СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ В КЕРНОВОМ МАТЕРИАЛЕ ЭФФЕКТИВНОГО ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА
METHOD OF DETERMINING SPATIAL DISTRIBUTION IN CORE MATERIAL OF EFFECTIVE PORE SPACE

Изобретение относится к способам изучения структуры керна до и после физического или химического воздействия в ходе испытаний буровых растворов, гелеобразующих составов, вязкоупругих полимерных систем, химических реагентов и т.д.
Известен «Метод предотвращения поглощения бурового раствора» («Method of determining drilling fluid invasion», патент США №4540882, дата публикации 10.09.1985), включающий определение полноты проникновения фильтрата бурового раствора в керн с добавлением агента с высоким сопротивлением прохождению Х-лучей при помощи компьютерной микротомографии. Первый материал добавляется к буровому раствору с целью обнаружения первого флюида, обладающего средним атомным номером, отличающимся от среднего атомного номера остаточных флюидов, содержащихся в околоскважинной зоне пласта. Сохраненный образец керна отбирается из скважины для сканирования компьютерным осевым рентгеновским томографом с целью определения коэффициентов поглощения рентгеновского излучения во множестве точек, лежащих в поперечном сечении образца керна. Образец керна сканируется при помощи рентгеновских лучей на первой и второй энергии.
Его недостатком является чрезвычайно высокая подвижность смеси «буровой раствор + контрастный агент», что делает невозможным качественное сканирование образца в микротомографах и дальнейшее построение трехмерных моделей, поскольку для стандартного сканирования необходимо длительное время.
Известен также «Метод определения пористости и поглощения бурового раствора образцом керна из подземных образований» («Method for identifying porosity and drilling mud invasion of a core sample from a subterranean formation», патент США №4722095, дата публикации 26.01.1988), основанный на использовании высокого коэффициента поглощения рентгеновского излучения в барите, широко применяемом в качестве утяжеляющей добавки для бурового раствора. Сначала фильтрат бурового раствора удаляется из образца керна, после чего с помощью рентгеновской компьютерной томографии измеряется поровый и суммарный объемы образца керна, а также объем частиц барита, проникших в образец.
Недостатком данного метода является применение барита в качестве рентгеноконтрастного вещества, крупный размер частиц которого препятствует его проникновению в мелкие трещины и поры. Глина и другие вещества, входящие в состав буровых растворов, имеют слабый контраст к рентгеновскому излучению.
Известен «Метод определения проникновения фильтрата бурового раствора в образец керна подземных образований» («Method for identifying drilling mud filtrate invasion of a core sample from a subterranean formation», патент США №5027379, дата публикации 25.06.1991), включающий использование рентгеноконтрастных добавок (как в способе, предлагаемом авторами данного патента).
Его недостатком является сделанный вывод о том, что применение рентгенокотрастного вещества для оценки проникновения фильтрата бурового раствора не представляется возможным ввиду того, что рентгенокотрастное вещество, растворимое в воде, проникнет несравнимо глубже, чем фильтрат бурового раствора с мелкими частицами.
Известен также «Способ определения пространственного распределения и концентрации глины в образце керна» (патент РФ №2467315, дата публикации 20.11.2012, Бюл. №32), принятый в качестве прототипа, включающий определение пространственного распределения и концентрации глины в образце керна с добавлением контрастного рентгеновского вещества, в качестве которого используют водорастворимую соль металла с высоким атомным весом, вступающую в селективную ионно-обменную реакцию с глиной, по окончании реакции селективного ионного обмена в образец закачивают неконтрастный вытесняющий агент, сканируют образец посредством рентгеновской томографии, на полученном компьютерном томографическом изображении выделяют область интереса и опорное сечение, получают гистограммы градации серого в поперечных сечениях образца и определяют пространственное распределение и концентрацию глины в образце путем анализа гистограмм, начиная с гистограммы опорного сечения.
Недостатком данного способа является невозможность его использования при изучении структурных особенностей керна до и после химических или физических способов воздействия.
Технический результат заключается в повышении точности определения концентрации и пространственного распределения гелеобразующего состава на основе желатина в образце керна, повышение качества исследования влияния щелочей, кислот и т.д. на пористость, проницаемость, количество сообщающихся пор в образце керна и т.д., а также обеспечение возможности более детального исследования образца керна после физического воздействия.
Технический результат достигается тем, что в качестве контрастного рентгеновского вещества в образец керна закачивают смесь желатина и йодосодержащего вещества в концентрации не менее 10 процентов по массе приготовляемого раствора, проводят рентгеновское сканирование образца и производят построение трехмерных моделей образца и порового пространства путем реконструкции изображений рентгеновской томографии.
Описываемый способ поясняется следующими фигурами:
Фиг. 1 - эффективное поровое пространство керна, насыщенного рентгеноконтрастным составом (до химического воздействия);
Фиг. 2 - эффективное поровое пространство керна, насыщенного рентгеноконтрастным составом (после химического воздействия).
В качестве примера реализации изобретения рассмотрим использование заявленного способа определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства при сравнении емкостных параметров керна (породы), просканированного до и после химического воздействия на него.
Пример 1. На начальном этапе осуществляют подготовку кернового материала, выпиливание из керна цилиндрических образцов диаметром 3 см, шлифовку боковых граней образца для обеспечения плотного обжима и равномерной закачки агента, очистку образца от остаточного содержания пластового флюида посредством экстракции сначала толуолом, затем петролейным эфиром и далее дистиллированной водой. Затем производится приготовление рентгеноконтрастной смеси, для чего к 62.0 г пресной воды добавляют 3.0 г желатина и 35.0 г соли KI, нагревают до полного растворения при постоянном перемешивании. Получают 100.0 г раствора, содержащего 3.0 масс. % желатина, 35.0 масс. % KI и 62.0 масс. % воды.
Полученный состав закачивают в образец пористого материала. На следующем этапе проводят компьютерное рентгеновское сканирование образца с помощью рентгеновского компьютерного томографа SkyScan 1174 и компьютера с управляющим программным обеспечением. Затем выполняют реконструкцию полученных изображений с помощью специализированного программного обеспечения NRecon, в результате чего получают изображения сечений образца с шагом в 9 микрометров. Затем определяют пространственное распределение исследуемого состава путем 3D анализа в специализированном программном обеспечении CTAn полученного реконструированного компьютерного томографического изображения, подсчитывают параметры открытой/закрытой пористости, анизотропности, плотности, объема пор, объема породы, площади поверхности пор, размер фракций. На заключительном этапе осуществляют формирование подробной объемной модели образца кернового материала с помощью специализированного программного обеспечения CTvol и CTvox.
Пример реализации изобретения поясняется следующими фигурами. На Фиг. 1 представлено изображение трехмерной модели эффективного порового пространства образца керна до химического воздействия на него, насыщенного рентгеноконтрастным составом. На Фиг. 2 показано изображение трехмерной модели эффективного порового пространства керна после химического воздействия на него, при котором образовались новые фильтрационные каналы. В этом случае была построена трехмерная модель порового пространства и совмещена с исходной моделью, показанной на Фиг. 1. Там, где совмещения исходной модели с получившейся не произошло были выделены новообразованные фильтрационные каналы, отмеченные красным цветом.
Представленные результаты в виде трехмерных моделей доказывают высокую эффективность описанного метода исследования в деле изучения кернов и веществ, оказывающих воздействие на породу.
Пример 2. Подготавливают керновый материал. Затем приготавливают рентгеноконтрастную смесь, для чего к 81.0 г пресной воды добавляют 3.0 г желатина и 16.0 г соли KI, нагревают до полного растворения при постоянном перемешивании. Получают 100.0 г раствора, содержащего 3.0 масс. % желатина, 16.0 масс. % KI и 81.0 масс. % воды. Полученный состав закачивают в образец пористого материала. На следующем этапе проводят рентгеновское сканирование образца и производят построение трехмерных моделей образца путем реконструкции изображений рентгеновской томографии. Затем определяют пространственное распределение исследуемого состава путем 3D анализа полученного реконструированного изображения, подсчитывают параметры открытой/закрытой пористости, анизотропности, плотности, объема пор, объема породы, площади поверхности пор, размер фракций. На заключающем этапе осуществляют формирование подробной объемной модели образца кернового материала с помощью специализированного программного обеспечения CTvol и CTvox.
Пример 3. Подготавливают керновый материал. Затем приготавливают рентгеноконтрастную смесь, для чего к 87.0 г пресной воды добавляют 3.0 г желатина и 10.0 г соли KI, нагревают до полного растворения при постоянном перемешивании. Получают 100.0 г раствора, содержащего 3.0 масс. % желатина, 10.0 масс. % KI и 87.0 масс. % воды. Полученный состав закачивают в образец пористого материала. На следующем этапе проводят компьютерное рентгеновское сканирование образца. Затем выполняют реконструкцию полученных изображений. Затем определяют пространственное распределение исследуемого состава путем 3D анализа полученного реконструированного изображения, подсчитывают параметры открытой/закрытой пористости, анизотропности, плотности, объема пор, объема породы, площади поверхности пор, размер фракций. На заключительном этапе осуществляют формирование подробной объемной модели образца кернового материала с помощью специализированного программного обеспечения CTvol и CTvox.