МНОГОКОМПОНЕНТНАЯ МОДЕЛЬ ПОРИСТОСТИ

Полезная модель относится к средствам калибровки и метрологической поверки наземной аппаратуры ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), применяемой для исследования образцов керна большого диаметра.
Известен способ определения содержания воды и нефти в водонефтенасыщенных образцах горных пород (А.с. SU №661320, МПК G01N 27/28, опубл. 05.05.1979) путем измерения суммарного содержания жидкости в образце посредством сравнения амплитуды сигнала от образца с амплитудой сигнала от эталона при последовательном помещении их в датчик релаксометра, и определения соотношения водной и нефтяной фаз путем снятия и анализа кривой протонной релаксации. После снятия первой релаксационной кривой в поровое пространство образца вводят парамагнитные ноны, избирательно растворимые в одной из насыщающих образец жидкостей, снимают повторную релаксационную кривую и на основании сравнения ее с первоначальной однозначно определяют водную фазу, как соответствующую компоненте релаксационной кривой, время релаксации которой сократилось после введения парамагнитных ионов.
Известен способ определения открытой пористости пород-коллекторов с помощью ЯМР (А.с. SU №721736, МПК G01N 27/78, опубл. 15.03.1980), включающем экстракцию образца, высушивание, насыщение под вакуумом водородсодержащей жидкостью, измерение амплитуды сигнала индукции от насыщающей жидкости и вычисление открытой пористости с учетом амплитуды калибровочного сигнала, дополнительно измеряют амплитуду сигнала индукции от эталонного образца после его насыщения водородсодержащей жидкостью, амплитуду сигнала индукции от исследуемого образца после его высушивания и определяют открытую пористость.
Для реализации описанных способов используются специальные устройства - релаксометры и эталоны пористости, с помощью которых в дальнейшем определяются параметры образцов керна (пористость, содержание воды и нефти).
Известен импульсный релаксометр ядерно-магнитного резонанса (А.с. SU №2851267, МПК G01N 24/06, опубл. 15.12.1981), содержащий источник тока поляризации, полевую и поляризующую катушки, источник тока полевой катушки и стабилизатор тока, содержащий регулирующий элемент, в него введены дополнительная катушка и импульсный трансформатор.
Известен релаксометр ЯМР в слабых магнитных полях (Гришин Д.А., Наумов Б.Д., Сагдеев Р.З. «Релаксометр ЯМР в слабых магнитных полях», «Радиоспектроскопия», Пермь, 1978, №11, РЖ «Физика», №4, 1979).
Вышеописанные устройства используются для ЯМР-исследований образцов керна диаметром не более 35 мм.
Для калибровки данных замера от жидкости, находящейся в образцах керна, т.е. приведения к единицам пористости используются специальные устройства - модели (эталоны), амплитуду сигнала от которых сравнивают с измеренной амплитудой сигнала от жидкости в образце. Эти модели имеют образец пористости в двух возможных вариантах исполнения.
Первый вариант получения образца пористости (Архипов В.П., Самигуллин Ф.М. Ампула для жидкого образца для исследования ядерно-магнитного резонанса под давлением. «Приборы и техн. эксперимента», 1978, №2, с.251-252. РЖ «Физика», №7, 1979) представляет собой ампулу с водородосодержащей жидкостью, имитирующая 100%-ю пористую среду и имеющую определенное время релаксации, которое можно получить путем добавления в нее необходимого количества парамагнетика.
Во втором варианте получения образца пористости (Кощанов П.П. «Использование дейтрированной воды для подготовки эталонов при определении пористости горных пород методом ЯМР», Тр.Тат.н.-и. и проект. Ин-т нефт. пром-ти», 1987, №60, 112-114. (РЖ «Геология», №5, 1988), в жидкость, не содержащую водород, добавляется водородосодержащая жидкость с заданным временем релаксации с определенным процентным соотношением для получения того или иного значения пористости.
Также, известны средства, моделирующие нефтесодержащие породы (Борсуцкий З.Р., Тульбович Б.И., Злобин А.А. «ЯМР протонов воды в системах, моделирующих нефтесодержащие породы», «Геология нефти и газа», 1982, №6, с.36-38, РЖ «Геология», №10, 1982) и предназначенные для исследования моделей различных по типу пористой среды (капиллярной, щелевой, стержневой).
Эти образцы (модели) имеют общий недостаток - наличие составляющей жидкости в них с одним временем релаксации.
Известные устройства ЯМР в модификации сильного поля позволяют регистрировать широкий диапазон времен релаксации и по результатам замера релаксационной кривой получать спектр распределения этих времен (Джафаров И.С. и др. Применение метода ядерно-магнитного резонанса для характеристики состава и распределения пластовых флюидов. М.: Химия, 2002. - 439 с, Arnold, J. Mobile NMR for rock porosity and permeability [Text] / Arnold J. // Dusseldorf. - 2007). Правильность его получения как результат решения обратной задачи, относящейся к разряду некорректных, представляет большую сложность и вычисляется с большими погрешностями. Как следствие, эффективная пористость образца керна, измеренная ЯМР-установкой, вычисляется с большой погрешностью.
Известно ЯМР-устройство в поле Земли для исследования образцов керна большого диаметра (патент RU №2457516, МПК G01V 3/32, опубл. 27.07.2012), содержащее источник постоянного тока, приемник сигналов, катушку индуктивности, соединенную с источником постоянного тока, и блок управления, в него введена, по меньшей мере, одна дополнительная катушка индуктивности, включенная параллельно основной, и катушки подсоединены через коммутатор к входу дифференциального усилителя.
Для калибровки и проверки работоспособности аппаратуры для ЯМР-исследований необходим образец пористости (модель) диаметром, соответствующий размеру образца керна, отбираемого из скважины.
Известен эталонный образец для градуировки и поверки ЯМР-релаксометров (патент RU №2030361, МПК G01N 24/08, опубл. 10.03.1995), ближайший по технической сущности, содержащий герметичную ампулу с размещенными в ней протонсодержащими веществами и водным раствором парамагнитной соли, взятыми в количествах, эквивалентных содержанию протонов в исследуемых образцах. В качестве протонсодержащих веществ использованы диоксан и/или диметилсульфоксид, а в качестве парамагнитной соли - водный раствор соли никеля.
Однако предлагаемая трехкомпонентная (трехфазная) система не обеспечивает необходимую точность при выявлении результатов ЯМР-исследований, так как часто возникает необходимость исследования многофазных (многокомпонентных) систем. Корпус модели является хрупким и при возможном падении на твердую поверхность эталон может выйти из строя, при этом его протонсодержащие компоненты будут находиться в свободном (не закрытом, не изолированном) состоянии. Диоксан является канцерогеном, диметилсульфоксид при попадании на кожу человека становится токсичным и может вызвать отравление. Другими словами, используемые протонсодержащие жидкости являются вредными, опасными для жизнедеятельности человека.
Заявляемая полезная модель позволяет создать многокомпонентную систему: от четырех и более составляющих, что расширяет возможности для исследований.
Заявляемая полезная модель обеспечивает упрощение при изготовлении и подготовке к измерениям, надежность при транспортировке и химическую безопасность для человека.
Заявленная полезная модель позволяет проводить калибровку аппаратуры для ЯМР-исследований образцов большеразмерного керна диаметром до 100 мм.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка многокомпонентной модели, содержащей различные (не менее четырех) времена релаксации при различном их процентном содержании в общем объеме модели, позволяющей обеспечить снижение погрешности обработки релаксационной кривой в спектр распределения времен и, в конечном итоге, повысить точность градуировки и поверки ЯМР-релаксометров и оценки эффективной пористости образца породы в целом.
Заранее подготовленные жидкости с различными временами релаксации, позволяют, во-первых, оценить точность выделения каждой составляющей из общего спектра распределения времен релаксации и, во-вторых, проверить работоспособность ЯМР-релаксометра - по релаксационной кривой, полученной из спектра распределения времен релаксации, которая сравнивается с релаксационной кривой, полученной с помощью ЯМР-релаксометра. Их идентичность свидетельствует о правильности работы ЯМР-релаксомтера.
Многокомпонентная модель пористости разрабатывается под нужный диаметр проходного отверстия установки, соответствующий диаметру извлекаемого образца керна, причем различные по диаметру отверстия в нем обеспечивают самый распространенный набор эффективной пористости в образцах керна, отбираемого в скважине. Эффективная пористость отверстий одного диаметра рассчитывается как отношение объемов отверстий данного диаметра к общему объему образца (модели). Различный диаметр отверстий обеспечивает различный их объем, и, как следствие, различную эффективную пористость, т.к. при этом объем всей модели остается неизменным.
Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является снижение погрешности при калибровке аппаратуры для ЯМР-исследований образцов керна и, как следствие, повышение точности результатов ЯМР-исследований.
Поставленная задача решается тем, что в многокомпонентную модель пористости введены несколько (четыре) компоненты (составляющие, пробы) жидкостей, отличающиеся и по времени релаксации и по величине эффективной пористости.
Технический результат, обеспечиваемый заявленной полезной моделью, достигается тем, что в многокомпонентной модели пористости, состоящей из корпуса с набором отверстий, содержащих набор проб жидкостей, новым является то, что содержит отверстия как разного, так и одинакового диаметра, при этом одинаковым отверстиям соответствуют одинаковые по временам релаксации пробы жидкости, причем количество отверстий и проб жидкостей не менее четырех.
Модель имеет цилиндрическую форму.
Отверстия выполнены с круглым поперечным сечением.
Отверстия выполнены глухими.
Отверстия содержат внутреннюю резьбу, по которой сверху вкручены винты.
Набор одинаковых отверстий обеспечивает определенное значение эффективной пористости для соответствующего значения времени релаксации.
Диаметр модели соответствует размеру образца керна, отбираемого из скважины.
Диаметр модели 100 мм.
Каждая проба жидкости представляет собой водородосодержащую жидкость, в которую добавлено разное количество парамагнетика для получения разного времени релаксации.
Эффективная пористость отверстий одного диаметра представляет собой отношение объемов отверстий данного диаметра к общему объему модели.
Отличные друг от друга по диаметру отверстия распределены равномерно по плоскости сечения модели.
Примерный набор из четырех отверстий содержит отверстия с диаметрами 6,8 мм, 10,5 мм, 8,5 мм, 12,5 мм соответственно.
Заявленная полезная модель поясняется фиг.1, на которой показана общая схема устройства.
Устройство имеет цилиндрическую форму, состоит из корпуса 1 с набором просверленных в нем глухих отверстий 2 разного диаметра. Отверстия 2 содержат внутреннюю резьбу. В разные по диаметру отверстия заливаются жидкости 3 с разными временами релаксации. Жидкости 3 с разными временами релаксации, соответствующие разным диаметрам отверстий 2, помечают разными цветами. И наоборот, одинаковые по диаметру отверстия, соответствующие одинаковым по временам релаксации жидкостям помечают одним цветом.
Для равномерного размещения отверстий в количестве: 8, 18, 8, 12 соответственно, имеющих четыре различных диаметра: 6,8 мм, 10,5 мм, 8,5 мм, 12,5 мм, в модели диаметром 100 мм получены наиболее распространенные величины эффективной пористости реальных образцов керна: 4, 8, 12, 20 процентов.
В полученные несквозные отверстия 2 вкручиваются соответствующие винты 4 с целью исключения течи из них жидкости 3.
Устройство работает следующим образом.
Заранее готовят набор проб жидкостей 3 с определенным набором пористостей и с разными временами релаксации.
Жидкости 3 готовят на основе водородосодержащих жидкостей, в которые добавляют определенное количество парамагнетика для получения того или иного времени релаксации. Чем больше количество парамагнетика, тем меньше время релаксации.
Готовые жидкости 3 заливаются в соответствующие отверстия 2, т.е. в одинаковые по диаметру отверстия 2 заливается жидкость с одним временем релаксации. Разные диаметры характеризуют набор разных значений эффективной пористости в модели. Винты 4 вкручиваются в соответствующие отверстия 2.
Собранную модель в корпусе 1 устанавливают в измерительный датчик ЯМР-релаксометра, имеющего проходное отверстие диаметром не менее диаметра модели.
Включают необходимое оборудование (для данного типа релаксометра) и измеряют ЯМР-сигналы от жидкостей 3. После замера ЯМР-сигналов получают дискретный спектр распределения времен релаксации (по методу регуляризации Тихонова) с выделением времен релаксации, соответствующих тем, что присутствуют в модели. Причем из полученного спектра распределения выявляют процентное содержание каждой составляющей жидкости, соответствующее определенному значению времени релаксации, т.е. жидкости с разными временами релаксации в единицах эффективной пористости (в процентах).
Далее проводят сравнительный анализ значений эффективных пористостей и времен релаксации, измеренных на ЯМР-установке, с теми значениями, которые были рассчитаны перед замером. Если они идентичны (отличаются в области малых времен, т.е. для составляющей жидкости со временем релаксации порядка от 3 до 30 миллисекунд не более, чем 10%), то ЯМР-установка работает правильно и измеряемые в дальнейшем значения эффективной пористости реальных образцов керна будут измеряться и вычисляться с высокой точностью.
Набор проб жидкостей с разными временами релаксации готовят заранее путем добавления в каждую пробу жидкости необходимого количества парамагнетика. Т.е. времена релаксации известны заранее и могут при необходимости быть изменены на другие значения, например, для смещения диапазона времен релаксации в область малых времен (миллисекунды), или, наоборот, в область больших времен (секунды) То, что времена релаксации и объем занимаемой жидкости заранее известны позволяет использовать модель для получения спектра времен в широком диапазоне, а не по одному значению. Для этого жидкость из отверстий одного диаметра, т.е. с одним временем релаксации меняют на жидкость с другим временем релаксации, которая получается путем растворения необходимого количества парамагнетика.
Это, в свою очередь, позволяет создавать различные варианты сочетаний времен релаксации или другими словами многофазный эталон. Для этого нужно слить одну жидкость и заменить ее на другую с другим временем релаксации и проводить моделирование, сравнимое с реальными образцами керна, в которых на самом деле присутствует значительное количество пор различного размера. А поскольку размер пор связан с временем релаксации, то имитация в модели максимально возможных компонент жидкости с различными временами релаксации максимально приближает эталон к реальному образцу, что повышает точность результатов ЯМР-исследований.