【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及时频电磁勘探，更具体地说，它涉及基于地面和井-地时频电磁测量的co2监测系统及方法。
技术介绍
1、ccs，即二氧化碳捕集与封存，是一种用于减缓气候变化、减少二氧化碳排放的技术，其雏形是20世纪70年代在美国兴起的用二氧化碳驱油以提高石油采收率的技术；ccs的三个关键要素，是对二氧化碳进行捕集、运输和地质封存。ccus，即二氧化碳的捕集、利用与封存，是我国结合本国实际提出的概念，即在ccs基础上增加了二氧化碳利用的环节，主要方式包括利用二氧化碳驱油，精制食品级二氧化碳以及其他工业利用方式。ccus在二氧化碳捕集与封存(ccs)的基础上增加了“利用(utilization)”，这一理念是随着ccs技术的发展和对ccs技术认识的不断深化，在中美两国的大力倡导下形成的，目前已经获得了国际上的普遍认同。ccus按技术流程分为捕集、输送、利用与封存等环节。
2、ccs、ccus的定义碳捕获与封存(carbon capture and storage ccs)技术是指将二氧化碳从工业或相关排放源中分离出来，输送到封存地点，并长期与大气隔离的过程；这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的办法。ccus全称carbon capture,utilization and storage，指碳捕集、封存及再利用技术；二氧化碳(co2)捕集利用与封存(ccus)是指将co2从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现co2永久减排的过程，作为应对全球气候变化的关键技术之一，c
3、碳捕获、利用与封存(carbon capture，utilization and storage ccus)技术是ccs技术新的发展趋势，即把生产过程中排放的二氧化碳进行捕获、提纯，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存的一种技术；该技术具备实现大规模温室气体减排与化石能源低碳利用的协同作用，是未来应对全球气候变暖的重要技术选择之一。ccs技术主要由四个环节组成：捕集、运输、地质封存和监测、用于增加石油采收率(eor/egr)，其中第四个环节是可选环节，具有潜在收益。
4、通过大量实施的ccs和ccus项目，地下注入了数百万吨或数千万吨甚至过亿吨的高压的超临界态二氧化碳；由于二氧化碳的比值大于氧气，如果地下注入的二氧化碳通过注入井或监测井的井壁或被地下高压二氧化碳激活的地表浅层的断层或裂缝带泄露到地面，将会造成巨大的地质灾害，会对二氧化碳泄露区域的生命财产造成不可估量的损失。因此，我们需要在ccs和ccus项目的地面和井下布设实时长期的有效监测系统，实时监测地下二氧化碳向地面的泄露情况，一旦发生二氧化碳在地表的泄露时，及时发出预警信息，并启动应急响应机制，采取必要的工程技术手段堵塞二氧化碳泄露通道，疏散泄露区域内和附近的群众，尽量避免重大地质灾害的发生。
5、目前有用在ccs和ccus工区地面和井口安装二氧化碳气体监测传感器进行实时监测预警，但是此方法只是被动监测，在地面或井下没有发生二氧化碳泄露时，无法预先知道或监视地下高压二氧化碳的运移状态。另外还有利用地面三维时移地震(四维地震)或时移三维垂直地震剖面(4d-vsp)勘探技术进行地下深部二氧化碳运移的监测；由于超临界态二氧化碳的密度达到了0.7，与地下深部地层孔隙水的密度差异不是很大，造成地下储层中超临界态二氧化碳驱替孔隙水后，地下深部储层内的弹性参数变化较小，地面三维时移地震(四维地震)或时移三维垂直地震剖面(4d-vsp)采集的数据变化也很小；考虑到地面或井中时移地震数据的采集误差，数据处理过程中的误差，时移地震数据处理结果的可靠性大幅度下降，因此地面或井下时移地震数据难以准确的监测地下深部储层内二氧化碳前锋的运移和赋存状态。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于地面和井-地时频电磁测量的co2监测系统及方法，用不同阶段采集的实时或时移地面三维和井-地时频电磁数据的处理结果，实时评价超临界态二氧化碳注入井地下储层的效率，并对地下超临界态二氧化碳的运移进行长期的安全监测，防止超临界态二氧化碳沿注入井或监测井的井壁或被注入地下的高压超临界态二氧化碳激活的浅地表断层或裂缝泄露到地面。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、第一方面，本申请提供了基于地面和井-地时频电磁测量的co2监测系统，包括在监测工区形成以co2注入井为中心的方形监测区的四根第一电流源发射天线，四根第一电流源发射天线的中部均连接有第一时频电磁可控电流发射源，且四根第一电流源发射天线的两端均接地；
4、co2注入井的金属套管和注入管柱的环空之间布设有第二电流源发射天线，且第二电流源发射天线由co2注入井的井底延伸至井口，第二电流源发射天线伸出井口的一端连接有第二时频电磁可控电流发射源；
5、还包括在方形监测区内以co2注入井为中心按预置方式分布的多个时频电磁采集站，多个时频电磁采集站均用于分别采集第一电流源发射天线和第二电流源发射天线产生的第一时频电磁信号和第二时频电磁信号。
6、本专利技术的有益效果是：本方案中，利用在地面上按三维方式布设的多个时频电磁采集站，以及在地面和井中布设的大功率偶极电流源的发射天线，实时或时移采集地面三维和井-地时频电磁数据，最后对采集的时频电磁数据进行地下电阻率和极化率的三维反演，根据超临界态二氧化碳注入井地下前后储层中电阻率和极化率的随时间的变化，监测并判断注入地下储层的超临界态二氧化碳前沿在地下储层中的运移及赋存状态；其中，用不同阶段采集的实时或时移地面三维和井-地时频电磁数据的处理结果，实时评价超临界态二氧化碳注入井地下储层的效率，并对地下超临界态二氧化碳的运移进行长期的安全监测，防止超临界态二氧化碳沿注入井或监测井的井壁或被注入地下的高压超临界态二氧化碳激活的浅地表断层或裂缝泄露到地面。
7、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
8、进一步，上述第一电流源发射天线为长度在2km-10km的大电流供电导线，且第一电流源发射天线的两端均连接有用于接地的第一铜质供电电极棒。
9、进一步，上述第二电流源发射天线设置有两根，并均匀分布在注入管柱的两侧；
10、第二电流源发射天线伸入co2注入井内的一端连接有第二铜质供电电极棒，且第二铜质供电电极棒的尾端套接有绝缘橡胶球。
11、进一步，上述时频电磁采集站包括两对相互正交垂直的不极化电场传感器对，还包括一个相互正交垂直的三分量磁场传感器，三分量磁场传感器位于两不极化电场传感器对的中心位置。
12、进一步，上述对于每个不极化电场传感器对，不极化电场传感器对中两个电场传感器的距离为10m-100m。
13、进一步，上述多个时频电磁采集站按横纵的矩阵形式均匀布设在方形监测区内。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，包括在监测工区形成以CO2注入井为中心的方形监测区的四根第一电流源发射天线，四根所述第一电流源发射天线的中部均连接有第一时频电磁可控电流发射源，且四根所述第一电流源发射天线的两端均接地；
2.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，所述第一电流源发射天线为长度在2km-10km的大电流供电导线，且所述第一电流源发射天线的两端均连接有用于接地的第一铜质供电电极棒。
3.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，所述第二电流源发射天线设置有两根，并均匀分布在注入管柱的两侧；
4.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，所述时频电磁采集站包括两对相互正交垂直的不极化电场传感器对，还包括一个相互正交垂直的三分量磁场传感器，所述三分量磁场传感器位于两所述不极化电场传感器对的中心位置。
5.根据权利要求4所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，对于每
6.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，多个所述时频电磁采集站按横纵的矩阵形式均匀布设在所述方形监测区内。
7.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，多个所述时频电磁采集站以所述CO2注入井为中心按放射线形式在所述方形监测区内延伸布设。
8.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，多个所述时频电磁采集站按同心圆的形式并以所述CO2注入井为圆心逐渐向外布设形成多个由时频电磁采集站构成的环形结构。
9.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，所述第一电流源发射天线的两端接地的地面均灌注盐水。
10.基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测方法，应用于权利要求1-9中任一项所述的基于地面和井-地时频电磁测量的CO2监测系统，其特征在于，包括以下具体步骤：
...【技术特征摘要】
1.基于地面和井-地时频电磁测量的co2监测系统，其特征在于，包括在监测工区形成以co2注入井为中心的方形监测区的四根第一电流源发射天线，四根所述第一电流源发射天线的中部均连接有第一时频电磁可控电流发射源，且四根所述第一电流源发射天线的两端均接地；
2.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的co2监测系统，其特征在于，所述第一电流源发射天线为长度在2km-10km的大电流供电导线，且所述第一电流源发射天线的两端均连接有用于接地的第一铜质供电电极棒。
3.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的co2监测系统，其特征在于，所述第二电流源发射天线设置有两根，并均匀分布在注入管柱的两侧；
4.根据权利要求1所述的基于地面和井-地时频电磁测量的co2监测系统，其特征在于，所述时频电磁采集站包括两对相互正交垂直的不极化电场传感器对，还包括一个相互正交垂直的三分量磁场传感器，所述三分量磁场传感器位于两所述不极化电场传感器对的中心位置。
5.根据权利要求4所述的基于地面和井-地时频电磁测量的co2监测系统，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：余刚，张少华，宋喜林，刘雪军，王志刚，石艳玲，陈娟，王熙明，
申请(专利权)人：中油奥博成都科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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