(57)【要約】  コントラスト剤として巨大誘電体材料を使用する、地下炭化水素貯留層の電磁（ＥＭ）探査のための組成物および方法を提供する。ＥＭ探査のための注入流体組成物は、水性流体と、１Ｈｚ〜１ＭＨｚの周波数範囲で少なくとも１００００の誘電率を有する巨大誘電体ナノ粒子とを含むことができる。地下炭化水素貯留層のＥＭ探査は、巨大誘電体ナノ粒子を有する注入流体を地下炭化水素貯留層内に導入し、貯留層を通過する放出されたＥＭエネルギーの通過時間から注入流体の位置の画像を生成することによって実施することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下炭化水素貯留層の電磁イメージング方法であって、
複数の巨大誘電体ナノ粒子を含むコントラスト剤を含む注入流体を、前記地下炭化水素貯留層に導入するステップであって、前記複数の巨大誘電体ナノ粒子が１ヘルツ（Ｈｚ）〜１メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲の周波数で少なくとも１００００の誘電率を有する、ステップと、
地下ボアホールから前記地下炭化水素貯留層を通過する電磁エネルギーのパルスを放出するステップと、
複数の電磁センサからの前記電磁エネルギーの放出パルスの通過時間を決定するステップであって、前記注入流体を通過する前記放出パルスの前記通過時間は、前記注入流体が存在しない前記地下炭化水素貯留層を通過する前記放出パルスの前記通過時間よりも大きい、ステップと、
決定された前記通過時間に基づいて、前記地下炭化水素貯留層を通過する前記注入流体の位置の画像を生成するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記複数の巨大誘電体ナノ粒子がＡ−Ｃｕ３Ｔｉ４Ｏ１２のナノ粒子を含み、Ａが、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ、およびＢｉからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の巨大誘電体ナノ粒子が、チタン酸銅（ＣＣＴＯ）、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、およびＶからなる群から選択されるドーパントを有するドープされた酸化ニッケル、Ｔａ、Ｃａ、およびＢａからなる群から選択されるドーパントを有するドープされた酸化第二銅、チタン酸バリウム、ならびにチタン酸ビスマスストロンチウムのうちの少なくとも１つのナノ粒子を含む、請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の巨大誘電体ナノ粒子が、全重量の１重量％（ｗ／ｗ％）〜１０ｗ／ｗ％の範囲の量を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記注入流体が水性流体を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記地下炭化水素貯留層を通過するために地下ボアホールから電磁エネルギーのパルスを放出することが、前記地下ボアホール内に配置された少なくとも１つの送信機から電磁エネルギーを放出することを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記地下ボアホールが第１の地下ボアホールを含み、前記複数の電磁センサが、第２の地下ボアホール内に配置される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の電磁センサは、地表に配置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記画像は、２−Ｄ空間マップを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記決定された通過時間に基づいて、前記地下炭化水素貯留層を通過する前記注入流体の位置の画像を生成するステップは、前記決定された通過時間の反転を実行するステップを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の巨大誘電体ナノ粒子と水性流体を混合することによって前記注入流体を形成することを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記画像に基づいて、前記地下炭化水素貯留層内の地下の特徴を識別することを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
地下炭化水素貯留層のイメージングのための注入流体組成物であって、
水性流体と、
複数の巨大誘電体ナノ粒子を含むコントラスト剤であって、前記複数の巨大誘電体ナノ粒子が、１ヘルツ（Ｈｚ）〜１メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲の周波数で少なくとも１００００の誘電率を有するコントラスト剤と、
を含む、注入流体組成物。
【請求項１４】
前記複数の巨大誘電体ナノ粒子がＡ−Ｃｕ３Ｔｉ４Ｏ１２のナノ粒子を含み、ＡがＣｅ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ、およびＢｉからなる群から選択される、請求項１３に記載の組成物。
【請求項１５】
前記複数の巨大誘電体ナノ粒子が、チタン酸銅（ＣＣＴＯ）、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、およびＶからなる群から選択されるドーパントを有するドープされた酸化ニッケル、Ｔａ、Ｃａ、およびＢａからなる群から選択されるドーパントを有するドープされた酸化第二銅、チタン酸バリウム、ならびにチタン酸ビスマスストロンチウムのうちの少なくとも１つのナノ粒子を含む、請求項１３または１４に記載の組成物。
【請求項１６】
前記複数の巨大誘電体ナノ粒子が、全重量の１重量％（ｗ／ｗ％）〜１０ｗ／ｗ％の範囲の量を有する、請求項１３、１４、または１５に記載の組成物。
【請求項１７】
前記水性流体が淡水または海水を含む、請求項１３、１４、１５または１６に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、炭化水素貯留層およびそのような貯留層内にある流体などの地下構造のイメージングに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、そのような貯留層および流体の坑井間およびボアホール−地表の電磁（ＥＭ）探査に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素貯留層のための坑井間およびボアホール−地表の電磁（ＥＭ）探査は、典型的には一つのボアホール内に置かれた連続波（ＣＷ）ＥＭ光源と遠位ボアホール内のＥＭ信号の位相および振幅を検出する（センサなどの）受信機を複数の光源および受信機位置を用いて使用する。検出されたデータおよび推測された通過時間は光線追跡による反転を介して坑井内平面の２Ｄ導電率マトリクスまたは画像を作成するために、光源および受信機の幾何学配置と共に使用されてもよい。炭化水素貯留層内のいくつかの流体（海水など）は、導電性であってもよく、ＥＭ信号を減衰させてもよい。このような流体の存在は連続波ＥＭ探査に重大な課題を提示し、そのような探査は、坑井間イメージング分解能を厳しく制限する極低周波数（例えば、約１Ｈｚ〜約１０ｋＨｚ）で行わなければならない。さらに、貯留層内のＥＭ減衰流体の存在、濃度、および分布は一般に、調査の前には未知であり、ＥＭ探査のための最適な頻度および対応する撮像精度を決定することの困難性をさらに増大させる。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の実施形態は一般に、巨大な誘電体材料を有する注入流体を使用する地下炭化水素貯留層のＥＭ探査（「ＥＭイメージング（ＥＭ  ｉｍａｇｉｎｇ）」または「ＥＭインタロゲーション（ＥＭ  ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）」とも呼ばれる）に関する。
【０００４】
コントラスト剤としての巨大誘電体材料の使用は、注入流体と水飽和貯留層岩石または遺留水との間のコントラストを改善することができる。さらに、巨大誘電体材料コントラスト剤は、地下炭化水素貯留層のＥＭ探査のためのより広い周波数範囲の使用を可能にし得る。加えて、いくつかの実施形態では、巨大誘電体材料コントラスト剤がもはやＥＭ探査におけるパルスＥＭ送信の使用を必要とせず、したがって、工業的に製造されたアンテナを使用することが可能となり、したがって、ＥＭ探査作業の困難性およびコストを低減することができる。
【０００５】
一実施形態では、地下炭化水素貯留層の電磁イメージング方法が提供される。本方法は、注入流体を地下炭化水素貯留層に導入することを含む。注入流体は複数の巨大誘電体ナノ粒子を有するコントラスト剤を含み、複数の巨大誘電体ナノ粒子は、１ヘルツ（Ｈｚ）〜１メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲の周波数で少なくとも１００００の誘電率を有する。本方法はさらに、地下ボアホールから電磁エネルギーのパルスを放出して地下の炭化水素貯留層を通過するステップと、複数の電磁センサからの電磁エネルギーの放出パルスの通過時間を決定するステップとを含み、その結果、注入流体を通過する放出パルスの通過時間は、注入流体が存在しない地下の炭化水素貯留層を通過する放出パルスの通過時間よりも大きい。本方法は、決定された通過時間に基づいて、地下炭化水素貯留層を通る注入流体の位置の画像を生成するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、複数の巨大誘電体ナノ粒子は、ＡがＣｅ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ、およびＢｉからなる群から選択されるような、Ａ−Ｃｕ３Ｔｉ４Ｏ１２のナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、複数の巨大誘電体ナノ粒子は、チタン酸銅（ＣＣＴＯ）、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、およびＶからなる群から選択されるドーパントを有するドープされた酸化ニッケル、Ｔａ、Ｃａ、およびＢａからなる群から選択されるドーパントを有するドープされた酸化第二銅、チタン酸バリウム、ならびにチタン酸ビスマスストロンチウムのうちの少なくとも１つのナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、複数の巨大誘電体ナノ粒子は、総重量の１重量％（ｗ／ｗ％）〜１０ｗ／ｗ％の範囲の量を含む。いくつかの実施形態では、注入流体は水性流体を含む。いくつかの実施形態では、地下ボアホールから電磁エネルギーのパルスを放出して地下の炭化水素貯留層を通過するステップは、地下ボアホール内に配置された少なくとも１つの送信機から電磁エネルギーを放出するステップを含む。いくつかの実施形態では、地下ボアホールが第１の地下ボアホールを含み、複数の電磁センサが第２の地下ボアホール内に配置される。いくつかの実施形態では、複数の電磁センサが地表上に配置される。いくつかの実施形態では、画像は２Ｄ空間マップを含む。いくつかの実施形態では、決定された通過時間に基づいて、地下炭化水素貯留層を通る注入流体の位置の画像を生成することは、決定された通過時間の反転を実行することを含む。いくつかの実施形態では、本方法が水性流体を複数の巨大誘電体ナノ粒子と混合することによって注入流体を形成することを含む。いくつかの実施形態では、本方法が画像に基づいて地下炭化水素貯留層内の地下特徴を識別するステップを含む。
【０００６】
別の実施形態では、地下炭化水素貯留層のイメージングのための注入流体組成物が提供される。注入流体組成物は、水性流体と、複数の巨大誘電体ナノ粒子を有するコントラスト剤とを含み、複数の巨大誘電体ナノ粒子は、１ヘルツ（Ｈｚ）〜１メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲の周波数で少なくとも１００００の誘電率を有する。いくつかの実施形態では、複数の巨大誘電体ナノ粒子は、ＡがＣｅ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ、およびＢｉからなる群から選択されるような、Ａ−Ｃｕ３Ｔｉ４Ｏ１２のナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、複数の巨大誘電体ナノ粒子は、チタン酸銅（ＣＣＴＯ）、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、およびＶからなる群から選択されるドーパントを有するドープされた酸化ニッケル、Ｔａ、Ｃａ、およびＢａからなる群から選択されるドーパントを有するドープされた酸化第二銅、チタン酸バリウム、ならびにチタン酸ビスマスストロンチウムのうちの少なくとも１つのナノ粒子を含む。いくつかの実施形態では、複数の巨大誘電体ナノ粒子は、総重量の１重量％（ｗ／ｗ％）〜１０ｗ／ｗ％の範囲の量を含む。いくつかの実施形態では、水性流体が淡水または海水を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の実施形態による、ボアホール−ボアホールの電磁探査のための送信機／受信機アレイの概略図である。
【０００８】
【図２】本開示の実施形態による、ボアホール−地表の電磁探査のための送信機／受信機アレイの概略図である。
【０００９】
【図３】本開示の一実施形態による、飽和貯留層岩石よりも大きな誘電率を有するコントラスト剤から生じるＥＭ信号の時間遅延を示す概略図である。
【００１０】
【図４】本開示の一実施形態による、巨大誘電体ナノ粒子を使用した、貯留層のイメージングのプロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、本開示の実施形態を示す添付の図面を参照してより完全に説明される。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、例示された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が周到かつ完全となり、本開示の範囲が当業者に完全に伝わるように提供される。
【００１２】
理解されるように、貯留層の電磁（ＥＭ）探査（「ＥＭイメージング（ＥＭ  ｉｍａｇｉｎｇ）」または「ＥＭインタロゲーション（ＥＭ  ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）」とも呼ばれる）は、周囲環境（例えば、水飽和貯留層岩石）を通るＥＭ波の速度と比較して、コントラスト剤を通るＥＭ波の速度の差に依拠する。ＥＭ波の速度は、式１に従って決定され得る。
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【００１３】
ここで、Ｖは波速であり、ｃは真空中の光の速度であり、εrは誘電率であり、μrは比透磁率である。例えば、生産された貯留層の内部では、ＥＭ速度が水および貯留層岩石のεrおよびμrによって決定され、水飽和量に依存する。一例として、２０％の気孔率を有する水飽和砂の平均値は、εr＝３.５およびμr＝１であり得る。したがって、水飽和貯留層を通るＥＭ波の速度は、√３．５によって減速され得る。
【００１４】
従って、浸水操作中に貯留層を通って移動する注入水が貯留層岩石を飽和させる水よりも大きいＥＭ速度を有する場合、注入水は、送受信されるＥＭ波が貯留層岩石を既に飽和させている貯蔵水を通過するより注入水をゆっくりと通過するように探査され得る。本開示で論じるように、この時間遅延は、坑井間（ボアホール−ボアホールとも呼ばれる）またはボアホール−地表の測定によって直接測定することができる。ＥＭ送信機と受信機の間のより大きな時間遅延は、既存の貯留層岩石と岩石を飽和させる貯蔵水を通るＥＭ速度と比較してより遅いＥＭ速度を意味する。このようにして、注入水は貯留層を通過するときに、ＥＭ波速度におけるそのコントラストによって探査され得る。
【００１５】
本開示の実施形態は、巨大誘電体材料を含むＥＭ探査のための注入流体組成物を含む。いくつかの実施形態では、注入流体が水性流体および巨大誘電体ナノ粒子を含むことができる。本開示で使用されるように、用語「巨大誘電体（ｇｉａｎｔ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）」は１ヘルツ（Ｈｚ）〜１メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数範囲で少なくとも１００００（例えば、１００００〜１００００００）の誘電率を有する材料を指す。いくつかの実施形態では、巨大誘電体ナノ粒子がＡ−Ｃｕ３Ｔｉ４Ｏ１２のナノ粒子（「Ａ」がＣｅ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂなどの三価希土類元素を含むか、またはＢｉを含み得る）化合物であり、チタン酸カルシウム銅（ＣＣＴＯ）、ドープされた酸化ニッケルのナノ粒子（例えば、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、またはＶでドープされた酸化ニッケル）、ドープされた酸化第二銅のナノ粒子（例えば、Ｔａ、Ｃａ、またはＢａでドープされた酸化第二銅）、チタン酸バリウムのナノ粒子、およびチタン酸ビスマスストロンチウムのナノ粒子を含むことができる。いくつかの実施形態では、巨大誘電体材料がポリマーベースのカーボンナノチューブ複合体を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＥＭ探査に使用するための注入流体は、本開示に記載の巨大誘電体材料を、総重量の少なくとも１重量％（ｗ／ｗ％）の量で含むことができる。
【００１６】
本開示の実施形態は、コントラスト剤として巨大誘電体ナノ粒子を有する注入流体を使用する炭化水素貯留層のＥＭ探査をさらに含む。注入流体は例えば、注入井のボアホールを介して、貯留層内に導入されてもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の送信機および１つまたは複数の受信機が坑井間（ボアホール−ボアホールとも呼ばれる）またはボアホール−地表の配置によって直接測定するように配置されてもよい。貯留層を通って移動するＥＭエネルギーは、１つまたは複数の送信機から放出され、１つまたは複数の受信機によって検出され得る。ＥＭエネルギーの通過時間はＥＭ速度の関数であり、したがって、高コントラスト剤を伴う注入流体中を移動するＥＭエネルギーに対してより大きい。ＥＭエネルギーの通過時間は注入流体の位置の画像を生成するために決定され、使用されてもよく、いくつかの実施形態では貯留層内に存在する地下の特徴を識別する。
【００１７】
図１は、本開示の一実施形態による、ボアホール−ボアホールのＥＭ探査のための送信機／受信機配置の概略図１００である。以下に説明するように、多数のＥＭエネルギー測定は図１に示されるように、異なる方向から貯留層の様々な部分をサンプリングするために、送信機および受信機の位置の異なる組み合わせで実施される。図１に示す例は、送信ボアホール１０２および受信機ボアホール１０４を示す。いくつかの実施態様では、送信ボアホール１０２は注入井のボアホールであってもよく、受信機ボアホール１０４は生産井のボアホールであってもよい。他の実施形態では、送信ボアホール１０２は生産井のボアホールであってもよく、受信機ボアホール１０４は注入井のボアホールであってもよい。
【００１８】
図１に示すように、１つまたは複数の送信機１０６を送信ボアホール１０２内に配置して、ＥＭエネルギー（ライン１０８によって表される）を放出して、地表下の地層を通過することができる。１つまたは複数の送信機１０６は、時変能力を含む、当該技術分野で知られているＥＭ光源を含むことができる。例えば、１つまたは複数の送信機１０６はループアンテナを含むことができる。いくつかの実施形態では、アンテナを駆動するために使用される電流プロファイルがパルス形成回路ブラムライン（Ｂｌｕｍｌｅｉｎ）回路またはサイリスタ回路として知られるタイプによって生成されてもよい。
【００１９】
放出されたＥＭエネルギーは地表下の地層を通過した後、受信機ボアホール１０４内に配置された１つまたは複数の受信機１１０（例えば、ＥＭセンサ）によって受信されてもよい。１つまたは複数の受信機１１０は、１つまたは複数の送信機１０６によって放出された強度および周波数でＥＭエネルギーを検出することができるＥＭセンサを含むことができる。例えば、１つまたは複数の受信機１１０は、記録機器またはオシロスコープ構成部品に結合されたループアンテナを含んでもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、例えば、単一送信機（ＴＸ）１０６を送信ボアホール１０２内に配置することができ、単一受信機（ＲＸ）１１０を受信機ボアホール１０４内に配置することができる。単一送信機１０６は１つの位置（例えば、位置１１２）に留まることができ、一方、ＥＭ通過データは受信機ボアホール１０４に示される６つの位置（例えば、位置１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４）から収集される。データの収集後、単一送信機１０６は送信ボアホール１０２に示される第２の位置（例えば、位置１２６）に移動され、この位置に留まる一方、ＥＭ通過データは受信機ボアホール１０４に示される６つの位置（例えば、位置１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、および１２４）から収集される。その後、送信機を第３、第４、第５、および第６の位置（例えば、位置１２８、１３０、１３２、および１３４）に移動させることができ、一方、ＥＭ通過データは、受信機ボアホール１０４に示される６つの位置（例えば、位置１１４、１１６、１１８、１２０、および１２２）から収集される。このような例示的な実施形態では、送信機と受信機との組合せについて合計３６個のデータセットを収集することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の送信機１０６および１つまたは複数の受信機１１０がそれぞれ、ボアホール１０２および１０４の上方の地表からワイヤライン上に吊り下げられているワイヤラインツールの上に、またはその一部に取り付けられてもよい。ワイヤラインは、ボアホール１０２または１０４内で、ワイヤラインシステムの種々の構成要素を有するサービストラック内のリールおよびドラム装置のような当該技術分野で公知の装置を用いて種々の深さまで上下させることができる。ワイヤラインは導体を含むことができ、１つまたは複数の送信機１０６と地表との間、および１つまたは複数の受信機１１０と地表との間の信号の伝送を可能にすることができる。例えば、信号は地表から（例えば、地表コンピュータから）送信ボアホール１０２内の１つまたは複数の送信機１０６に送られて、ＥＭエネルギーの放出を制御することができる。同様に、受信されたＥＭエネルギーに関連する測定データを取得するために、１つまたは複数の受信機１１０から地表で（例えば、地表コンピュータによって）信号を受信することができる。
【００２２】
図２は、本開示の一実施形態による、ボアホール−地表のＥＭ探査のための送信機−受信機アレイの概略図２００である。ここでも、図に示されるように、異なる方向から貯留層の様々な部分をサンプリングするために、送信機と受信機の位置の異なる組み合わせで多数のＥＭエネルギー測定が行われる。図２に示される例は、送信ボアホール２０２（生産井または注入井のボアホールなど）と、送信されたＥＭエネルギーを受信する地表２０４とを表す。
【００２３】
図２に示すように、１つまたは複数の送信機２０６を送信ボアホール２０２内に配置して、ＥＭエネルギー（ライン２０８によって表される）を放出し、地表下の地層を通過させることができる。１つまたは複数の送信機２０６は、時変能力を含む、当該技術分野で知られているＥＭ光源を含むことができる。例えば、１つまたは複数の送信機２０６は、ダイポールアンテナを含んでもよい。いくつかの実施形態では、アンテナを駆動するために使用される電流プロファイルがパルス形成回路ブラムライン（Ｂｌｕｍｌｅｉｎ）回路またはサイリスタ回路として知られるタイプによって生成されてもよい。
【００２４】
放出されたＥＭエネルギーは、地表２０６に配置された１つまたは複数の受信機（例えば、受信機アレイ２１０）によって受信されてもよい。受信機アレイ２１０の１つまたは複数の受信機は、１つまたは複数の送信機２０６によって放出された強度および周波数でＥＭエネルギーを検出することができるＥＭセンサを含むことができる。例えば、１つまたは複数の受信機は、記録機器またはオシロスコープ構成部品に結合されたダイポールアンテナを含んでもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、例えば、単一送信機２０６を送信ボアホール２０２内に配置することができる。単一送信機は１つの位置（例えば、位置２１２）に留まることができ、一方、ＥＭ通過データは地表２０４において受信機アレイ２１０によって提供される６つの位置（例えば、位置２１４、２１６、２１８、２２０、２２２、および２２４）から収集される。データの収集後、単一送信機２０６は送信ボアホール２０２に示される第２の位置（例えば、位置２２６）に移動され、この位置に留まる一方、ＥＭ通過データは地表２０４において受信機アレイ２１０によって提供される６つの位置（例えば、位置２１４、２１６、２１８、２２０、および２２２）から収集される。その後、送信機は第３、第４、第５、および第６の位置（例えば、位置２２６、２２８、２３０、２３２、および２３４）に移動されてもよく、一方、ＥＭ通過データは地表２０４において受信機アレイ２１０によって提供される６つの位置（例えば、位置２１４、２１６、２１８、２２０、２２２、および２２４）から収集される。このような例示的な実施形態では、送信機と受信機との組合せについて合計３６個のデータセットを収集することができる。
【００２６】
上述の、図１に示す実施形態と同様に、１つまたは複数の送信機２０６は、ボアホール２０２の上方の地表からワイヤライン上に吊り下げられたワイヤラインツール上に、またはその一部に取り付けることができる。信号は、受信されたＥＭエネルギーに関連する測定データを取得するために、地表に位置する１つまたは複数の受信機２１０から（例えば、地表コンピュータによって）受信されてもよい。
【００２７】
理解されるように、図１および図２に示されるような送信の複数の測定値は、信号対ノイズ比を改善するために送信機および受信機対において合計され、または平均化されてもよい。複数の送信機（例えば、アレイ）、ならびに複数の受信機（例えば、アレイ）を使用することができる。送信機および受信機は個々またはそれらのアレイのいずれかであり、複数の位置に配置されて、貯留層の異なる領域を探査するか、または異なる方向から各領域を探査し得る。
【００２８】
図３は、本開示の一実施形態による、飽和貯留層岩石３０２よりも大きい誘電率を有するコントラスト剤から生じるＥＭ信号の時間遅延を示す概略図３００である。図１に示し、上述した実施形態と同様に、図３は水飽和貯留層岩石３０２を通過し、受信機ボアホール内に配置された１つまたは複数の受信機３１０によって受信されるＥＭエネルギー（ライン３０６および３０８によって表される）を放出する、送信ボアホール内に配置されたような１つまたは複数の送信機３０４を示す。
【００２９】
図３に示されるように、水飽和貯留層岩石３０２を通過するＥＭエネルギー３０６は、ｘ（ｔ＝ｘ）の時間（ｔ）で、水飽和貯留層岩石３０２を通過し得る。図３はまた、コントラスト剤を有する注入流体（領域３１２によって示される）が注入された水飽和貯留層岩石３０２の一部を示す。ＥＭエネルギー３０６とは対照的に、水飽和貯留層岩石３０２の一部に加えてコントラスト剤３１２を有する注入流体を通過するＥＭエネルギー３０８は、ｘ（Ｔ＞＞ｘ）よりも著しく大きい合計通過時間を有する。したがって、本開示に記載されるように、コントラスト剤の使用は、注入流体と水飽和貯留層岩石との間のコントラストを増加させることができる。
【００３０】
本明細書に記載されているように、ＥＭ探査において注入流体に使用されるコントラスト剤は、水飽和貯留層岩石よりも大きい誘電率（比誘電率εrとも呼ばれる）を有し、貯留層からのコントラスト剤の分解能を改善することができる。典型的な水飽和貯留層岩石は、約３.５の誘電率を有し得る。従来の高誘電率材料は約３.５〜約１００の範囲の誘電率を有することができ、特に、このような高電気材料が溶液中（すなわち、注入流体中）にある場合、水飽和貯留層岩石と十分なコントラストを示さないことがある。
【００３１】
したがって、本開示の実施形態は「巨大」誘電体材料を使用してＥＭ探査を行うことを含む。本開示で使用されるように、巨大誘電体という用語は１Ｈｚ〜１ＭＨｚの周波数範囲で少なくとも１００００の誘電率を有する材料を指す。例として、そのような巨大誘電体材料はチタン酸カルシウム銅（ＣＣＴＯ）および他のＡ−Ｃｕ３Ｔｉ４Ｏ１２化合物（「Ａ」がＣｅ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂなどの三価希土類元素を含むか、またはＢｉを含むことができる）、ドープされた酸化ニッケル（例えば、Lｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、またはＶでドープされた酸化ニッケル）、ドープされた酸化第二銅（例えば、Ｔａ、Ｃａ、またはＢａでドープされた酸化第二銅）、チタン酸バリウム、およびチタン酸ビスマスストロンチウムを含むことができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、注入流体は、水性流体と、巨大誘電体ナノ粒子を有するコントラスト剤とを含むことができる。いくつかの実施形態では、水性流体は、淡水（総溶解固体（ＴＤＳ）濃度が比較的低い（すなわち、５０００質量百万分率（ｐｐｍ）未満）水）または海水（例えば、約３万〜約４万ｐｐｍＴＤＳの範囲の塩分を有する水）であってもよい。いくつかの実施形態では、水性流体が人工海水、天然海水、塩水、または地層水を含むことができる。いくつかの実施形態では、巨大誘電体ナノ粒子が約１ｗ／ｗ％〜約１０ｗ／ｗ％の範囲の量で存在してもよい。いくつかの実施形態では、巨大誘電体ナノ粒子の量は、注入流体のｐＨおよびナノ粒子の種類に基づいて選択されてもよい。有利には、巨大誘電体ナノ粒子を有する注入流体は、既存の注入流体と比較して、水飽和岩石または遺留水に対して著しく大きなコントラストを提供することができる。
【００３３】
図４は、本開示の一実施形態による、巨大誘電体ナノ粒子を使用した貯留層のイメージングのためのプロセス４００を描写する。最初に、注入流体は、水性流体およびコントラスト剤として選択された巨大誘電体材料から調製され得る（ブロック４０２）。本開示で論じられるように、適切な巨大誘電体材料は以下の材料、チタン酸カルシウム銅（ＣＣＴＯ）および他のＡ−Ｃｕ３Ｔｉ４Ｏ１２化合物（「Ａ」がＣｅ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂなどの三価希土類元素を含むか、またはＢｉを含むことができる）、ドープされた酸化ニッケル（例えば、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、またはＶでドープされた酸化ニッケル）、ドープされた酸化第二銅（例えば、Ｔａ、Ｃａ、またはＢａでドープされた酸化第二銅）、チタン酸バリウム、またはチタン酸ビスマスストロンチウム、のナノ粒子を含むことができる。いくつかの実施形態では、巨大誘電体ナノ粒子が約１ｗ／ｗ％〜約１０ｗ／ｗ％の範囲の量であってもよい。巨大誘電体ナノ粒子は、周知の混合技術を用いて水性流体と混合して、地表で注入流体を調製することができる。
【００３４】
コントラスト剤を有する注入流体は、当該技術分野で知られている技法を使用して、目的の貯留層内に導入することができる（ブロック４０４）。例えば、いくつかの実施形態では、注入流体が水攻法操作などにおいて、生産井に流体接続された注入井にポンプで送り込まれてもよい。
【００３５】
次に、ＥＭエネルギーは、１つまたは複数の送信機からのＥＭエネルギーパルスを介してなど、貯留層（ブロック４０６）に放出されてもよい。例えば、１つまたは複数の送信機を送信ボアホール内に配置して、ＥＭエネルギーを貯留層内に放出することができる。いくつかの実施形態では、送信ボアホールが注入井（例えば、注入流体を導入するために使用される注入井）または生産井のボアホールであってもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の送信機が送信機アレイであってもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の送信機がＥＭエネルギーの放出のために送信ボアホール内の異なる位置に再配置される単一送信機であってもよい。ＥＭエネルギーパルスは、探査される領域のサイズに基づいて選択された周波数で放出されてもよい。
【００３６】
ＥＭエネルギーパルスは１つまたは複数の受信機で受信されてもよく、放出されたＥＭパルスの通過時間は測定されてもよい（ブロック４０８）。例えば、本開示で論じられているように、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の受信機を受信機ボアホール（例えば、注入井または生産井のボアホール）内に配置して、坑井間（ボアホール−ボアホール）測定を提供してもよい。他の実施形態では、受信機アレイなどの１つまたは複数の受信機を送信ボアホールの上方の地表に配置して、ボアホール−地表の測定を行うことができる。いくつかの実施形態では、目的の貯留層を分析するために、坑井間技法および地表−ボアホール技法の両方を使用することができる。いくつかの実施形態では、受信されたＥＭエネルギーパルスの他の特性が決定されてもよい。例えば、いくつかの実施例では、ＥＭエネルギーパルスの周波数の関数としての信号強度（例えば、振幅または電力）を決定することができる。
【００３７】
地下炭化水素回収物を通過する注入流体の位置の画像が、通過時間から生成されてもよい（ブロック４１０）。例えば、通過時間は、水攻法操作中の任意の時間における注入流体の位置の二次元（２−Ｄ）空間マップを生成するために使用されてもよい。画像は、当該技術分野で知られている反転技法を使用して、通過時間データの反転を実行することによって生成することができる。当該技術分野で知られているように、いくつかの実施形態では、周波数の関数としての信号強度など、ＥＭエネルギーパルスの他の特性を反転中に使用して、生成された画像を改善してもよい。
【００３８】
画像は、通過時間のさらなる分析（ブロック４１２）などによって、貯留層内の地下特徴の識別を可能にし得る。いくつかの実施形態では、注入流体に対して透過性である貯留層内の経路を識別することができる。さらに、本開示に記載されるようなコントラスト剤を有する注入流体の使用は、注入流体が以前に注入された異なる注入流体または貯留層内に存在する他の流体と区別されることを可能にし得る。
【００３９】
範囲は、本開示において、約１つの特定の値から約別の特定の値まで、またはその両方として表現されてもよい。そのような範囲が表現される場合、別の実施形態は１つの特定の値から、他の特定の値、またはその両方、ならびに前記範囲内のすべての組合せであることを理解されたい。
【００４０】
本開示の様々な態様のさらなる修正および代替実施形態は、この説明を考慮すれば当業者には明らかであろう。したがって、この説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示で説明される実施形態を実行する一般的な方法を当業者に教示することを目的とする。本開示において示され、説明される形態は、実施形態の例として解釈されるべきであることを理解されたい。要素および材料は、本開示において図示され、説明されたものと置き換えられてもよく、部分およびプロセスは逆にされ、または省略されてもよく、いくつかの特徴は独立して利用されてもよく、すべて、この説明の恩恵を得た後に当業者には明らかであろう。以下の特許請求の範囲に記載された本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示に記載された要素に変更を加えることができる。本開示で使用される見出しは、組織的な目的のためだけのものであり、本説明の範囲を限定するために使用されることを意味するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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