磁場並將感測到的磁場讀數轉換為可以被記錄用於後續分析的電信號。替代傳感器可包括被稱為squid的超導裝置、磁通門、霍爾傳感器和自旋閥。在圖7的100處以等效電路形式示意性地示出了示例性的探測線圈。

空間和時間過採樣

超解析度圖像增強包括本發明的另一方面。成像解析度通常認為是受基於em探測的波長的受衍射限制的解析度的約束。然而，可以結合包括一些系統邊界和結構的認知的反演模型來執行空間過採樣。這通過產生具有大大超過通常被認為是衍射極限的解析度的圖像來完成-特別是如果在近場中執行採樣。

現成例子來自油田中的感應測井。感應測井通常在1mhz左右的頻率上操作，取決於地層阻抗，其將表示波長和約100到1000米的解析度。然而，實際上，通過恰當的反演代碼和地層的層級模型的響應，通常實現約1米或以下的有用解析度。

通過本發明，認為高達井間間隔1/20th的井間em成像解析度是實際和期望的目標。實際上，在發表文獻中，以約200hz頻率發射連續波信號的信號源用於850米井間間隔來產生具有約45米塊的圖像。45米距離是200hzem信號的波長(在具有0.05西門子電導的介質中約1000米)的極小部分。因此，對比em探測的波長，成像解析度更加取決於採樣頻率。

相反，本發明採用垂直指向鑽井軸的空氣線圈天線。此外，採用了寬帶脈衝操作以及1米或以下測量間隔，特別是在流體注入和生產的地點附近。

數據處理

層析成像反演將在現場獲取的數據轉換為儲層的圖像。該處理的示例由abubakar等人描述(德克薩斯州，休斯頓，2005年度會議「afastandrigorous2.5dinversionalgorithmforcross-wellelectromagneticdata」，segextendedabstracts，2005annualmtg.houston，texas)。該處理任務需要通常是病態且非唯一的全非線性反演散射問題的解。他們的方法採用有限差分碼作為正演仿真器(forwardsimulator)，其中配置使用由最優網格技術所確定的少量單元來數字離散化。正演問題在每個反演步驟解決，lu分解方法被用於同時獲取所有發射器的解。需注意在現有技術中基於粗糙矩形網格元來使用的有限差分方法對正演解引入了大量限制(簡化)以便加速計算。

在美國專利申請第5,373,443號中描述了略微不同的方法。所使用的該方法基於由純正弦波驅動的螺線管(與鑽井同軸)源並在具有另一螺線管(同樣與鑽井同軸)的遠端鑽井處記錄磁場的幅度和相位。該測量(稱為擴散場)被數學變換為波場，之後在源-接收器配對之間的信號速度從所述波場推測。這些「射線」被用作層析成像地構造井間區域的傳導圖。

與之對比，本發明採用脈衝寬帶em源，接收的波形以時域記錄。直接測量每個源-接收器配對的傳播時間。傅立葉變換之後可選用於將接收到的信號分解為它們的各種頻率分量並從而抽取作為頻率函數的傳播時間。由此變得可用的附加信息可用於在介質具有物質散布時改善反演速度圖像-這是因為在射線追蹤模型中不同頻率分量具有不同的傳播時間和衍射路徑。

此外，不同密度自適應(矩形)網格元被用在有限元模型中以產生正演解，類似於在comsolmulti-physics中所使用的網格方法。該方法增加靠近源和接收器區域的網格密度。由於地質模型通常粗糙且成塊狀，所以至少使用雙網格原理來產生關注區域的速度圖像。

根據本發明的目標是檢測和監控所注入流體的路徑。因此，作為另一改進/實施例，採用流線模型來估計所注入流體的路徑和量。流線仿真器將3d塊模型變換為若干等通量的流體路徑。儘管路徑本質上是3d的，但因為本質上是一維問題，所以它們可以單獨求解，極大提升了計算效率。由於每個流線單獨操作，所以它們還可以被看做是包括了所注入流體的總流量的準正交基組。

使用初始地質模型和預注em數據，可單獨計算沿著每個流線所注入的流體的影響(在em場和傳播中變化)的前演解。可之後確定最符合所觀測到的em場和在流體注入一段時間之後所觀測到的傳播時間的這些分量的線性累加。結果可映射回原地質模型來更新作為時間函數的流體成分並表明在基本地質模型中的恰當的孔隙度和透過性變化。該方法因此採用與傳統處理非常不同形式的三網格建模系統：用於地質模型的笛卡爾塊、用於流體流量的流線和用於em傳輸的各種矩形網格。

對比度成像

磁對比增強對所注入的流體提供了獨特的信號。油、氣、水、鹽水和儲層巖石通常具有基本為0的磁特性。本發明的另一方面採用所注入的流體來改變被該流體侵入的儲層體積的磁特性。這可以通過將注入流體載入預製磁性納米顆粒或當進入儲層中時能隨之反應以產生磁性材料的非磁性化學品來實施。

em信號的群速單純地取決於介質的介電常數和導磁率：v＝(εμ)-1/2。因此，通過以具有μ＝10的流體注入到具有20％孔隙度的地層內，則該儲層體積將具有有效導磁率2，穿過其的em波的速度將減少約30％(1/1.414)。該時移是採用現代波形記錄儀器可容易地檢測到的。

磁修正地質結構的瞬態極化&鬆弛

本發明的另一方面涉及在注入了流體之後觀測在儲層中的磁性材料的延遲磁性瞬態響應。應當注意到磁性材料通道磁通量非常類似於良導體通道電場和電流。因此，本發明所採用的em源的長脈衝性質磁性地極化em源附近的儲層修正區域。em能量被轉換且以靜磁場的形式存儲在儲層的修正部分內。當脈衝結束時，磁場隨著取決於該區域磁通量以及磁化區域尺寸的特徵衰減(可能以共振方式)。該磁場可以在遠端儲層(在另一鑽井內或在地表處)檢測到，或者通過使用源天線作為接收器在回歸到源鑽井內檢測到。

如源區域中所觀測到的一樣，存儲在修正區域內的總磁能量可從其b-場強和時間衰減特徵推測。類似地，遠端接收器將在與磁化儲層體積的rlc時間常量相對應的頻率上觀測到顯著提升的b-場強度。在某種意義上，修正的儲層體積起到磁天線的作用，將假(apparent)em源移近儲層。給出儲層中的指數衰減性質，注入前沿異常在接收器產生顯著提升的信號強度。檢測的該侵入異常是本發明的另一重要方面。

本發明的另一方面包括在給定源位置使用一系列不同長度的磁脈衝。具有更深流體滲入的位置花費更長時間來完全磁化，滲入的深度可以從磁化該區域的時間以及如上所述的當源關閉時衰減時間的長度來推測。

本發明的另一方面涉及從遠端em源(可能在另一鑽井中或位於地面上)磁化被流體修正的儲層體積。地面源極其便利，因為其可以任意移動，還因為去除了鑽井幾何約束，允許更大和更強的em源。

在操作中，如圖8所示的基本井間配置與圖2所描述的非常類似。em脈衝在第一鑽井124中所示出的多個tx位置122的每個處產生，em脈衝在第二鑽井128中所示出的多個rx位置126的每個處記錄。該觀測的矩陣被用作確定在每個tx-rx配對之間作為頻率函數的傳播時間和信號強度。反演在包括名義平行鑽井配對的名義平面上產生em速度的2d圖像。在水侵巖石中的em速度比在油侵巖石中慢4倍。磁修正注入流體或磁修正儲層體積的em速度可比水侵巖石中的略慢至慢幾倍。傳導性和磁通量一般趨向於使em信號衰減，所以作為頻率函數的信號幅度(或功率)表明了沿著連接給定tx-rx位置配對的線路的平均傳導性或傳導性和(磁)通量的乘積。該信息提供了與單純群速度無關的另一約束並可在改善圖像質量和精確度的反演期間使用。該處理應當在注入流體以捕獲原始油氣地層的狀態和結構之前執行。該處理周期性地重複以對注入前沿的進展和/或作為時間函數的修正的儲層容積進行成像。

在本發明中所使用的寬帶脈衝(全程直到0hz，圖4)的重要優點是確定從源到接收器的一些可檢測的信號被獲取，而無關介質的距離和傳導性。還確定能夠穿過距離並保持可檢測的最高頻率被產生和採樣。本發明因此提供了在給定現場情況和配置中可能的最大化信號和解析度(最短波長)。

圖8是根據本發明的示例em勘探配置的示意圖。基於具有火花隙觸發器(可以是閘流管、晶閘管或類似的固態開關)的迴路天線和由將地面組件與鑽井內的發射器120相連接的長高壓同軸電纜所組成的blumlein發生器形成單純脈衝源。使用典型50歐姆同軸電纜產生與電纜長度成比例的電流脈衝長度(每英尺電纜約1ns)。提供到放電和下遊組件(例如，線圈天線)的功率通過多個參數來確定：每英尺同軸電纜的電容、群速度、特徵阻抗和充電電壓。電流主要受限於同軸電纜的特徵阻抗，放電功率由v*i給出。使用透入深度和作為頻率函數的em信號的衰減度以及介質的傳導性的典型關係，可以在使用傳統組件觀測到的可檢測的信號上計算出合理範圍。具有約-100db探測範圍的構造為探測線圈的迴路天線被假定為在遠端鑽井128中的接收器125。在這種簡單排列中的關鍵參數是充電電壓和介質的傳導性，這些因素確定在遠端鑽井128中容易檢測到的最大頻率。放電電壓與同軸電壓的平方成比例。對於每英尺30pf的典型電容，1000伏特充電電壓產生約15，000瓦特的輸出功率；10kv產生約1.5mw；100kv產生約0.15gw。根據不同頻率和在以下表格i、ii和iii中詳細列出的介質的平均傳導性的範圍對比功率的曲線圖分別在圖9a、圖9b和圖9c中描述。

各種材料的標稱傳導性包括：無水石膏(圖9a)：0.00005s/m；侵油巖石(圖9b)：0.005s/m；鹽水侵巖石(圖9c)：0.5s/m。海水的標稱傳導性是5s/m。圖9a、圖9b和圖9c分別示出了採用在1km外可檢測到的頻率操作的無水石膏、油侵巖石和鹽水侵巖石的表格。

在普遍出現的情況下(圖10)，即，使用注入水或維持壓強的外圍水平注入井和在儲層中其他地方的垂直生產井的組合，在注入井132中的emtx陣列130和在生產井136中的rx陣列134如圖10所示般的部署。不同於非平面樣本量，操作細節與結合上面圖8所描述的類似。圖10的配置對於將在儲層中產生地層140時油水界面線或流體前沿138隨著時間的進展可視化有用。該信息對於優化儲層管理非常重要。

圖11所示的配置提供了相比圖8和圖10的配置而改進的油水界面(或注水前沿)的規劃，特別是對檢測在超k區域或如148處所示的斷裂走廊出現的注水前沿異常有用。在地面152上排列的emtx陣列150和在水平注入井156中的rx陣列154如圖11所示部署。垂直生產井在160示出。生產從兩個儲層162和164進行，每個分別具有如162a和164a處所示的流體前沿。圖11中所示的配置可以方便地在具有多重生產範圍的給定油氣儲層的情況下實施。

圖12所示的另一配置可以在只有如水平注入井170所表明的一個鑽井可用於採集數據的情況下使用。井170包括一個或多個發射器172並且井170位於圖12平面圖中所示的油氣儲層174中。長寬度脈衝從井170中的發射器發射並被用作磁化所注入的流體和/或修正的儲層體積，沿著包括發射器172的鑽井170觀測到磁瞬態。高通量異常(超k或斷裂走廊175)可以由此通過預估存儲在沿著鑽井的如177所示的多個站點的每個站點的總磁能量來從單個鑽井170檢測。基於該預估的流體前沿在178處示意性示出。具有更多注入流體或更大修正儲層體積的區域顯示更大存儲的能量，因此更高的剩餘場強和更長的衰減時間。如果第二遠端鑽井如176處所示般的可用，rx站點也可以被部署且採集井間em數據，類似於上面圖8、圖10和圖11所描述的配置。

本發明的簡化小規模版本使用脈衝em源和迴路天線作為源和接收器在現場進行了測試。設備被配置為類似於圖11的配置的模擬的井地配置，使用由負載水的磁性納米顆粒所組成的小的約0.5米的虛擬件成功演示了自由傳播的tem波的傳播時移。em源包括50英尺長充電到約1000伏的50歐姆同軸電纜，1mm火花隙和直徑10cm的與200pf電容器並聯的3-環迴路天線。這產生了具有上升時間約2ns的50ns的方波脈衝，與200mhz正弦波疊加。接收器包括單純的3-環迴路天線，波形使用4ghz數字示波器來記錄。在em信號從埋設源穿過未修正的沉積物質、水侵虛擬件和磁性納米流體侵虛擬件時，信號延遲(傳播時間)橫跨地面來映射。使用未修正的沉積物作為基線(「之前」信號)，符合水和磁性納米流體的介電和磁特性的傳播時延被容易地觀測到。結果在圖13中描述。

從前面的實施例中可見本發明在儲層環境中直接使所注入流體的路徑可視化，同時產生在儲層中的巖石和流體特徵以及分布的更高解析度的圖像。

本發明因此產生在油氣儲層中的關於空間分布和流體構成的信息。由於巖石和油氣通常都具有低介電常數、低磁通量和低導電性，因此em傳播速率相對較高且井間或井地em傳播時間相對較短。因此，具有高介電常數的水如果含鹽則具有高傳導性，在傳播時間圖中產生高對比度。可以採用本發明來成像用來置換油氣而注入的水，在一段注入之後，可以映射高通量路徑和通過該注入的水的反演。在水已經注入很長一段時間的情況下，難以區分所注入的水和原始(原生)水。如所述的，通過使用磁性顆粒來「標籤化」新注入的水，通過新注入的水帶給被侵入區域磁通量這樣的方式，可以區分新水和舊水。這是因為導磁率降低em傳播速度，從而在儲層區域的em速度圖像中得到傳播時間對比。

本發明已被充分描述，因此本領域普通技術人員可以復現並獲取在本文中所提及的結果。但是，本技術領域的普通技術人員根據此處的發明能夠進行未在此處所要求的修改、應用這些修改到確定的結構或其製造過程中、要求所附權利要求中的請求主題；這類結構應當由本發明的範圍所覆蓋。

應當注意到和認識到的是存在不脫離如所附權利要求所闡述的本發明的精神和範圍的情況下對以上詳細描述的本發明做出改進和修改。