二维模型的研究有限公司₂羽毛在盐水水库钻孔电阻率层析成像

文摘

电气性能的电阻率层析成像(ERT)钻孔研究数值有关变化引起的有限公司₂封存在深盐水水库。新的优化方法应用于生成一组优化的数据只有4%的全面但几乎相似的最好的决议。(主要是tripotential不同电极配置α和β)研究了电流和潜在的测量在不同的方向。一个广泛的2.5 d建模(> 100000模型)进行有关水文地质系统的多参数的函数,有限公司₂羽、数据采集和方法论。ERT技术通常能解决存储目标(有限公司₂羽,盐水主机水库和不透水盖岩),然而与常见的拖尾效应和文物。重建的x线断层照片表明,优化和面向乘配置有一个更好的空间分辨率比外侧数组之间的分裂的潜在和现有电极对水井。后来的数组也更容易受到大气谱噪声但较低水平的测量误差。决议之前,优化和面向配置确认乘以ROI区域指数较低的值和残余(相对模型差异)。这项技术可以解决目标方面比率降至0.5。

1。介绍

需要管理全球有限公司₂排放为减轻温室效应导致了全球研究减少大气CO₂。碳捕获和储存(CCS)技术(1)必须有效和成本竞争力,(2)提供稳定、长期储存,和(3)是环保的。潜在的陆地媒体有限公司₂存储包括枯竭的石油和天然气储层、unmineable煤层,深盐水水库,不透水岩石向上,防止泄漏。

有限公司₂存在于气相在标准大气温度和压力。以上动态临界点(> 31.1°C, > 7.38 MP,密度> 0.469克/厘米³)有限公司₂超临界流体阶段变化;它通过固体扩散气体溶解物质像液体。有限公司₂一直在地下注入提高石油、天然气和煤层气的复苏和存储。这种注射主要监控使用的地震成像方法(例如,斯莱在北海油田,例如,(1])。然而,调查表明,brine-saturated砂岩电阻率()是对公司更敏感₂饱和比地震速度(图1)。这可能证明应用电电阻率层析成像(ERT),尤其是在水井,监测电阻超临界CO₂羽毛在深盐水储层(例如,2])。这个水库的形成通常由高电阻矩阵(如砂岩和石灰岩)和导电孔隙盐水。在这里,公司₂饱和可以预测使用的法律阿奇(3]: 在哪里,,=散装、流体和有限公司₂电阻率分别=孔隙度,,=水有限公司₂饱和,,,=常数。

最近的事态发展使安装深水井涂层(绝缘)套管和固定电极阵列ERT监测(例如,5])。提出建模和反演算法也为更好的开发监测有限公司₂羽场景在深盐水水库和煤层(例如,6,7])。在2008年我们开始跨学科项目”有限公司₂MoPa”(建模和参数化有限公司₂存储在深盐水形成规模和风险分析)。它旨在研究长期有限公司₂衰减和迁移在深和浅层次(包括盐水和淡水含水层),以及存储容量评估和风险分析。几乎各种合成,现实,存储场景模拟的德国北部盆地地层似乎适合公司₂存储。我们的主要任务是开发优化,约束监控策略对CCS技术使用地震和ERT方法相结合。这种方法集中在(1)发展受限电resistivity-modeling策略基于先验地下知识从地震成像方法(几年)和日志数据,和(2)可靠地反相连续ERT延时成像产生时空发展有限公司的内在的物理化学性质₂水库和帽岩石随时间。

1.1。优化和可靠的钻孔导

逆ERT算法,然而,倾向于从任何给定的体素涂片电阻率值相邻像素点(例如,8])。基于灵敏度函数,接受方在电极附近的水井执行(水井)比在井间区域。电灵敏度选择数组用于某一目标但不一定有最好的决议。因此,数组优化的一种新方法最近发达寻找电极配置最大化调查分辨率(例如,[9])。优化算法考虑空间和时间之间的权衡(测量时间)决议。他们选择测量基于数组的贡献累积敏感性(例如,10])或模型分辨率矩阵,(例如,(11])。取决于所有配置+正规化的敏感类型用于反演[12]。对于任意电极阵列,算法生成优化(选择)的数据集规模远比全面的和几乎相同的分辨率的目标之一。这个综合集包括所有可能的可行的电极配置在这个数组和具有最大可能的决议,见下一节。这个二维数组的应用优化最近扩展到borehole-borehole和surface-borehole调查(13- - - - - -15]。最后一个算法。强烈该算法提高了ERT决议在井间区域(通常低)方法解决高度敏感地区关闭水井。

灵敏度仅占数据采样和模型异构性问题。作为一种替代方法,调查指数的区域(ROI)是用来评估整个二维反演过程数据采样和噪声等,模型离散化、正规化和非线性(16,17]。因此,可靠性的ERT 2 d x线断层照片将被ROI评估这里除了每个输入之间的相对模型差异(残余)和反向输出模型。

ERT钻孔调查中,地形纵横比(AR)被定义为垂直电极阵列的长度除以井间横向偏移量。因此,通过增加密度(即分辨率增强。,number and thus costs) of expensive monitoring wells in the area of plume migration. Newmark et al. [18]研究了AR值2、1.5和1和发现他们(按此顺序)最好的,中间,和坏的决议。在这项研究中基于“增大化现实”技术的下边界扩展到0.25导致进一步减少监测井的数量(和成本)。广泛的基于“增大化现实”技术的范围(0.25 - 2)测试,以确定其最优值之间的最高和最低分辨率(AR = 2和0.25,分别地。)对应于最高和最低数量的监测井(即。,分别成本)。

1.2。问题和目标

直到现在ERT很少应用CCS问题的深盐水水库。只有少数最近的研究在一定程度上治疗这个问题,例如,可行性研究,克里斯滕森et al。19)和敏感性调查一些指定的公司₂羽形式使用点和长(铁皮)钻孔电极,拉米雷斯et al。20.]。也有一个字段网站公司的赤字₂封存在适当收购基础设施装备的ERT调查。所有这些导致一个强大的系统ERT建模需求调查。在这项研究中,广泛,系统数值ERT 2.5 d进行建模,为不同的虚拟场景和结果分析了注入wedge-like有限公司₂羽毛(维度,或)作为电极配置的函数,埋藏深度,基于“增大化现实”技术,数据噪声和设置参数建模的限制(主要是正则化参数,见下一章节)。此外,ROI分析和残差应用于评估各种电极配置的解决能力和反演程序。在该领域技术的鲁棒性测试数据集通过添加三种不同的随机误差。这些研究旨在测试(非)标准的功能和优化ERT技术解决地下这里开发(部分)有限公司₂存储目标不同的函数参数与水力- /地质和地球化学地下性质(主要是盐水储层和盖层),有限公司₂羽、调查设计、数据采集和建模技术。

在接下来的部分中,我描述了应用钻孔电极配置,实验设置地下模型的场景,和建模品种。然后讨论、总结和数值模拟得出的结果不同。优化算法,噪音,深度效应和建模约束是这里没有显示。它们包含在Hagrey [2,14,15)和Hagrey彼得森(21]。

2。钻孔电极配置

类似于表面调查,ERT数据采集两个钻孔电极阵列之间可以进行针对tripotential配置α(CPPC, C =当前电极,P =电位电极),(CCPP)和(CPCP)和他们的倒数。的配置可以来自和测量,也就是说,他们不是独立的,通常是排除在数据22]。的其余部分α和β测量完成在垂直(v, 90°),水平(h, 0°)和横向(l > 0 - < 90°)模式(图2)。针对这些模式相同的钻孔内进行(inhole)或两者之间的分布式水井(条件)。表1显示了所有可能的配置和inhole和井间模式(23]。每个配置包括两个inhole和井间三个安排。

一个数组的电极,整个综合数据集包含针对独立单向的配置(表2,(25])。排除不稳定反转配置从整个组的结果在一个更有效的数据集,简称综合数据集。这些包括冗余配置γ配置和几何因素大于最大的偶极子的取向阵列产生的分离(=电极间距,图2)。综合数据集与所有可行的配置应该提供最好的决议(26]。它包含所有地下可以收集到的信息N电极阵列。表2显示整个有效全面的数据集的大小相比,标准的共线32电极阵列和两个钻孔之间的循环数组,每个16个电极。有效综合集水井包含超过80000数据点,甚至约0.65的成套但超过450次的每个标准的取向和温纳集。这证明应用电极优化的新方法来生成优化的低得多的数据集的大小和几乎相同的决议全面的,也就是说,高时空分辨率(更多细节,请参阅[14,15])。短暂这个选择数组提高了ERT分辨率特别是在井间区域通常是低比该地区关闭水井。

十个不同的钻孔的调查标准、非标准和优化配置是调查(表3,图2)。垂直(v)循环(c)配置αvc和βvc表示与所有可能的综合数据集和电极组合,分别。相应的subconfigurationsα风投(s =对称在中点)β风投公司只包括传统的温纳对称安排和斯伦贝谢,分别和取向。的配置βl和βh代表侧(左)和横向(h) bipole-bipole配置,其C -和P-pairs分裂之间的两个钻孔(CP-CP)。配置βl代表综合数据集在所有可能的电极组合和取向bipole-bipole (CP-CP)安排。它的子集βh是进行横向电流电极(流)。

tripole-pole (tp-p)是一种特殊类型的垂直循环条件下配置(24]。它有固定的C电极(各自的上限和最低的第一和第二电极洞,反之亦然;图2)和移动P之间任何其他可能的组合电极对电极分别在每一个钻孔(即。,C-PPC CPP-C PPC-C, C-CPP表1)。它显示了近乎垂直电流水平层的强烈影响的井间区域。而不是tp-p bipole-bipole配置(βl和βh)大多横向电流,即水平结构的低分辨率,但发现更好的垂直结构。新的复杂的数据集βhtp(的总和βh和tp-p)和αβ风投们(的总和α风投,β风投公司)是在这项研究中首次引入的。每个应该反映其构成阵列的优点。总电流和潜在的测量在各种可能的组合和方向应该能够解决不同方向的目标。应用选择数据集(3000数据点)小于4%的全面,但平均相对分辨率为0.96%(表3)。

3所示。地下模型场景

保持虚拟公司₂封存建模更现实,从地下的地层参数场景用于生成合成数据已从发表的数据,例如,有限公司₂Ketzin水槽试验场地,柏林附近(例如,5,27,28])。应用单地下模型几乎包括电绝缘,超临界CO₂羽(顶部的)扣押导电盐砂岩储层(ρ_储层= 3Ωm,ρ_盐水= 0.20Ωm,盐度- 55 g / L,Φ= 20 - 25%)(图3)。这个水库是不透水粉砂岩的限制(ρ= 8Ωm不同厚度在2−9.5(=电极间距)),以防止向上的公司₂泄漏。模型尺寸在这项研究中给出了单位通常认为是1米。的有限公司₂羽流的模拟常见的楔形状和体积电阻率,ρ_羽15日和10 100年,30日Ωm(对应于饱和度,80年,60岁,40岁,和30%,分别地。计算(2),不同的厚度(0.5-13年)和宽度(0.5-13年))(29日]。

4所示。应用程序

2.5 d的ERT建模和逆深有限公司₂羽流进行了浅调查使用新代码基于算法的(例如,30.])。所有代码都使用半空格的解决方案与细网格网格精确模型整个地区。纽曼和混合边界条件用于顶部表面和侧面/底部边界,分别。程序优化自动足够数量的附加网格网格远离电极(5-10年)这些方面/底部边界。

一个广泛的数值调查开始通过生成合成数据集的视电阻率()从2.5 d模拟(1)的函数(图十wedge-like模型2),(2)4值,(3)十电极配置(表3,图1七ARs),(4),(5)两个埋藏深度(1和101年)和(6)三个噪音水平(1%、3%和5%)。这种正向建模已经导致超过8000为这些不同的模型场景合成数据集和没有wedge-like有限公司₂羽流。每个合成数据集过滤去除任何异常值和任何高几何因子的值可能会导致潜在的泄漏。过滤器也可以确保没有任何等价,互惠,或配置的数据集。每个独立过滤数据集已经倒八次使用不同设置约束参数。这导致超过100000对所有应用x线断层照片合成数据集。不同设置约束应用于反演主要包括合法化的最小化方法最小二乘(L₂)或健壮的块状正常化(L₁),初始模型常数均匀电阻率或近似逆模型。

提出使用有限元方法建模的可靠性(更精确的梯形元素而不是三角形的)开始前确认倒置使用恒定电阻率均匀介质。与这个常数电阻率相比,结果偏差的单视电阻率()为每个应用合成数据集通常不超过3%。这些偏差是类似于正常的误差水平在这里的真实数据和被认为是噪音合成数据集。

在10检查wedge-like场景,本研究主要关注模型W₁W₄₂,和W₈最大(13)、中级(5.5)和最小(0.5)的厚度有限公司₂羽(图3)。冠岩的电极覆盖至少W₁(只有1),中间为W₄₂(5对W),最好的₈(11)。这些公司₂存储场景代表例子最优目标维度(W₄₂)和薄层(羽W的问题₈和储层以下羽W₁)和薄的宽度(最低三角形顶点在W₁)。八个独立的反演中为每个数据集,只有一个最佳拟合模型(最小均方根误差,均方根误差)被认为是进行进一步的研究。

在下面,任何反向x线断层照片的单目标异常(有限公司₂羽、主机储集岩和盖层)是评价相对于起始输入模型按照下列标准:(1)重建的几何、形状和位置,(2)恢复电阻率大小,(3)边界的清晰度。

5。结果和讨论

在下面,重建ERT W x线断层照片₁W₄₂,和W₈场景只被描述和讨论的函数应用有限公司₂羽场景(维度,或ρ),电极配置,农业研究所和噪音。

所有反向数据集的总体平均均方根误差接近0.9%之间几乎相似的分布x线断层照片倒的健壮的L₁L规范及其相应的模型₂规范。所有研究的数据集,每个拟x线断层照片(至少均方根误差几乎< 0.5%,平均迭代5),在其独立的八个倒置,优化了L₁规范。这么低的均方根误差值是解释的很好的收敛合成数据集对最终的解决方案。的平均均方根误差值最小横向/水平配置(β信用证βh),中间的选择和垂直循环对称配置(α风投,β风投,αβ风投),全面和最高(α风险投资,βvc), tp-p和βhtp。一个可能会注意到,不适应环境的人分布在这些阵列成正比与奇点问题和/或高数量的数据(即几何因素。,电压泄漏)。

在所有的研究情况下,L₁x线断层照片总是显示更清晰的边界和单一目标级复苏比L₂x线断层照片,L₁反演更适合解决封存目标与锋利的边界。这些结果是根据证据表明,L₁规范往往会产生模型,分段常数,而L₂(标准倾向于涂片的清晰的界限19]。

短暂的每一个最好的解决输出x线断层照片(在它的8个独立反演)导致反演约束参数集,包含(1)准确计算期权的使用计算时间为代价的(例如,标准的高斯牛顿算法(重新)计算雅可比矩阵和优化,每4节点奇点和编织网来减少错误,模型细化的一半宽度和井间模型的一半大小,等等),(2)一个健壮的块状L₁标准锋利的边界,而不是光滑的L₂规范的逐步变化,(3)足够的边界网格(> 5),(4)低阻尼参数对这些合成数据噪音(几乎免费)。基于这些讨论,所有(拟合)x线断层照片被认为是在第二部分反向使用健壮的L₁规范。

6。配置和模型场景的效果

图4显示了重构的例子2 d x线断层照片(拟合最小均方根误差)的地下场景W₁W₄₂,和W₈不同的公司₂羽维度和只有两种极端80年和30 g / L(对应ρ100年和10Ωm,分别地。,图3)。这些场景是位于101年的深度(最电极)。他们正在重建的应用(表10电极配置3,图2)使用宽高比(AR) 1。

在大多数情况下,应用电阻wedge-like有限公司₂羽导电盐一起举办砂岩储层和不透水沙泥岩盖层通常由倒绝对直接映射ρx线断层照片(没有模型之间的差分x线断层照片和没有羽)。大部分配置一般重建这三个目标与不同程度的模糊和工件。这个污点是反映在单一x线断层照片级的目标异常低,更大的体积,和模糊边界相对于他们的输入模型。这个污点是定量评估的ROI和残留分析,见下一节。映射能力普遍降低与减少尺寸(厚度,宽度)和电阻率的目标。除了外侧/水平(β信用证βh),所有其他配置可以重建甚至最糟糕的公司₂羽场景(W的最小厚度₈和电阻率10Ωm)。基于前面提到的标准评价倒x线断层照片异常(几何、位置,ρ振幅和边界清晰度),映射能力通常是更好的配置与面向乘以电流和潜在的测量(αvc和β风险投资,他们的子集α风投,β风投,αβ风投,以及选择β比只有横向(htp)βl)、水平(βh)和纵向(tp-p)电流注入。层析后的异常配置通常能显示较低ρ比前级配置,配置βlβh和tp-p低估了ρ大小与输入模型相比,见下一节。

应用场景中,封存的映射能力目标(冠岩、羽毛和水库)对W是最好的₄₂,中间为W₁,至少W₈。W x线断层照片₁显示强大的拖尾效应最低羽三角形的顶点和盖层与他们的环境。目标都≤1的薄层电极覆盖的问题导致这个污点由等效原理(例如,(15])。对于一个薄电阻有限公司₂羽目标,反演的代码并不能够解决某些电阻模型特征的厚度和电阻率参数单独但只有他们的产品(阻力)。横向边界上水库/羽和下羽的W₄₂和W部分₁通常解决略优于斜柱的界限。

关于应用配置、垂直循环αvc和α风投通常解决倾斜比相应的边界βvc和β风投。这也许可以解释偶尔的中分辨率αβ风投公司x线断层照片(包含β风投公司数据)较低的三角形顶点的羽流在W₁。很明显,个人复杂的配置βhtp(的总和βh和tp-p)和αβ风投们(的总和α风投,βvcs)结合的特性(主要是更好的分辨率)相应的单一成分。每个复杂的配置包含更多的数据以方向,因此携带更多的信息比其组成的数据集(cf。31日])。另一方面,垂直循环的模型β(βvc和βvcs) x线断层照片通常反映更高(更好的)电阻率的大小比相应的目标α(αvc和αvcs)模型。目标中的电阻率大小接近其真实价值中心,越来越偏离了这个距离接触下一个目标。而不是真正的数据,反演模型没有显示通常可怜的决议,并有很强的工件在水井。这些都是由于异构性问题引起的无聊和电极安装和/或导电的扭曲影响井眼流体相对于电阻母岩(32]。

关于数据集的大小,选择x线断层照片的分辨率(近3000数据点)几乎类似于最好的解决每一个全面αvc和βvc模型(> 30000分),比要好得多βl x线断层照片(14440)。显然,noncomprehensive的分辨率数据集是最好的选择,中度以上复杂αβ风投,βhtp,温和α风投,β风投,至少βh和tp-p。

简单地说,外侧/水平配置(βl和βh)更健壮的对测量误差是由于泄漏电流和电压。在这些配置,将当前的和潜在的电极对之间的水井(即。CP-CP)最大化测量电压(例如,23])。大井眼补偿(例如,P₁- - - - - -P₂距离),然而,可能包括碲的噪音数据(例如,33])。可以最小化这种噪声通过定期扭转当前电极的电流。这些数组解决导致异常,尤其是对横向边界,常常低估了ρ大小。这是由于电流流动的优势和潜在的测量在横向方向上较差的数据覆盖在垂直。配置有一双P C或电极或在同一钻孔(inhole)等大多数的垂直循环α和β(α风险投资,β风险投资,α风投,β风投、表1)配置的奇点问题非常低的电压。然而,他们的过滤数据集后去除这种噪声可以解决地下目标的公司₂羽、储集层和盖层假设足够覆盖多个电极间距。这些结论是符合的,例如,奥尔登堡和李16)和Oldenborger et al。34和反对周和格林哈尔希23]。在溶质运输实验,作者发现前垂直的β风投公司x线断层照片显示比水平更可靠的地下结构βx线断层照片。Bing和格林哈尔希表示,此次收购对垂直inhole配置数据很容易被背景噪声和产量不如那些图像从横向/水平配置βl和βh。

7所示。评价重建x线断层照片

这个评价是由ROI分析和模型的区别(残余)相对于输入模型。ROI分析是开始进行两个独立的逆序对相同的数据集使用不同的电阻率值(和均匀的参考模型。的值和从平均对数计算吗使用两种不同的增殖的因素。反演结果开始从这两个模型是用来计算每个像素的ROI值,定义为(35]:

ROI方法零模型时受到的数据(这两个倒置繁殖非常相似值)和一个当模型有一个非常糟糕的数据覆盖。每个ROI分析的两种反演进行了使用相同的组反演设置参数(导致最好的拟合x线断层照片,见前),只有三个迭代。较高的迭代数量进行测试,导致工件算法试图降低错配的数据建模噪声。不同对乘法因子(0.1和0.1和10日10日和0.2和5)应用和产生相似的结果(参见[34,36])。

另一方面,相对电阻率差异或残留(每个对应的像素的输入(之间)ρ_输入)和输出(ρ_输出)2 d模型计算

此外,随机噪声在1、2和5%的水平被加入到合成数据集,除了向前建模错误(3%),评价噪声场对反演的影响。添加噪声在这个顺序一般均方根误差值增加2到9倍但略减少映射能力,特别是对W₁和W₄₂。拉米雷斯et al。20.]获得相似的结果;随机误差的影响是微不足道的异常大的尺寸和大小。

图5显示了ROI和的例子x线断层照片应用电极配置的函数进行的地下场景W₁W₄₂,和W₈在101深度。约束倒置x线断层照片的数据覆盖是最好的(ROI,部分Δ值最低ρ)综合αvc和βvc,选择数组、复杂的中间αβ风投,βhtp,可怜的(最高ROI值)。这证实了我们这里应用优化方法的有效性高分辨率数据集生成一个实用的选择。

与真正的野外数据,综合建模分析通常不会显示不利的ROI和低分辨率的高值(糟糕的数据,因此分辨率)在水井由于异构性问题导致的无聊和电极安装。值最高的投资回报率最少的数据覆盖范围和分辨率都集中在中央井间区域为ERT结果是一种常见的缺点。ROI和分析反映相应的单一的浅层x线断层照片之间的相似的结果(1深度,这里没有显示(101)和深度的场景深度)。这种相似性反映应用技术的可靠性。与发表的结果进行比较(例如,34)表明,垂直配置分辨率(较低的ROI值)反映比外侧的确认结果。

简单地说,x线断层照片的和投资回报率通常显示类似的结果有关的映射能力单一应用数组。它们反映了不同程度的共同拖尾效应。这些影响导致overpredicted卷,低估了震级和模糊边界的目标异常。这项研究清楚地表明,复杂(βhtp和αβvcs)数组乘面向测量除了选择数组大小与实际数据推荐高时空分辨率和将被认为是进一步在这个研究。

8。层析效果方面比(AR)

为七种不同的基于“增大化现实”技术的广泛测试步骤0.25 - -2.0范围内进行的函数应用地下场景(图2),(图、埋藏深度、电极配置1、表3)、噪音和建模参数设置。在AR值(0.5,0.7,1.0,1.3和2),图6显示了一些最佳拟合(均方根误差最小)x线断层照片产生的无约束反演的高度解决数组(βhtp,αβ风投和选择)和地下场景W₄₂与的60% (Ωm)。

图6表明,获得的映射能力(包括分辨率)通常增加而增加AR从0.5到2。虽然发生横向边界的有限公司₂楔形柱更加垂直随着AR。这种映射的改进与提高基于“增大化现实”技术也涉及略有增加的恢复ρ公司的大小₂羽流相对于起始输入模型。大多数其他前面部分的结果体现在这里如穷人映射解决薄层(W₁和W₈场景,这里没有显示)。在AR = 1,最低三角形顶点的W₁也成为主流从储层异常或从羽毛的宽涂抹区。在,apex决议增加而增加的基于“增大化现实”技术和方法效果最好的基于“增大化现实”技术的2。基于电极配置,应用x线断层照片的分辨率垂直循环和选择数组比的横向/水平β信用证βh和部分tp-p和βhtp配置部分(这里没有显示)。相比之下,W₁和W₈W₄₂模型通常是更好的解决由于更好的覆盖的目标。能够检测并经常映射三个封存目标(有限公司₂羽、储集层和盖层)的无约束反演仍有可能与AR值下降到0.5为研究最多的场景(即使是那些最糟糕的最小厚度和场景ρ)。这个结果优于发表的研究(例如,18])。这些作者ERT技术申请网站描述和过程监控和确定最低AR与可接受的输出分辨率为1。相比之下,最低这一研究获得的AR值(0.5)目前可能导致减少昂贵的监测井的数量和成本的4倍(即,,:为基于“增大化现实”技术的数量= 1)。重建的输出x线断层照片降低AR值(< 0.5)达到一个令人满意的分辨率仅为约束反演的先验固定边界和/或电阻率的目标。该决议增加而增加的数量限制。

9。摘要和结论

电气电阻率层析成像(ERT)技术在水井中强大的监控内在属性更改存储电阻(超临界)有限公司₂在导电盐水库。在这项研究中,研究了各种ERT技术的映射功能多样化wedge-like有限公司₂羽状深的咸水含水层的限制不透水岩石。广泛,系统2.5 d建模研究(> 100000模型)进行测试ERT多种参数的灵敏度有关地下设置(水文地质和地球化学的储层和盖层),有限公司₂羽水库、调查设计、数据采集和建模技术。新数组优化方法应用于生成优化的数据集(选择)只有4%的全面但几乎类似的决议。向前进行模拟生成不同的合成数据集(> 8000)的函数羽场景(不同的维度和有限公司₂饱和度的或电阻率,ρ)、埋藏深度、电极配置,随机噪声,纵横比(AR)。噪音数据质量(< 3%)的检测结果证实了一个齐次模型常数ρ。这个数值研究主要揭示了ERT技术的能力解决的各种深层场景有限公司₂封存的目标(羽、主机储层和盖层)。最重要的结果可以总结如下:(1)大部分应用ERT配置通常可以直接由地图的削减目标清晰的界限绝对的ρ使用L x线断层照片(没有模型差分)₁健壮的反演。所有的模型,然而,反映抹异常低,面积较大,边界模糊。(2)优于发表的研究中,检测有限公司₂目标是可能的甚至0.5最糟糕的场景厚度(=单位电极长度),30%,0.5 AR。较低的AR值(< 0.5),一个令人满意的解决只能与一个先验约束反演结果固定边界和/或电阻率的目标。(3)发达国家选择和复杂(αβ风投,βhtp)的数组(近3000数据点)推荐高时空分辨率的调查。他们的决议是第二个最好的综合垂直阵列(后αvc和β风投,每个> 30000年数据),远比全面横向阵列(βl, 14400年的数据)。这些数组提高普通低分辨率的ERT技术在井间区域通过结合配置与电流和潜在的测量在所有可能的方向。(4)横向数组(βl和βh)对测量噪声更健壮;在x线断层照片合成数据集的结果最小均方根误差不合群,但他们真正的野外数据可能包括自然碲噪声大井眼补偿。(5)分析该地区的指数,ROI和剩余模型差异相对于综合的输入模型表明,反向x线断层照片(αvc和βvc)、选择和复杂(αβvcs)配置更好的受到比其他应用的数据。这个x线断层照片可靠性通常增加增加数据大小。(6)有时配置tripole-pole (tp-p)能够检测水平结构由于其近乎垂直电流。与此相反,横向数组(βl和βh)横向电流,从而更好的解决垂直结构。(7)垂直循环α和β数据集收集部分当前和潜在的其中一种或两种电极对inhole因此可能显示奇点问题。过滤这些数据集的结果x线断层照片更好的分辨率比横向的数组。(8)添加随机噪声(1%,3%,和5%)合成数据(除了建模错误,3%)增加了均方根误差值(根据法律错误延续)2 - 9倍但略减少映射能力的技术,特别是对于大目标。

10。前景和建议

当前结果给一些研究问题的答案2维ERT测绘有限公司₂封存在深处的盐水中。许多其他问题2 d / 3 d映射和4 d监测目前研究在我们的MoPa项目的研究活动。这些任务包括以下:(我)继续系统的2.5 d建模研究其他公司₂羽场景和扩展这些3 d调查不同参数相关的建模、数据采集和方法论、地质背景和羽水库发展基于岩石物理的方法。(2)延时成像的方法申请4 d监测任何公司₂横向迁移要么向上和向下盐水储层内或通过可能接受压裂造成的冠岩高喷射压力。这包括监测和接受场景,新公司的发展₂储层,孔隙度和渗透率随时间的变化。(3)风险分析对于任何可能接受向上盖层压裂和有限公司₂漏到表面区附近,尤其是淡水含水层。(iv)评估输出的时空分辨率x线断层照片使用技术的残余,2 d ROI,和3 d VOI。定量的分析ρ大小和空间扩展的单像素或体素恢复x线断层照片关于预先灌浆法模型。(v)应用于更现实的地下场景建模技术通过使用可用的德国北部盆地(元)数据(硬数据)反演受到地震和日志信息(软数据),以减少不唯一的问题。约束反演方案应该能够解决电阻率地区,包括边界在输出模型。(vi)利用岩石物性量化方法在饱和反向电阻率模型,和孔隙填充的质量(盐水和有限公司₂)。(七)炼油和验证优化配置的使用提高空间分辨率没有明显下降的时间分辨率。(八)测试开发技术在实际现场数据,例如,封存的Ketzin项目的合作伙伴有限公司₂下沉。

确认

特别感谢同事m . h .死胡同提供建模项目,m . Strahser w . Rabbel和r·迈斯纳为重要评论,t . Wunderlich s Siebrands和a . Ismaeil MATLAB程序,和杨副编辑x和两个匿名评论者的建设性建议。这项研究是由德国联邦教育和研究(BMBF) EnBW科特布斯巴登-符腾堡州AG)、E。在科特布斯AG), E。储气库AG, RWE Dea AG) Vattenfall欧洲技术研究GmbH,温特沙尔控股AG)和Stadtwerke基尔AG作为有限公司的一部分₂-MoPa联合项目的框架GEOTECHNOLOGIEN特殊项目。

引用

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