CN101123890A - 估测裂缝几何形状的方法，用于该方法的组合物和制品 - Google Patents

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Abstract

在这里公开的是测定地下裂缝的裂缝几何形状的方法，该方法包括在裂缝中引入目标颗粒和/或支撑剂；向裂缝发送具有约300兆赫到约100千兆赫的频率的电磁辐射；和分析来自目标颗粒的反射信号以确定裂缝几何形状。在这里还公开的是测定地下裂缝的裂缝几何形状的方法，包括：在裂缝中引入目标颗粒和/或支撑剂；其中目标颗粒和/或支撑剂包括介电常数大于或等于约2的高介电常数陶瓷；在裂缝中输入具有小于或等于约3千兆赫的频率的电磁辐射；和分析来自于目标颗粒和/或支撑剂的反射信号以测定裂缝几何形状。

Description

估测裂缝几何形状的方法，用于该方法的组合物和制品
相关申请的交叉引用
本申请要求2004年10月10日申请的美国临时申请序列号No.60/615,835以及2005年1月14日申请的美国临时申请序列号No.60/643,850的权益，它们的整个内容被引入这里供参考。
背景技术
本公开物涉及估测裂缝几何形状的方法并涉及用于促进该方法的制品。尤其本公开物涉及估测该裂缝的长度和高度的方法。
在钻进土地的井的完井中，套管柱通常进入到井中并让水泥浆流入在套管柱和井壁之间的环形空间。让水泥浆固化并形成水泥环，后者将套管柱连接于井壁。通过与地表下岩层相邻的套管和水泥环提供穿孔。流体，如油或气，通过这些穿孔生产而进入井中。
常常需要处理地下岩层以便提高由该井的产出。例如，在石油工业中对地下岩层进行水力压裂，以便促进油和/或气流入到井中或有利于流体如气体或水从井中注入该岩层中。该水力压裂是通过将合适的压裂液置于与所处理的岩层相对的井内来实现的。其后，对压裂液施加足够的压力以便引起岩层破裂，在其中附带形成一个或多个裂缝。与裂缝形成同时或在其之后，将在其中悬浮了支撑剂如砂子或其它颗粒材料的合适携带液引入该裂缝中。该支撑剂沉积在裂缝中并在流体压力释放之后用于保持该裂缝开放。含有支撑剂的流体具有较高的粘度以便产生更宽的裂缝宽度和减少当该流体向下注入该井和进入到岩层中时支撑剂从流体沉降出来的趋势。高粘性流体增大裂缝宽度和让更多支撑剂被输送到裂缝中。它还帮助控制压裂液的泄漏进入到正在产生的裂缝的壁中。
岩层压裂的程度和支撑剂材料的定位的某些方面已经通过使用放射性示踪剂来确定。已经将该放射性示踪剂包覆或涂覆在支撑剂上或作为液体添加并与压裂液一起注入。这些涂层一般含有放射性同位素。虽然此类放射性示踪剂或涂层的使用获得了有用的信息，但是它的使用限于在井眼附近的裂缝定位并且当该裂缝延伸到该岩层时得到很少(如果有的话)与裂缝尺寸有关的有用信息。放射性示踪剂的使用还出现了监测、后勤和环境问题。此类示踪剂的短的半衰期不利于监测此类示踪剂在岩层裂缝中的运动，而只能经过短的时间间隔监测。放射性同位素的运输和使用是高成本的并且服从官方法规或限制。过量放射性支撑剂的处置也是问题，特别是近海作业。
因此希望开发水力压裂的方法，其中在不使用放射性同位素示踪剂的情况下测量该压裂的程度。还希望测定岩层裂缝的几何形状和尤其从井眼延伸的裂缝的穿透度或长度。
发明概述
在这里公开的是测定地下裂缝的裂缝几何形状的方法，该方法包括向裂缝中引入目标颗粒和/或支撑剂；向裂缝中发送具有约300兆赫到约100千兆赫的频率的电磁辐射；和分析反射信号以确定裂缝几何形状。
还在这里公开的是测定地下裂缝的裂缝几何形状的方法，该方法包括向裂缝中引入目标颗粒和/或支撑剂；其中该目标颗粒和/或支撑剂包括介电常数大于或等于约2的高介电常数陶瓷；向裂缝中发送具有小于或等于约3千兆赫的频率的电磁辐射；和分析来自该目标颗粒或裂缝表面的反射信号以确定裂缝几何形状。
还在这里公开的是包括金属或无机氧化物基材的支撑剂；和置于金属或无机氧化物基材之上的涂层；其中该支撑剂具有大于或等于约2的介电常数。
还在这里公开的是制造支撑剂的方法，该方法包括将涂层置于金属或无机氧化物基材之上；其中涂层在基材上的添加可以将支撑剂的介电常数提高到大于或等于约2的量。
附图说明
该图代表了在井孔中引入测井仪器以便确定裂缝几何形状的方法的一个举例性实施方案。
详细叙述
在这里公开的是测定为了一些目的或从地下回收资源所产生的地下裂缝的裂缝几何形状和尺寸的方法。此类资源包括油和天然气、水、矿物等等。该裂缝几何形状包括裂缝长度和/或裂缝高度。该方法有利地使用在电磁波谱中约300兆赫(MHz)到约100千兆赫(GHz)的频率，或它的任何部分，以获得关于该裂缝几何形状和裂缝尺寸的信息。在一个实施方案中，小于或等于约3GHz的频率能够有效地发送(transmit)通过位于地下裂缝中的支撑剂并且可以有利地用于测定裂缝几何形状。关于裂缝几何形状所获得的信息能够提供完井或裂缝优化的新颖和改进的方法。
该方法有利地使用具有大于或等于约2的介电储存因数(以下称作介电常数)的支撑剂和颗粒。在一个示例性的实施方案中，该颗粒和支撑剂具有大于或等于约6的介电常数。在另一个示例性的实施方案中，该颗粒和支撑剂具有大于或等于约10的介电常数。在又一个示例性的实施方案中，该颗粒和支撑剂具有大于或等于约20的介电常数。在又一个示例性的实施方案中，该颗粒和支撑剂具有大于或等于约40的介电常数。
该方法依赖于与来自周围的地质结构的传播模式不同的对于在置于裂缝中的支撑剂内电磁波的透射而言的不同传播模式的存在。通常地，电磁波在岩石介质(尤其含水的介质)中的传播强烈地衰减。通过改变那些通常引入到裂缝中在结构上支撑该裂缝的支撑剂材料的性能能够影响电磁波在裂缝中的传播。按照这种方式，该裂缝被转化为类似于波导管的微波支持介质但具有不规则的形状。
在一个实施方案中，该方法包括将导电性颗粒(不支撑该裂缝的添加剂和/或填料)或支撑剂(承受压力并支撑地下裂缝的壁的颗粒)引入到裂缝并且从发射器向该裂缝辐射出具有约300MHz到100GHz的频率的电磁辐射，或它的任何部分。如上所述，小于或等于约3GHz的频率是优选的。导电性颗粒和支撑剂沿着裂缝的壁分散并起着波导管的作用。到达裂缝末端(即与钻井孔相距最远的部分)的颗粒和/或支撑剂被称作目标颗粒。接触裂缝末端之前的裂缝的壁的颗粒和/或支撑剂被称作次级颗粒和/或支撑剂。该电磁辐射由导电性颗粒和/或目标颗粒和/或支撑剂和/或裂缝表面上反射并由接收器收集。由导电性颗粒和/或支撑剂接收到的信号在挂有数据库的计算机中进行处理以提供关于裂缝的几何形状的信息。
在另一个实施方案中，如上所述，该颗粒和/或支撑剂包括陶瓷和具有大于或等于约6，更具体地说大于或等于约10，更具体地说大于或等于约20，甚至更具体地说大于或等于约40的介电常数。这些高介电颗粒和/或支撑剂包括金属基材，在其上分布了介电常数大于或等于约6的陶瓷涂层。在一个实施方案中，当介电常数大于或等于约6的颗粒和/或支撑剂用于地下裂缝时，希望使用具有小于或等于约1GHz的频率的电磁辐射。
在另一个实施方案中，该颗粒和/或支撑剂能够通过在裂缝中让一种前体与该颗粒和/或支撑剂反应而在裂缝中产生和/或改性。该前体经过反应形成导电性、半导电性的或非导电性的颗粒，该颗粒在一个实施方案中沉积在裂缝的壁上。该颗粒然后反射或吸收入射到它们之上的电磁辐射。反射的辐射然后进行分析和通过分析提供关于裂缝几何形状的信息。
在另一个实施方案中，该颗粒和/或支撑剂能够吸收入射到它们之上的电磁辐射。在从反射性颗粒接收到的信号强度与从含有吸收性颗粒和/或支撑剂的裂缝的部分接收到的信号强度之间的差异能够用于测定裂缝几何形状。
现在参见附图，井孔10穿透目的地表下岩层11，对该岩层进行水力压裂以促进资源(例如，油和/或天然气)从岩层11流入到该井孔中。在裂缝的形成过程中，将包括支撑剂或颗粒的压裂液引入该裂缝中。支撑剂用来支撑打开该裂缝以便让天然资源从该岩层中更多流入该井中(传导性)。该颗粒在支撑打开该裂缝上不起太大作用，但是能够反射具有约300MHz到约100GHz的频率的任何入射的电磁辐射。
更具体地说，测井仪器20下降到井孔10中，到达与岩层11的底部靠近的位置。测井仪器20包括电磁辐射发射器和接收器。该测井仪器装有一定尺寸的天线，该尺寸可以有效地发射和接收具有约300MHz到100GHz的频率的电磁辐射，或它的任何部分。希望有具有一定尺寸的天线的测井仪器，该尺寸可有效发射和接收具有小于或等于约3GHz的频率的电磁辐射。在一个实施方案中，希望有具有一定尺寸的天线的测井仪器，该尺寸可有效发射和接收具有小于或等于约1GHz的频率的电磁辐射。
该测井仪器20还可以包括能够用于发射和接收该300MHz到100GHz范围之外的其它电磁波频率的发射器和接收器。该测井仪还可以含有设备如超声波设备、X射线设备、和红外线设备，以便发送和接收来自其它源的数据(它有助于裂缝几何形状的测定)。该测井仪器还可以包括允许测定信号的方向的回转仪。电磁辐射信号方向的测定允许裂缝方向的测定。
该测井仪器20可以升高以便自下至上穿行该岩层11。该测井仪还可以在井孔10中旋转以检测裂缝的位置。在该穿行和/或旋转过程中，该测井仪器将具有从300MHz到100GHz的频率的电磁辐射或它的任何部分发射进入到岩层11中。该电磁辐射能够有利地从测井仪器20脉冲进入裂缝。该接收器接收来自支撑剂、颗粒、裂缝壁或其它裂缝表面的电磁辐射信号并将这些输入到井孔之上的计算机，后者能够分析该信号和借助于软件能够显示裂缝的图像。裂缝的图像将提供与裂缝的长度和高度(和方位或方向)有关的数据。
表1提供了有关由IEEE(电子和电气工程师协会)分类的可用于裂缝几何形状的测定中的不同频带的信息。
表1
  命名   频率范围，GHz
  HF   0.003-0.030
  VHF   0.030-0.300
  UHF   0.300-1.000
  L频带   1.000-2.000
  S频带   2.000-4.000
  C频带   4.000-8.000
  X频带   8.000-12.000
  Ku频带   12.000-18.000
  K频带   18.000-27.000
  Ka频带   27.000-40.000
  毫米级(Millimeter)   40.000-300.000
  亚毫米级(Submillimeter)   ＞300.000
在一个实施方案中，可用于为裂缝成像的举例性频率是从约L频带到约Ka频带。在另一个实施方案中，可用于为裂缝成像的举例性频率是从约UHF频带到约S频带。
各种添加剂和/或填料能够用于测定裂缝的几何形状。该添加剂和/或填料(以下添加剂和/或填料将称作“颗粒”)能够是导电的、半导电的或非导电的。导电性颗粒能够用于反射该电磁辐射信号。半导电和非导电的颗粒可在雷达操作和/或成像操作中用于吸收该电磁辐射信号或传播它们。如果需要的话，该颗粒和/或支撑剂能够是导电的、半导电的或非导电的。在举例性的实施方案中，该颗粒和/或支撑剂是导电的并能够反射入射到它们之上的电磁辐射。导电性颗粒可促进入射和反射的电磁辐射的传输(transmission)。在另一个示例性的实施方案中，该颗粒具有高的介电常数并能够促进辐射信号的波导。
在一个实施方案中，半导电的和/或非导电的颗粒对于电磁辐射信号是透明的，即，它们允许电磁辐射信号穿过而没有任何显注的衰减。在另一个实施方案中，半导电的和/或非导电的颗粒对于电磁辐射信号是不透明的，即，它们完全地吸收该电磁辐射信号。
在一个实施方案中，半导电的、导电的和非导电的颗粒和/或支撑剂的组合可以引入到裂缝中以便有利于显示裂缝的图像的工艺。不同类型的颗粒和/或支撑剂的组合可用于改进该工艺的成像能力。例如，希望能够从电磁辐射信号中筛选出该裂缝的某些区段，从而有利于其它区段的成像。不同类型的颗粒和/或支撑剂能够顺序地或者同时被引入该裂缝中。当使用不同类型的颗粒和/或支撑剂的结合物时，颗粒和/或支撑剂可以在引入之前混合在一起，然后引入到该裂缝中。在另一个实施方案中，在引入一定比例的非导电的或半导电的颗粒和/或支撑剂之前可以将一定比例的导电性颗粒和/或支撑剂引入到裂缝中。在又一个实施方案中，在将一定比例的导电的或半导电的颗粒和/或支撑剂引入到裂缝中之前可以将一定比例的非导电的颗粒和/或支撑剂引入到裂缝中。
导电性颗粒的例子是金属颗粒、有金属涂层的非导电颗粒、碳质颗、导电的金属氧化物、导电聚合物颗粒等等，或包括上述颗粒中的至少一种的组合。能够用于金属颗粒中的合适金属的例子是过渡金属、碱土金属、碱金属、稀土金属、主族金属等等，或包括以上金属中的至少一种的组合。合金也可以使用。合适金属的例子是铜、铝、钢、铁、黄铜、镍、钴、银等等，或包括以上金属中的至少一种的组合。
能够涂有金属的非导电颗粒(为的是使它们导电)的例子是聚合物如热塑性聚合物、热固性聚合物、离聚物、树枝形聚合物等等，或包括上述聚合物中的至少一种的组合。合适聚合物的例子是聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、含氟聚合物、液晶聚合物等等，或包括至少一种的上述聚合物的组合。该聚合物一般是电绝缘的，但通过涂覆一层导电金属可以使得它们变成导电的。在举例性的实施方案中，导电性颗粒和有金属涂层的非导电的颗粒能够是磁性的或可磁化的。磁性的或可磁化的颗粒有利地在于它们能够形成网络或能够在引入到裂缝之后通过磁场或电场的使用而形成网络。导电性颗粒的网络能够有利地反射入射到该颗粒上的电磁辐射信号，由此提供关于裂缝几何形状的信息。
当通过在聚合物基材上涂布金属涂层而使非导电的颗粒涂有金属时，一般希望该涂覆颗粒具有约0.5-约4.0克/立方厘米(g/cm3)的堆积密度。在一个实施方案中，涂有金属的非导电颗粒具有小于或等于约2.0g/cm3的堆积密度。在另一个实施方案中，涂有金属的非导电颗粒具有小于或等于约1.0g/cm3的堆积密度。要求该聚合物基材承受井下的温度。在一个实施方案中，希望该聚合物基材承受至多约300℃的温度。
碳质颗粒的例子是炭黑、焦炭、石墨颗粒、富勒烯、碳纳米管如单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多层碳纳米管等等，或包括至少一种的上述颗粒的组合。
各种类型的导电性碳纤维也可用于反射该电磁辐射。碳纤维一般根据它们的直径、形态、和石墨化程度(形态和石墨化程度相互有关)来分类。这些特性目前由用于合成碳纤维的方法来测定。例如，具有低至约5微米的直径且平行于纤维轴的graphene条带(按径向、平面或圆周排列)的碳纤维在工业上通过纤维形式的有机前体(包括酚醛树脂、聚丙烯腈(PAN)或沥青)的热解来生产的。
该碳纤维一般具有约1,000纳米(1微米)到约30微米的直径。在一个实施方案中，该碳纤维一般具有约2微米到约25微米的直径。在另一个实施方案中，该碳纤维一般具有约5微米到约20微米的直径。在又一个实施方案中，该碳纤维一般具有约7微米到约15微米的直径。
在一个实施方案中，该碳纤维具有大于或等于约3的长宽比。在另一个实施方案中，该碳纤维具有大于或等于约100的长宽比。在另一个实施方案中，该碳纤维具有大于或等于约1,000的长宽比。在又一个实施方案中，该碳纤维具有大于或等于约10,000的长宽比。
在一个实施方案中，支撑剂或颗粒可以包括涂有导电涂层的陶瓷基材或聚合物基材，该涂层包括聚合物、碳纳米管和/或炭黑。导电涂层一般具有小于或等于约105欧姆-厘米的体积电阻率。在另一个实施方案中，导电涂层一般具有小于或等于约103欧姆-厘米的体积电阻率。
合适导电性金属氧化物颗粒和/或支撑剂的例子是包括氧化铟锡，氧化锡或类似物的那些颗粒，或包含至少一种的上述金属氧化物颗粒的结合物。合适的固有导电聚合物的例子是聚乙炔和它的衍生物、聚吡咯和它的衍生物、聚苯胺和它的衍生物、聚噻吩和它的衍生物等等，或包含至少一种的上述固有导电聚合物的组合。导电聚合物还包括与导电性金属颗粒、碳质颗粒、导电性金属氧化物或类似物混合的聚合物。
希望导电性颗粒和/或支撑剂具有小于或等于约1012欧姆-厘米的电阻率。在一个实施方案中，该导电性颗粒和/或支撑剂具有小于或等于约108欧姆-厘米的电阻率。在另一个实施方案中，该导电性颗粒和/或支撑剂具有小于或等于约105欧姆-厘米的电阻率。在又一个实施方案中，该导电性颗粒和/或支撑剂具有小于或等于约103欧姆-厘米的电阻率。
半导电的颗粒能够包括硅、砷化镓、硒化镉、硫化镉、硫化锌、硫化铅、砷化铟、锑化铟或类似物，或包含至少一种的上述半导电颗粒的组合。
非导电的颗粒和/或支撑剂包括绝缘聚合物，如以上列出的那些。在这里提及的非导电的颗粒和/或支撑剂和半导电的颗粒和/或支撑剂全部是至少非导电的或半导电的。非导电的颗粒还被称作介电颗粒。非导电的颗粒或支撑剂还包括无机氧化物、无机碳化物、无机氮化物、无机氢氧化物、具有氢氧化物涂层的无机氧化物、无机碳氮化物、无机氮氧化物、无机硼化物、无机硼碳化物等等，或包含至少一种的上述无机材料的组合。合适无机材料的例子是金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、金属氢氧化物、具有氢氧化物涂层的金属氧化物、金属碳氮化物、金属氮氧化物、金属硼化物、金属硼碳化物等等，或包含至少一种的上述无机材料的组合。用于上述无机材料中的金属阳离子能够是过渡金属、碱金属、碱土金属、稀土金属等等，或包含至少一种的上述金属的结合物。
合适无机氧化物的例子包括二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化锰(MnO2)、氧化锌(ZnO)、铁氧化物(例如，氧化亚铁，β-Fe2O3，γ-Fe2O3，Fe3O4等)、氧化钙(CaO)、二氧化锰(MnO2和Mn3O4)、或包含至少一种的上述无机氧化物的组合。无机碳化物的例子包括碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)、碳化钨(WC)、碳化铪(HfC)等等，或包含至少一种的上述碳化物的组合。合适的氮化物的例子包括氮化硅(Si3N4)、氮化钛(TiN)等等，或包含至少一种的上述氮化物的组合。合适硼化物的例子是硼化镧(LaB6)、硼化铬(CrB和CrB2)、硼化钼(MoB2、Mo2B5和MoB)、硼化钨(W2B5)等等，或包含至少一种的上述硼化物的组合。举例性的无机基材是包括天然或合成途径制备的二氧化硅和/或氧化铝的那些基材。
能够用于基材中的无机材料的其它例子是二氧化硅(砂子)、易解石(稀土钇钛铌氧化氢氧化物)、锐钛矿(二氧化钛)、水锑铅矿(铅锑氧化物氢氧化物)、方铁锰矿(锰铁氧化物)、板钛矿(二氧化钛)，金绿宝石(铍铝氧化物)、铌铁矿(铁锰铌钽氧化物)、金刚砂(氧化铝)、赤铜矿(一氧化铜)、黑稀金矿(稀土钇铌钽钛氧化物)、褐钇铌矿(稀土铁钛氧化物)、黑锰矿(氧化锰)、赤铁矿(氧化铁)、钛铁矿(铁钛氧化物)、钙钛矿(钙钛氧化物)、方镁石(氧化镁)、复稀金矿(稀土钇钛铌钽氧化物)、铁板钛矿(铁钛氧化物)、烧绿石族的成员例如黑钛钙铀矿(稀土元素钙钠铀钛铌钽氧化物氢氧化物)，钽烧绿石(钙钠钽氧化物氢氧化物氟化物)，烧绿石(钠钙铌氧化物氢氧化物氟化物)等等，或包含至少一种的上述烧绿石族成员的组合；斜方锰矿(氧化锰)、杂硬锰矿(水合的钡锰氧化物)、金红石族中的成员，例如锡石(氧化锡)、块黑铅矿(氧化铅)、软锰矿(氧化锰)、金红石(二氧化钛)、超石英(氧化硅)等等，或包含至少一种的上述金红石族成员的组合；铌钇矿-(Y)(稀土钇铁钛氧化物)、方锑矿(氧化锑)、尖晶石族中的成员如铬铁矿(铁铬氧化物)、锌铁矿(锌锰铁氧化物)、锌尖晶石(锌铝氧化物)、镁铬矿(镁铬氧化物)、磁铁矿(氧化铁)、和尖晶石(镁铝氧化物)等等，或包含至少一种的上述尖晶石族成员的组合；  铍镁晶石(铍镁铝氧化物)、钽铁矿(铁锰钽铌氧化物)、重钽铁矿(铁锰钽铌氧化物)、沥青铀矿(氧化铀)、锑华(氧化锑)、红锌矿(锌锰氧化物)、氢氧化物例如水镁石(氢氧化镁)、三水铝矿(氢氧化铝)、针铁矿(铁氧化氢氧化物)、褐铁矿(水化的铁氧化物氢氧化物)、水锰矿(锰氧化氢氧化物)、硬锰矿(钡锰氧化物氢氧化物)、锑钙石(钙钠铁锰锑钛氧化物氢氧化物)、水锑银矿(银锑氧化物氢氧化物)、黄锑华(锑氧化氢氧化物)等等，或包含至少一种的上述无机材料的组合。
非导电的颗粒和支撑剂还包括涂有非导电的聚合物涂层或非导电的陶瓷涂层的导电性金属基材或非金属的无机基材。
一种示例类型的非导电的颗粒和/或支撑剂包括高介电常数颗粒和/或支撑剂。在一个实施方案中，该高介电常数颗粒和/或支撑剂一般包括导电性基材，在该基材上置有高介电常数的涂层。在另一个实施方案中，该高介电常数颗粒和/或支撑剂一般包括无机氧化物基材，在该基材上置有高介电常数的涂层。该无机氧化物基材可以包括砂或陶瓷。陶瓷的例子是无机氧化物或金属氧化物并且是以上列出的那些。高介电颗粒和/或支撑剂一般具有大于或等于约2的介电常数。导电性基材的例子是金属基材。合适的导电性基材的例子是铜、铝、钢、铁、黄铜、镍、钴、银、钒等等，或包含至少一种的上述基材的组合。合适的高介电材料的例子是固体金属氧化物陶瓷粉末，例如钙钛矿。合适的高介电材料的例子是锂钽氧化物(LiTaO3)、锂铌氧化物(LiNbO3)、CaCu3Ti4O12、烧结氧化钇稳定的二氧化锆(YSZ)、镧锶镓镁氧化物(LSGM)、氧化铝、氧化钽等等，或包含至少一种的上述高介电材料的组合。
一个类型的非导电的颗粒和/或支撑剂包括有填料分散在颗粒中的非导电的聚合物基材。非导电的填料能够包括非金属的无机颗粒、天然有机颗粒如碾碎或破碎的坚果壳、碾碎或破碎的种皮、碾碎或破碎的果实核、加工的木材、碾碎或破碎的动物骨；合成制备的有机颗粒等等，或包含至少一种的该天然颗粒的组合。
另一个类型的非导电的颗粒包括包含多孔玻璃或陶瓷的粒料，它能够吸收入射到它们之上的电磁辐射。合适粒料能够包括铁氧体如镍锌铁氧体或钡-铁氧体，其中碳与铁氧体的质量比大于0.225。此类材料的例子已描述在专利/专利申请WO 02/13311中。这些粒料具有0.2到4.0毫米的平均粒径。总孔隙度是大约70-约80体积百分数。体积密度是约0.5-约0.8克/立方厘米。
合适的碾碎或破碎壳的例子是坚果类的壳，坚果例如有胡桃、美洲山核桃、杏仁、象牙果、巴西果、花生、松子、腰果、向日葵籽、榛子(榛子坚果类)、夏威夷坚果、大豆、阿月浑子果、南瓜子等等，或包含至少一种的上述坚果类的组合。合适的碾碎或破碎种皮(包括水果核)的例子是水果如李子、桃子、樱桃、杏、橄榄、芒果、木菠萝、石榴、番荔枝、石榴、西瓜的种子，其它植物如玉米(例如，玉米芯或玉米粒)、小麦、稻谷、高梁等的碾碎或破碎种皮，或包括以上加工木材的组合，例如从诸如橡木、山核桃木、胡桃木、白杨木、桃花心木之类的木材派生的那些，其中包括已经由碾碎、碎屑化或其它形式的颗粒化所加工的此类木材。
该颗粒能够具有任何所需的几何形状和任何所需的粒度分布。该颗粒几何形状能够是片状、球形、椭球体、立方体、圆锥形、圆柱形、管式、多边形等，或包括至少一种的上述几何形状的组合。该颗粒能够具有大于或等于约1的长宽比。在这里定义的长宽比是颗粒的最大尺寸与最小尺寸的比率。在一个实施方案中，希望它具有大于或等于约5的长宽比。在另一个实施方案中，希望它具有大于或等于约50的长宽比。在又一个实施方案中，希望它具有大于或等于约100的长宽比。
在一个实施方案中，如上所述，该颗粒和/或支撑剂能够在引入裂缝中之后进行改性。例如，非导电的颗粒和/或支撑剂能够在引入到裂缝中之前进行反应而形成导电的或半导电的颗粒和/或支撑剂。在一个实施方案中，非导电的颗粒能够在引入到裂缝中之前布置在载体上。该载体能够是支撑剂，多孔无机基材，有机基材，纤维等。在一个实施方案中，非导电的颗粒能够涂覆到该载体上并且能够以在载体上的连续涂层的形式存在。在另一个实施方案中，非导电的颗粒能够形成在载体上形成离散颗粒。在引入到裂缝后，反应可将非导电的颗粒转化成导电的或半导电的颗粒。
反应可以包括氧化、还原或在化学领域中使用的其它反应机理。例如，包含硝酸铝的不导电的颗粒能够通过让它与包含氢气的气体组合物进行反应被还原形成铝。该铝能够沉积在裂缝的壁上和能够用于反射所入射的电磁辐射。随后反射的辐射进行分析，得到与裂缝的几何形状有关的信息。
非导电的颗粒的例子是金属盐如金属硫酸盐、金属硝酸盐、金属氯化物、金属氯酸盐、金属氟化物、金属氢氧化物、金属碘化物、金属氢氧化物、金属碳酸盐、金属乙酸盐、金属溴化物等等。非导电的颗粒能够与气态或液体反应物进行反应，形成导电的颗粒。该反应物能够包含在压裂液中或能够与压裂液独立地添加以促进该反应。该裂缝温度(大约100到约250℃)能够促进反应。合适金属盐的例子是硝酸铝、硫酸铜、硝酸铜等等，或包括至少一种的上述物质的组合。
希望该颗粒的最小尺寸是大约0.1纳米或更大。在另一个实施方案中，颗粒的最小尺寸能够是大约10纳米或更大。在又一个实施方案中，颗粒的最小尺寸能够是大约100纳米或更大。在又一个实施方案中，颗粒的最小尺寸能够是大约1000纳米或更大。
该颗粒还可以组装成网络、聚集物、聚结物、聚结物的网络或类似物，或包括至少一种的上述颗粒组装体的组合。网络是具有特殊顺序的颗粒聚集体。网络的例子是编织品、纺织品、织网、板层或类似物，或包括至少一种的上述网络的组合。通过自组装或由于设计的构造，这些网络能够在颗粒引入到裂缝中之前形成。或者，在颗粒引入到裂缝中之后，这些网络能够通过自组装来形成。在引入到裂缝中之后，磁性颗粒和/或可磁化的颗粒能够自组装成此类网络。在引入到裂缝中之后，可以对颗粒施加合适的刺激以促进自组装。合适刺激的例子是电场或磁场。
聚集物一般是由于机械缠结或因为氢键合、离子键合、范德华力或上述力的组合，通过颗粒组装在一起所形成。聚集物的簇形成聚结物。颗粒的聚集物和聚结物两者都能够用于该裂缝成像。聚结物还可以与聚集物或单个颗粒一起形成网络。此类结构被称作聚结物的网络。聚结物的网络还可以由自组装形成，如果需要的话。
在一个实施方案中，希望导电的、半导电的或非导电的颗粒和/或支撑剂的至少一部分附着于裂缝的壁或裂缝的末端。这允许该颗粒反射电磁辐射信号(向下发送或传播通过裂缝)。为了让该颗粒附着于裂缝的壁上，希望用玻璃化转变温度低于裂缝温度的热塑性或热固性聚合物涂覆颗粒的一部分。聚合物将促进该颗粒粘附于裂缝的壁上。
在另一个实施方案中，压裂液(该颗粒悬浮于其中)可以含有促进该颗粒粘合于裂缝的壁上的粘合剂。这将在下面详细地讨论。
导电性颗粒、非导电的颗粒和/或半导电的颗粒在压裂液中同时或顺序地被引入到裂缝中。合适的压裂液的例子是这样一种，它包括水，高达约2wt％氯化钾的盐，水溶性聚合物，交联剂，控制pH值的添加剂(也称作缓冲剂)，减少张力的表面活性剂，颗粒物(添加剂和/或填料)和粘度控制添加剂。
水能够由泡沫体、油质的流体(例如，石蜡油)、或乳液替换。当使用水时，示例性的水溶性聚合物是胍尔豆胶，它以基于水的总重量的0.1-约3wt％的量使用。当使用水时，碳酸钙是合适的缓冲剂。交联剂包括硼酸盐，钛、锆或铝化合物。如上所述，该压裂液能够含有促进导电性颗粒、半导电的颗粒或非导电的颗粒粘合于裂缝的壁上的粘合剂。当水用作该压裂液的基质时，希望将水基粘合剂引入该压裂液中。该粘合剂能够粘附于壁上，从而让目标颗粒和次级颗粒附着于裂缝的壁上。
在一个实施方案中，该压裂液能够包括反应物，后者促进非导电的颗粒和/或支撑剂转化成导电性颗粒和/或半导电性颗粒。合适反应物能够是催化剂、酸、碱等等。反应物一般以可以有效地将非导电的颗粒和/或支撑剂的至少一部分转化成导电的或半导电的颗粒和/或支撑剂的浓度存在。
水基压裂液的合适粘合剂是丙烯酸类聚合物、纤维素聚合物、聚合物乳液、共聚物乳液等等。当油基流体用于该压裂液时，希望使用与该油基相容的粘合剂。能够为油基压裂液所使用的合适粘合剂的例子是环氧树脂、酚醛树脂、丁二烯基聚合物、异戊二烯基聚合物等等。
在一个实施方案中，在将该颗粒和/或支撑剂引入到裂缝中的一种方式中，希望首先将导电性颗粒和/或支撑剂引入到裂缝中，随后引入高介电常数支撑剂。如上所述，该颗粒和/或支撑剂能够与压裂液一起被引入到裂缝中。在一个实施方案中，希望导电性颗粒包括具有高的长宽比的颗粒(例如纤维)以及具有低的长宽比的颗粒(例如，球状颗粒)。在另一个实施方案中，被引入到裂缝中的全部颗粒能够具有均匀的长宽比。该颗粒能够通过附着于裂缝的壁上而有利地沿着裂缝的壁形成导电的网络。示例性的导电性网络是渗透(percolating)网络，即，该网络沿着裂缝的壁具有连续的电接触。导电性支撑剂除了促进电磁辐射信号的反射/传输之外，还能够用于支撑打开该裂缝。高介电常数支撑剂可用于促进沿着裂缝长度的波导。
在另一个实施方案中，在导电性颗粒引入到裂缝中之后，对电磁辐射信号透明的支撑剂(例如非导电的颗粒)被引入该裂缝中以支撑该裂缝。因为这些支撑剂对电磁辐射信号是透明的，它们允许该信号在没有任何衰减的情况下穿过它们。沿着裂缝的壁的导电性颗粒和/或支撑剂与处于裂缝中间的非导电颗粒的这一组合将通过从沿着裂缝壁布置的导电性颗粒上反射出来而让入射的电磁辐射信号向下传播到裂缝中。沿着壁布置的导电性颗粒形成波导管，由此促进电磁辐射信号向下穿行该裂缝。该信号然后从位于裂缝末端的颗粒上反射回来。位于裂缝的末端(即裂缝的末端最远离井孔)的颗粒一般被称作目标颗粒。从目标颗粒反射的信号能够在接收器中收集并在计算机中分析，以采集和/或推断与裂缝几何形状有关的信息。
在另一个实施方案中，在测定裂缝几何形状的另一个方法中，将具有第一组的导电特性的第一组导电性颗粒引入到该裂缝中。第一组的导电性颗粒将形成目标颗粒。然后将具有第二组的导电特性的第二组导电性颗粒引入该裂缝中。在一个实施方案中，在第一组和第二组的导电性颗粒引入到该裂缝中之后，对于电磁辐射信号透明的支撑剂(例如，非导电的颗粒)可以任选地引入该裂缝中以支撑该裂缝。在另一个实施方案中，在第一组和第二组的导电性颗粒引入到该裂缝中之后，能够起着电磁辐射信号的波导管的作用的高介电常数支撑剂(例如，非导电的颗粒)可以任选地引入裂缝中支撑该裂缝，同时引导该入射的和反射的辐射。
一系列的入射的电磁辐射信号然后从测井仪器20中发送到缝中。来自第一组的导电性颗粒的反射特征将不同于第二组的导电性颗粒的那些。来自第一组的导电性颗粒的反射能够用于测定裂缝的长度，而来自第二组的导电性颗粒的反射能够用于提供与裂缝的几何形状有关的附加信息。在另一个实施方案中，在第一组的反射和第二组的反射之间的差异能够用于获得与裂缝几何形状有关的信息。
在又一个实施方案中，在测定裂缝几何形状的另一个方法中，完全地吸收/衰减电磁辐射信号的非导电的颗粒首先被引入该裂缝中。非导电的颗粒将沉降在该裂缝的末端，即，它们将定位在裂缝的与井孔最远的末端。紧接着在非导电的颗粒引入到裂缝中之后，将导电性颗粒引入该裂缝中。除了与电磁辐射信号相互作用，非导电颗粒和导电性颗粒两者可以用作支撑剂。在第一组和第二组的导电性颗粒引入到裂缝中之后，对电磁辐射信号透明的颗粒(例如，非导电的颗粒)可以任选地引入该裂缝中以支撑该裂缝，如果需要的话。一系列的入射的电磁辐射信号然后从测井仪器20中发送到裂缝中。没有来自第一组的颗粒的反射特征，因为它们是完全地吸收性的，但有来自第二组的颗粒的不同信号，因为它们是导电的。信号差异可用于获得有关该裂缝几何形状的信息。
如上所述，该测井仪器20包括发射单元和接收单元。发射器和接收器的结合被称作发射接收器。该发射单元能够发射出在约300MHz到约100GHz的频率范围的电磁辐射信号，或它的任何部分。在一个实施方案中，该信号能够在没有脉冲的情况下发送进入该裂缝中。在另一个实施方案中，该信号能够顺序地脉冲进入该裂缝中。这一方法依赖于脉冲的电磁辐射来表征裂缝的几何形状(作为与发射接收机之间的距离的函数)。使用脉冲频率的技术的优点在于提供多路的抗扰性和很高的距离分辨率。典型的电磁辐射脉冲具有仅仅1到2毫微秒的持续时间。辐射脉冲的频谱成分由发射天线的自然频率响应确定，但常常超过1GHz。电磁辐射脉冲本身是借助于“脉冲发生器电路”，通过采用差分输入转换器、延迟线、阶跃恢复二极管和脉冲过滤器来产生的。常见类型的电磁辐射脉冲是高斯单周，它相似于平滑形状的单循环正弦波。如上所述，该电磁辐射将通过适宜选择的颗粒在裂缝中引导。
在另一个实施方案中，该电磁辐射能够包括扩频连续波信号。连续波信号的峰值功率与平均功率比是低的，它允许用一个纤维光缆和光电二极管在井下发射电磁辐射信号。
因为裂缝宽度(裂缝壁的分离间距被称作该宽度)变窄，来自电磁辐射脉冲的能量被返回并且返回脉冲的频谱成分将携带有用的几何信息，后者用于表征该裂缝。许多检测方案是可行的。例如有利的是监测在窄频带中被返回的能量作为时间函数(频率域)或准确的数据可以通过在非常窄的时间窗口中高分辨率取样和将该窗口移动通过后续脉冲绘制该响应来实现(时间域)。当该天线在钻井中上下运动中，干涉式合成孔径雷达(SAR)技术也可用于利用有价值的相位信息。最后，有利的是使用多种的频带脉冲、使用不同的天线从而能够在非常大的频带中描绘该响应。在一个实施方案中，该测井仪器可以使用一个以上的天线连同相关的电路，从而使得多种频率的使用可以筛选和确定裂缝的几何形状。在另一个实施方案中，该测井仪器可以使用可变天线，从而允许具有大的波长尺寸范围的频率的发送和接收。
在一个实施方案中，具有不同频率的电磁辐射可以发射到该裂缝中。通过在裂缝中引入对不同频率有不同响应的各种支撑剂，能够测定与裂缝的几何形状有关的信息。例如，吸收一种频率的电磁辐射的支撑剂能够对于另一种频率的辐射是透明的。在另一个实例中，吸收一种频率的电磁辐射的支撑剂能够对于在另一种温度下的相同频率的辐射是透明的。
测井仪器的电力可以从地表供应或由钻井发射接收机所包括的电池供应。数据可以经由光纤链路、同轴电缆被传输到地表，或可以记录在井下的磁性记录介质或闪存介质上。表征技术包括解释由检测器电路接收到的时间域数据或频率域数据的标准信号处理技术。射频功率直接从已调制的激光束产生。我们使用偏压来最佳地偏置该二极管，而在一些情况下，它是不希望使用的或不需要的。
该方法优点在于它不使用放射性物质，后者会污染地下含水层或干扰环境。另外，裂缝几何形状的测定对于改进油和天然气的生产是很有价值的。此外，裂缝的几何方面的知识(和因此控制)有着宽广的经济和商业涵义，这是因为合适的裂缝是有效采油所需要的。
在一个实施方案中，由上述技术产生的关于裂缝的信息能够有利地用于在给定的岩层中的后续裂缝的操作过程中改进裂缝化技术。关于裂缝所获得的信息为总的完井和尤其为压裂处理提供了新型和改进的优化方法。这一方法优化在压裂处理中所使用的材料(流体、支撑剂、破碎剂(breaker)等等)以及裂缝的高度、长度和宽度，以便以所需的经济动力为基础实现该优化压裂处理。在含油或含气岩层以及周围的岩层中的应力控制着所产生裂缝的几何形状。这些应力决定裂缝的几何形状并能够在3-D裂缝模拟器中进行模型设计，这一几何形状可用于优化该压裂处理。
在另一个实施方案中，本发明的方法可以用于验证或优化岩层模型，如3-D裂缝模型和处理设计程序。并非以一些个体的个人知识或偏爱为基础由各种裂缝化材料开始并进行模拟和经济分析来反映出可能的生产和成本，本发明通过测定已经产生裂缝的给定储层的裂缝几何形状轮廊来开始。裂缝几何形状轮廊能够与其它生产数据相结合使用来得到传导性分布(conductivity profile)。一旦对于给定的储层条件，该传导性分布(对于在裂缝中的恒定压降)，连同任何其它损失如多相流动或凝胶损坏一起进行了测定，则获得这一传导性分布所需要的材料能由各自材料的性能和经济性决定。所选择的材料是以它们满足传导性目标的能力和以它们的对于裂缝传导性目标的经济价值的等级为基础的(例如根据对于给定的储层条件、应力、温度等的强度和成本/传导性所判断的支撑剂)。以这种方法，不适合的材料在分析早期被淘汰，这样在所需的设计中进行评估的材料仅仅是能够以经济方式达到最终传导性目标的那些。然而以前的解决途径在进行评估以便由反复尝试法获得所需结果时导致了非常大量的材料组合，但是这一新的解决途径显著减少了设计过程的材料组合并且确保在该估测程序中的材料仅仅是应该对于储层条件所考虑的那些。这确保了最终的模拟使用在技术上合适的材料并且是对所需的传导性目标最有价值材料。需要模拟的岩层所需的理论长度应该由本发明的方法验证以便优化裂缝化。这一新途径能够减少为了优化压裂处理所需要的重复次数和显著减少在井场的重新设计过程。
因此，本发明能够定义为计算机辅助的裂缝化和完井方法，该方法包括：在地下井中使用电磁辐射信号进行试验以获得关于裂缝几何形状的数据，和将该数据输入计算机；在计算机中和响应于该数据，对于在该井穿过的至少一个地下岩层中所形成的裂缝确定初始所需的裂缝长度和传导性；在计算机中和响应于该数据和初始所需的裂缝长度和传导性，确定所要泵送到井中以使地下岩层产生裂缝的支撑剂和压裂液；在计算机中，确定将压裂液和支撑剂泵送到井中的处理规程；和根据该处理规程的至少一部分将压裂液和支撑剂泵送到井中。该方法能够进一步包括：在泵送该压裂液和支撑剂的同时实时测量在井中的井下参数；在计算机中和响应于所测量的井下参数，修改该处理规程；根据修改的处理规程继续进行该压裂液和支撑剂的泵送。
在一个实施方案中，一种提供所需的烃生产能力的完井方法，该方法包括：测试该井以获得可在测量由井穿过的地下岩层的物理和机械性能时所使用的数据；将该数据输入计算机中；使用已编码成在计算机中储存的信号的该数据和预定生产量增加曲线，在计算机中定义所需的裂缝长度；在计算机和响应于所输入的数据，确定预期的裂缝宽度；在计算机中和响应于所需的裂缝长度和预期的裂缝宽度，确定所需的支撑剂沉积；在计算机中和响应于在计算机中储存的预定数据，确定所需的支撑剂浓度；在计算机中和响应于所输入的数据，测定在井中的温度；在计算机中和响应于所测定的温度，确定被泵送到井中以供产生裂缝用的压裂液；在计算机中使用所确定的支撑剂和压裂液运行储层模拟程序和经济模型程序，以确保将压裂液和支撑剂泵送到井中的所需处理规程；和根据该处理规程将压裂液和支撑剂泵送到井中。该方法能够进一步包括在泵送该压裂液和支撑剂的同时获得关于该井的其它数据，和实时修改处理规程，这样根据修改的处理规程来继续进行泵送。
在另一个实施方案中，一种为井制定压裂处理的方法，该方法包括：将关于所选择井的物理性质数据储存到计算机中，该计算机也已经在其中储存了用于定义预定生产量增加关系和预定支撑剂沉积和浓度关系的数据；响应于物理性质数据和用于定义生产量增加关系和预定支撑剂沉积和浓度关系的数据，操作计算机自动地输出用于定义所建议的压裂处理规程(包括所建议的支撑剂和压裂液体系)的数据；在计算机中储存的压裂模型程序中测试所建议的压裂处理规程；和在计算机中执行所建议的压裂处理规程的经济分析。该方法能够进一步包括：重复关于定义至少一种其它压裂处理规程的操作、测试和执行的步骤；和选择该压裂处理规程中的一个来指导应用于所选择的井的压裂处理。
尽管本发明已经参考示例性的实施方案进行了描述，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的前提下可以作各种变化并且等同物可以替代它的一些要素。另外，在不脱离本发明的基本范围的前提下，可以作许多改进以使具体的情形或材料适应于本发明的教导。因此，本发明不希望限于作为实施本发明所设想的最佳模式而公开的具体实施方案。

Claims (27)

1.测定地下裂缝的裂缝几何形状的方法，包括：
在裂缝中引入目标颗粒和/或支撑剂；
向裂缝发送具有约300兆赫到约100千兆赫的频率的电磁辐射；和
分析来自于目标颗粒和/或裂缝表面的反射信号以确定裂缝几何形状。
2.权利要求1的方法，其中目标颗粒和/或支撑剂是导电的、非导电的、半导电的，或它们的组合，其中目标颗粒和/或支撑剂占据裂缝的末端或从裂缝发散的分支的末端的位置。
3.权利要求2的方法，其中导电性颗粒和/或支撑剂包括金属颗粒和/或支撑剂、有金属涂层的非导电的颗粒和/或支撑剂、碳质颗粒和/或支撑剂、导电的金属氧化物、导电聚合物颗粒，或包含至少一种的上述颗粒的组合。
4.权利要求3的方法，其中该金属颗粒和/或支撑剂包括金属，和其中金属包括铜、铝、钢、铁、黄铜、镍、钒、钴、银、或包含至少一种的上述金属的组合。
5.权利要求3的方法，其中导电性颗粒和/或支撑剂包括碳质颗粒或导电的金属氧化物，和其中该碳质颗粒是炭黑、焦炭、石墨颗粒、富勒烯、碳纳米管、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管，或包含至少一种的上述颗粒的组合。
6.权利要求1的方法，其中目标颗粒和/或支撑剂包括介电常数大于或等于约2的高介电常数颗粒和/或支撑剂。
7.权利要求1的方法，其中目标颗粒和/或支撑剂包括介电常数大于或等于约6的高介电常数颗粒和/或支撑剂。
8.权利要求6的方法，其中高介电常数颗粒和/或支撑剂包括在表面上置有陶瓷涂层的金属基材；其中该陶瓷涂层具有大于或等于约2的介电常数。
9.权利要求6的方法，其中高介电常数颗粒包括介电常数大于或等于约2的陶瓷。
10.权利要求9的方法，其中金属基材包括铜、铝、钢、铁、黄铜、镍、钒、钴、银，或包含至少一种的上述金属的组合。
11.权利要求8的方法，其中陶瓷包括钙钛矿。
12.权利要求8的方法，其中陶瓷包括锂钽氧化物(LiTaO3)、锂铌氧化物(LiNbO3)、CaCu3Ti4O12、烧结氧化钇稳定二氧化锆(YSZ)、镧锶镓镁氧化物(LSGM)、氧化铝、氧化钽，或包含至少一种的上述陶瓷的组合。
13.权利要求1的方法，其中电磁辐射具有小于或等于约3千兆赫的频率。
14.测定地下裂缝的裂缝几何形状的方法，包括：
在裂缝中引入目标颗粒和/或支撑剂；其中目标颗粒和/或支撑剂包括介电常数大于或等于约2的高介电常数陶瓷；
向裂缝发送具有小于或等于约3千兆赫的频率的电磁辐射；和
分析来自于目标颗粒的反射信号以确定裂缝几何形状。
15.权利要求14的方法，其中目标颗粒和/或支撑剂包括介电常数大于或等于约6的高介电常数陶瓷。
16.权利要求14的方法，其中目标颗粒和/或支撑剂包括在表面上置有陶瓷涂层的金属基材；其中该陶瓷涂层具有大于或等于约20的介电常数。
17.权利要求16的方法，其中金属基材包括铜、铝、钢、铁、黄铜、镍、钒、钴、银，或包含至少一种的上述金属的组合。
18.权利要求14的方法，其中高介电常数陶瓷包括钙钛矿。
19.权利要求14的方法，其中高介电常数陶瓷包括锂钽氧化物(LiTaO3)、锂铌氧化物(LiNbO3)、CaCu3Ti4O12、烧结氧化钇稳定二氧化锆(YSZ)、镧锶镓镁氧化物(LSGM)、氧化铝、氧化钽、或包含至少一种的上述陶瓷的组合。
20.权利要求14的方法，其中电磁辐射具有小于或等于约1千兆赫的频率。
21.支撑剂，包括：
金属或无机氧化物基材；和
置于该金属或无机氧化物基材之上的涂层；其中支撑剂具有大于或等于约2的介电常数。
22.权利要求21的支撑剂，其中金属基材包括铜、铝、钢、铁、黄铜、镍、钒、钴、银，或包含至少一种的上述金属的组合。
23.权利要求21的支撑剂，其中无机氧化物包括砂子。
24.权利要求21的支撑剂，其中无机氧化物包括陶瓷。
25.权利要求24的支撑剂，其中陶瓷包括钙钛矿。
26.权利要求24的方法，其中陶瓷包括锂钽氧化物(LiTaO3)、锂铌氧化物(LiNbO3)、CaCu3Ti4O12、烧结氧化钇稳定二氧化锆(YSZ)、镧锶镓镁氧化物(LSGM)、氧化铝、氧化钽、或包含至少一种的上述陶瓷的组合。
27.制造支撑剂的方法，包括：
将涂层置于金属或无机氧化物基材上；其中该涂层在基材上的添加可以将支撑剂的介电常数提高到大于或等于约2的量。
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