Входные геоэлектрические модели геологических сред с наличием зоны ГРП

Распределение уд.сопротивления в зоне ГРП с учетом закона Арчи
Электропроводность пласта с порами (2-ух фазная среда),
учитывая электропроводность флюида (гель с проппантом ).
Коэффициент 2/3 означает, что не весь объем флюида участвует в переносе электрического тока.
Для моделей с более сложной геометрией трещин.
зависимость относительной электропроводности от доли связанных пор и трещин

Методики измерений компонент ЭМ-поля

Модель измерительной системы при исследовании изменений амплитуды ЭМ-поля, хранилище CO2 в Хонтомине
Статья: A land controlled-source electromagnetic experiment using a deep vertical electric dipole: experimental settings, processing, and first data interpretation. Авторы: E. Vilamaj ´o1∗, B. Rondeleux2, P. Queralt1, A. Marcuello1 and J. Ledo1
55 приемных электрода над хранилищем;
HI - нагнетательная скважина;
HA - контрольная скважина.
Профиль 1 ориентирован NW-SE;
Профиль 2 ориентирован NE-SW.
Длина диполей варьируется от 54 до 188 метров.
Такая система позволит измерить линейные (ориентированные вдоль каждого профиля) и поперечные (ориентированные перпендикулярно каждому профилю) компоненты электрического поля.

Слева: Схематичное изображение вертикального электрического диполя, установленного на глубине пласта в нагнетательной скважине.
Справа: Стратифицированная модель удельного сопротивления, используемая для моделирования отклика исследуемой структуры (резервуар в Хонтомине).
Нет контакта между питающими электродами и стальным корпусом
Электромагнитные прямоугольные сигналы, излучаемые источником:

Измерения в частотной области
Соотношение между передаваемым сигналом и электрическим полем, измеренным на каждом диполе:
! Для каждого местоположения приемника передаточная функция представляет собой комплексное число, которое может быть выражено через амплитуду и фазу.

Амплитуда и фаза передаточной функции для линейно и поперечно-ориентированного приемного диполя
На качественном уровне зависимость передаточной функции на каждом диполе имеет закономерность:
Почти плоская кривая для низких частот и резкое падение, начинающееся около 10 Гц .
Амплитуда передаточной функции больше для продольных приемников, чем для перекрестной линии до одного порядка. Этот эффект обусловлен геометрией электрического поля, создаваемого глубоким вертикальным источником.

Амплитуда (вверху) и фаза (внизу) передаточной функции для всего набора данных

Большие значения амплитуды передаточной функции получаются в центре каждого профиля и они уменьшаются при увеличении смещения (горизонтальное расстояние между скважиной HI и центром каждого диполя).
Наблюдается горизонтальное изменение полярности электрического поля, когда профиль пересекает проекцию источника на поверхность. Этот факт можно объяснить геометрией поверхностного электрического поля, создаваемого глубоким вертикальным источником.
Выводы

Влияние стальной обсадной трубы
Большие значения амплитуды передаточной функции в центре каждого профиля вызваны стальными оболочками скважин HI и HA.
Вертикальный электрический диполь, передающий электромагнитный сигнал с частотой 10 Гц и расположенный между 10 и 100 м ниже «подошвы» обсадной колонны, будет вызывать вертикальный ток в трубе.

Для низких частот (ниже 1 Гц) затухающий ток вдоль оболочки с проводимостью σc, внутренним радиусом ri и внешним радиусом ro можно описать следующим образом:
где Sc = σc × 2πri(ro - ri) - проводимость на единицу длины обсадной колонны, I0 - ток, индуцированный в обсадной колонне источником, и σf - проводимость пласта.

Данное уравнение выражает затухание силы тока вдоль оболочки, помещенной в однородное пространство с постоянной проводимостью σf.
Распад вызван утечкой тока из обсадной колонны в пласт.
Для моделирования затухания тока в каждом слое модели удельного сопротивления, данное уравнение справедливо для низких частот.

Оптимальная электропроводность обсадной трубы
Для использования оптимального количество тока, которое необходимо индуцировать в корпусе HI, чтобы качественно воспроизвести экспериментальные данные, собранные в эксперименте был выбран диапазон значений от от 106 См/м до 107 См/м .
В данном интервале никаких существенных различий в качестве сигнала получено не было.

Зависимость передаточной функции от смещения между приемником и источником

Выводы
Точки данных со смещениями короче 100 м не учитываются при моделировании, учитывая большие значения амплитуды моделируемой передаточной функции вблизи нагнетательной скважины.
Дипольное приближение может быть недостаточным для описания поведения электромагнитного поля вблизи скважины
Между 150 м и 500 м экспериментальные значения передаточной функции качественно соответствуют модельным данным.
Для больших смещений экспериментальные данные имеют большую амплитуду, чем модельные данные для трех из четырех полупрофилей.
Для смещений, превышающих 500 м, экспериментальные данные могут в большей степени зависеть от локальных эффектов, тогда как для смещений от 150 м до 500 м эффект обсадной колонны преобладает над внутренним электрическим полем на поверхности.

Связанные экспериментальные ошибки с точками амплитуды (вверху) и фазы (внизу)

Выводы
Частота сигнала с большими связанными ошибками составляет 384 Гц.
Для такой частоты 65% амплитудных данных и 47% фазовых данных имеют связанную ошибку, превышающую 5% и 5 °.
Связанные ошибки для данных, собранных на приемниках R17, R18, R46 и R47, больше, чем в среднем. Упомянутые приемники представили самые низкие значения амплитуды передаточной функции на предыдущем рисунке.
Качество данных этих приемников и сигнала с гармоникой 384 Гц может быть улучшено с более длительным по времени излучением источника и приема сигнала.

Мониторинг и визуализация динамики и степени движения жидкости ГРП с использованием наземной электромагнитной системы
Горизонтальная обсадная труба расположена на глубине z = 3150 м, простираясь от х = 0 м до х = 1540 м.
На поверхности передатчик центрируется около одного конца корпуса на x = 1400 м и выровнен параллельно ему.
Расстояние между узлами модели на поверхности вокруг передатчика уточняется до расстояния 4,375 м.
Электропроводность обсадной трубы 9,2 × 104 См/м.
Усреднение по объему требуется, так как радиус трубы меньше размеров элемента сетки.
Статья: Monitoring and Imaging the Dynamics and Extent of Hydraulic Fracturing Fluid Movement Using Ground-Based Electromagnetics, with Application to the Eagle Ford Shale. Авторы: Mark S. Hickey*, Santiago Treviño III, Deep Imaging Technologies Inc.; Mark E. Everett, Texas A&M University

Амплитуда Ex компоненты на поверхности с наличием (справа) без обсадной трубы (слева)
Определяется наибольший отклик с максимальной амплитудой поля Еx на определенной частоте. Таким образом, используется оптимальная частота передатчика для дальнейших исследований.
На оптимальной частоте видно, что обсадная колонна увеличивает отклик среды с учетом впрыскиваемой жидкости примерно на два порядка.

Суперпозиция полей
Основное поле - это суммирование поля от передатчика и отклика трубы. В месте расположения приемников рядом с передатчиком FvBR, включая влияние обсадной колонны, имеет порядок от 10-3 до 10-4, что указывает на необходимость в приемной системе с -120 дБ отношения сигнал / шум (SNR) и по меньшей мере 120 дБ динамического диапазона.

Расположение передатчика и приемника

Методика измерений
Ортогональная ориентация RX-диполя предоставляет больше информации о зоне ГРП, но сила сигнала обычно на два порядка ниже, чем у сигналов, использующих продольную ориентацию RX-диполя.
Больший сигнал продольной ориентации приемного диполя позволяет упростить обработку и сократить время наложения полезного сигнала.
Смещение приемников от передатчика определяется силой передаваемого сигнала. Если приемники расположены слишком близко, первичный сигнал слишком сильный, насыщает оборудование, и мы не можем извлечь вторичный отклик из недр.
Чтобы уменьшить краевые эффекты, вызванные диполем передатчика, его длина увеличивается в 6-7 раз.

ЭМ-мониторинг ГРП с питающей линией в скважине
Статья: Far-Field Proppant Detection Using Electromagnetic Methods - Latest Field Results
Авторы: T. Palisch, W. Al-Tailji, L. Bartel, C. Cannan, J. Zhang, CARBO Ceramics; M. Czapski, K. Lynch, ConocoPhillips

Отклик магнитного поля «вдвое» больше, чем отклик электрического поля
Сравнение местоположения проппанта ЭМ, определенного по семи датчикам магнитного поля (B-поле) (слева) и семи датчикам электрического поля (E-поле) (справа), расположенным в тех же местах, что и магнитные датчики. Хотя изображение отличается от изображения, полученного с использованием восемнадцати детекторов (из-за недостаточного количества датчиков), эти два изображения очень похожи друг на друга, причем B-поле обеспечивает значительно больший объем и детализацию резервуара.

Применение методики измерений методом ЗСБ для мониторинга ГРП

Трансверсально-магнитного (ТМ) поля вертикального электрического диполя