Способ подготовки керна и оценка прочностных характеристик методом профилирования
METHOD FOR CORE PREPARATION AND EVALUATION OF STRENGTH CHARACTERISTICS BY PROFILING

Изобретение относится к геомеханическим исследованиям и может быть использовано при подготовке колонки керна из сланцеватой, глинистой, рыхлой и трещиноватой породы, а также оценки этих свойств методом профилирования.
Известно, что при подготовке традиционного керна производится извлечение керна из керноприемных труб с последующим помещением на специальную мойку для удаления остатков бурового раствора. Далее проводится радиально-линейная укладка керна на протяжении всего интервала отбора и выполняется нарезка керна на равные секции по 1 м., после чего производится продольная распиловка керна в соотношении 1/3 к 2/3. Затем из 2/3 части керна выбираются места для изучения геомеханических свойств, производится разметка и выбуриваются образцы различного диаметра и длины. Для слабоконсолидированных и некоснолидированных пород применяют технологии заморозки для обеспечения механической прочности при изготовлении образцов [К. Макфи, Дж. Рид.. Лабораторные исследования керна: ГИД по лучшим практикам].
Недостаток такого подхода в низкой информативности в разрезах сложенных глинами, хрупкими, трещиноватыми породами, по причине невозможности изготовления образцов или получения образцов с дефектами. Модификация такого подхода, в первоначальном изготовлении образцов на геомеханические исследования до продольной распиловки керна частично снимает проблему, но не решает ее полностью.
Повышение информативности изучения разрезов горных пород по керну с детальной оценкой геомеханических свойств по всей длине колонки керна профильными методами было основано на разработках устройств по определению механических свойств пород продольным царапанием (scratching) (Dagrain F., Detournay E., Drescher A., 2001 Influence of the Cutter Geometry in Rock Cutting: An Experimental Approach, 100, Minessota; Носиков А.В., Тропорецкий К.В., Михайлов Б.О., Черныш П.С., Дорошенко А.А., Борисов Г.В Применение метода контролируемого царапания для исследования механических свойств горных пород. С.30-35, Экспозиция нефть газ октябрь 6(66) 2018.). Наиболее известны скретчеры Wombat компании EPSLog и скретчер компании Шлюмберже.
Сутью предложенных решений является помещение полноразмерного керна в специально изготовленный держатель для определения прочностных характеристик методом продольного царапания, конструкция кернодержателя позволяет фиксировать керн по длине и при необходимости создавать торцевую нагрузку.
Однако, конструкция традиционных кернодержателей при царапании не обеспечивают качественное изучение глинистых, слабосцементированных, трещиноватых, рыхлых пород, по причине их разрушения еще на этапе бурения и извлечения керна из керноприемных труб, а так же пород сложенных отдельными цельными фрагментами.
Задачей, на решение которой направлен заявляемый способ подготовки и исследования интервалов с глинами, сланцевыми породами, а также интервалов из слабоконсолидированных пород, представленных единичными фрагментами, является обеспечение качественного изучения керна с получением достоверных и пригодных для дальнейшего использования результатов.
При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в сохранении свойств керна.
Указанный технический результат достигается тем, что способ подготовки керна и оценка прочностных характеристик методом профилирования включает создание непрерывного отрезка керна путем заполнения части керна полимером, исследование полученного керна в скретчере и отсечение прочностных характеристик сшитого полимера при этом сохраняется пригодность 2/3 части нового керна для других видов исследований, возможность исследования как нового керна, так и керна находящегося на длительном хранении, после проведения тестирования из кривой распределения отсекаются значения прочности сшитого полимера.
Технический результат достигается за счет скрепления частей керна и образование единого (непрерывного) участка керна с последующей оценкой прочностных характеристик методом скретчирования (профилирования).
Особенностями в заявляемом способе является то, что:
- для калибровки метода используются свойства эпоксидной смолы или иного раствора, способного образовывать сшитые полимеры, механические свойства которых подбираются таким образом, чтобы они были заведомо более низкими/высокими относительно изучаемых пород.
- возможность получения непрерывного профиля предела прочности при одноосном сжатии путем тестирования участков керна непригодных для создания образцов для геомеханических исследований.
- после прохождения тестирования по данному методу, 2/3 части керна остаются пригодными для других видов исследований.
- возможность исследовать методом скретчирования (профилирования), как нового керна, так и керна находящегося на длительном хранении.
- после проведения исследования прочностных характеристик методом скретчирования (профилирования) из полученного распределения отсекают калиброванные значения сшитого полимера.
Прилагаемые к заявке графические материалы поясняют сущность заявляемого способа.
На фиг. 1 изображена схема устройства создания торцевой нагрузки (в разрезе), где цифрами обозначены: 1 - неподвижный торцевой упор, 2 - подвижный торцевой упор, 3 - лоток для керна, 4 - винт создания торцевой нагрузки с подвижным окончанием, для возможности создание нагрузки при несоосности частей керна.
На фиг. 2 изображена схема нового керна и устройства изоляции и заполнения 1/3 части полимером: а) колонка керна с устройством вид сбоку; b) колонка керна с устройством вид с торца; с) колонка керна с устройством вид сверху, где цифрами обозначены: 4 - устройство заполнения 1/3 части керна полимером, 5 - колонка керна, 6 - канал в устройстве для проведения скретч тестов.
На фиг. 3 изображена схема колонки нового керна после проведения скретч тестов и продольной распиловки в соотношении 1/3 к 2/3: а) колонка керна с устройством после распиловки 1/3 к 2/3 вид сбоку; b) колонка керна с устройством после распиловки 1/3 к 2/3 вид с торца в разрезе, где цифрами обозначены: 7 - 1/3 часть керна залитая полимером; 8 - 2/3 части керна без полимера пригодная для дальнейших исследований.
На фиг. 4 изображена схема устройства заполнения керна полимером находящемся на долговременном хранении: а) колонка керна в фиберглассовом лотке залитая полимером вид сбоку; b) колонка керна в фиберглассовом лотке, залитая полимером, вид с торца в разрезе; где цифрами обозначены: 9 - фиберглассовый лоток с полимером; 5 - колонка керна;
На фиг. 5 изображен график распределения прочностных характеристик методом профилирования с «отсечением» калиброванных значений сшитого полимера.
Способ осуществляют следующим образом.
Для калибровки отрезают кусок фиберглассового лотка 9? достаточного для замера прочностных характеристик в профилографе, учитывают особенность имеющегося оборудования для минимизации погрешностей. Производят герметизацию торцевых частей и заполнение данного лотка 9 эпоксидной смолой или иным раствором, способным образовывать сшитые полимеры, причем вязкость полимера должна быть такой, чтобы не происходило глубокого проникновения полимера в поры породы. После затвердевания сшитый полимер помещают в держатель профилографа и производят замер усредненных значений прочностных свойств.
Новый керн, поступивший со скважины на исследование, проходит этап рентгеновской томографии и профильного гамма каротажа для увязки с ГИС. Выполняется оценка качества поступившего керна и оценивается его состояние. Выделяют трещиноватые, сланцеватые, глинистые, рыхлые участки керна, а также участки с плохой сохранностью кернового материала, с невозможностью изготовления образцов керна для геомеханического тестирования.
Для керна пригодного к извлечению из керноприемных труб в нужном интервале исследований производится извлечение керна, нарезание керна на секции по 1 метру, чистка на сухую от загрязнений (глинистая корка, изолирующие гели), затем керн перекладывают в лотки с последующей радиально линейной укладкой. Колонку керна 5 помещают в устройство для создания торцевой нагрузки и создают торцевую (осевую) нагрузку ручным (например, за счет винта 4), пневматическим (за счет газа), гидравлическим (за счет жидкости) или иным способом для минимизации влияния трещин и иных видов дефектов (фиг. 1). При этом усилие должно быть достаточно для максимального прижатия составных частей керна друг к другу, в то же время не должно создаваться критической нагрузки вызывающей разрушение породы.
Керн с нарушенной структурой не вынимается, производится нарезание труб на равные секции по 1 метру, выполняется продольная распиловка керноприемных труб на глубину толщины трубы, далее производится снятие верхней части трубы «крышки». Производится чистка на сухую от загрязнений, и керн с остатками нижней части трубы, выполняющей функцию лотка, помещают в устройство для создания торцевой нагрузки и создают торцевую (осевую) нагрузку ручным (за счет винта), пневматическим (за счет газа), гидравлическим (за счет жидкости) или иным способом для минимизации влияния трещин и иных видов дефектов (фиг. 1), при этом усилие должно быть достаточно для максимального прижатия составных частей керна друг к другу, в то же время не должно создаваться критической нагрузки вызывающей разрушение породы.
На колонку керна 5 в устройстве создания торцевой (осевой) нагрузки одевается специальная форма, имеющая вырез по центру для проведения скретчирования. Форма должна иметь такие геометрические размеры, чтобы форма занимала 1/3 часть керна (фиг. 2), а 2/3 части керна остались незатронутыми.
Пространство вокруг формы, а также в местах крупных сколов, разрушения керна, а также отклонение от цилиндрической формы герметизируют таким образом, чтобы предотвратить вытекание полимера наружу, при этом была возможность максимального исследования керна по всей длине методом скретчирования. Внутрь формы заливают полимер той же марки и партии, на которой происходили тестовые замеры прочностных свойств. После затвердения полимера производят снятие торцевой нагрузки, отрезок керна помещают в скретчер согласно инструкции по эксплуатации прибора, производят замер профильного предела прочности. Далее производится процедура распиливания керна в соотношении 1/3 к 2/3 (фиг. 3). Меньшую часть керна передают на длительное хранение, а 2/3 части керна, незатронутые полимером, передают на другие виды исследований.
Керн, находящийся на долговременном хранении в нужном интервале исследований извлекают из емкостей для хранения и помещают в фиберглассовые лотки, причем высота лотков должна быть больше высоты имеющегося керна. Колонку керна помещают в устройство для создания торцевой нагрузки и создают торцевую (осевую) нагрузку ручным (за счет винта), пневматическим (за счет газа), гидравлическим (за счет жидкости) или иным способом для минимизации влияния трещин и иных видов дефектов (фиг. 1). При этом усилие должно быть достаточно для максимального прижатия составных частей керна друг к другу, в то же время не должно создаваться критической нагрузки вызывающей разрушение породы. Пространство на торцах керна герметизируют для предотвращения вытекания полимера из лотка. Пространство между керном и фиберглассовым лотком заполняют полимером той же марки и партии, на которой происходили тестовые замеры прочностных свойств, таким образом, чтобы полимер заполнил керн на пару миллиметров выше верхней части керна (фиг. 4). После затвердения полимера производится снятие торцевой нагрузки, отрезок керна помещают в скретчер, согласно инструкции по эксплуатации прибора, производят замер профильного предела прочности. После чего керн помещают обратно в емкости для долговременного хранения.
После проведения тестирования профильного определения пределов прочности методом скретчирования производят «отсекание» калибровочного значения предела прочности полимера (фиг. 5).
Таким образом, предлагаемый способ позволяет исследовать прочностные свойства сланцевого, слоистого, рыхлого и трещиноватого кернового материала с плохой сохранностью и невозможностью изготовления стандартных образцов для исследований упругих и прочностных свойств керна.