基于磁纳米粒子的油藏传感和电磁成像方法研究

In order to enhance oil and gas recovery, this project intends to study the transport mechanism which the transport state of magnetic nanoparticles in the porous media can be characterized during the exploitation process of residual oil, in addition, the corresponding transport model is built based on the transport mechanism; Aiming at the limitations of the traditional monitoring methods for residual oil, the method of dynamic monitoring the magnetic nanoparticles mixed fluids in porous media is studied, and the electromagnetic imaging algorithm which can characterize the transport state of oil-water interface is optimized and designed on the basis of the advanced achievements of Magnetic Particle Imaging, so that the transport state of reservoir fluid in porous media can be displayed visually; A new technology for identifying the parameters of residual oil and water in reservoir is proposed based on the theoretical model, detection methods and technical research as described above, And the proposed model is analyzed and verified by numerical simulation, experimental verification and other technical means.

本项目以提高油气采收率为目的，拟研究剩余油开采过程中磁纳米粒子在储层孔隙介质中的运移机制,表征储层孔隙介质中磁纳米粒子的运移状态,建立相应的磁纳米粒子运移模型；针对传统剩余油监测手段的局限性，结合磁纳米粒子成像技术先进成果，研究储层孔隙介质中含磁纳米粒子混合流体的动态监测方法,优化并设计表征油水界面运移状态的电磁成像算法,直观显示储层孔隙介质流体运移状态；在前述理论模型、检测方法与技术研究基础上，拟采用数值仿真、实验验证等技术路线，分析并验证所提模型，实现一种新型的储层剩余油水参数识别新技术。

磁纳米粒子具有显著改善流体性能、提高储层渗透率、易穿透孔隙介质等优良特性，其适用于检测储层孔隙介质或流体性质，并在整个油藏范围内动态监测储层流体的运移状况，节约油田开采成本。本项目以提高油气采收率为目的，以储层孔隙介质中的磁纳米粒子流体为对象，研究磁纳米粒子流体的运移及对含磁纳米粒子混合流体的动态监测问题。首先，本项目在综述了磁纳米粒子的物理化学特性及其在石油工业中的广泛应用基础上，开展了磁纳米粒子在储层孔隙介质中的运移机制研究，建立了数据驱动的储层孔隙介质磁纳米粒子运移模型。然后，针对磁纳米粒子的亲水性或亲油性，研究了磁纳米粒子粒径、流体流速、孔隙介质颗粒大小、温度、粒子表面电荷等众多物理参数与其在储层孔隙内运移机制的关系，结合数据处理和博弈论的思想，评估与分析了物理和化学特征对纳米粒子运移行为的影响。最后为研究储层孔隙介质流体运移的动态监测方法，直观显示储层孔隙介质流体运移状态，开展了岩石孔隙结构反演算法与电磁成像模拟及反演方法的研究，二者相互结合尝试发展新的磁粒子成像技术以充分表征磁纳米粒子在孔隙介质中的运移状态，实现对磁纳米粒子动态监测。此外，结合当前人工智能和机器学习的最新研究成果，本项目开展了基于集成学习和样本迁移的储层渗透率预测方法研究、基于合成少数类过采样技术和梯度提升决策树算法的岩性识别方法以及基于主动表征学习的跨域岩性识别方法研究，较好地提高了储层参数的评估精度和评估效率，为提升地球物理参数反演解析效率提供了一定的技术支撑。经过四年的研究，项目组共发表期刊论文10篇，会议论文1篇，其中SCI收录10篇，EI收录11篇；申请5项发明专利，其中已授权4项；申请1项软件著作权。本项目提出的基于磁纳米粒子的油藏传感和电磁成像方法，为分析储层孔隙介质中天然有机物和粘土矿物对纳米粒子运移的影响提供有效的手段，对于进一步探索剩余油开采技术具有重要的理论和实际意义。