ПРИМЕНЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ПОВРЕЖДЕНИЯ ПЛАСТА В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

APPLICATION OF X-RAY COMPUTER TOMOGRAPHY FOR ESTIMATION OF THE DAMAGE DEGREE TO THE FORMATION IN LABORATORY CONDITIONS

Nikita Karpunin

Student, Department of the development and exploitation of oil and gas fields, the St. Petersburg State Mining University, Russia, St. Petersburg

Vladimir Litvin

Candidate of Engineering Sciences, Department of the development and exploitation of oil and gas fields, the St. Petersburg State Mining University,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

В данной работе описываются результаты обзора современных методов исследования кернового материала, не требующих разрушения образца, с использованием компьютерной томографии и трехмерного моделирования, представлен собственный опыт авторов работы.

ABSTRACT

In this paper, we describe the results of a survey of modern methods for studying cores that do not require destruction of a sample, using computer tomography and three-dimensional modeling, and presenting the authors' own experience.

Ключевые слова: томография керна; пористая среда; трехмерное моделирование; инновационные технологии.

Keywords: core tomography; Porous medium; Three-dimensional modeling; innovative technologies.

При современных темпах разработки нефтяных месторождений и текущих уровнях отбора пластовых флюидов нефтяные компании сталкиваются с трудностью по восполнению извлекаемых запасов. Активно уменьшается количество маловязкой традиционной нефти, в то время как доля трудноизвлекаемых запасов (тяжелые и сверхтяжелые нефти, битумы, нефти, содержащиеся в плотных и слабопроницаемых коллекторах)  в общем учете неуклонно растет. Зачастую подобные категории запасов расположены на территориях месторождений традиционной нефти и перед специалистами стоит вопрос об их извлечении, которое является рентабельным только при правильном подходе к разработке залежей подобного вида, что связано как со свойствами самих флюидов, так и со сложным геологическим строением [6]. В большинстве случаев на данных территориях уже имеется хорошо развитая инфраструктура и достаточное количество персонала для продолжения работ по извлечению трудноизвлекаемых запасов.  Тем не менее, в связи со сложным геологическим строением данных залежей, а также сложностью подходов к проектированию систем их разработки, требуются новые технологии исследования пластов, инновационные методы воздействия на пласт [1-4, 7, 11].

На сегодняшний день большое внимание уделяется развитию компьютерных технологий и IT индустрии в целом. Цифровые технологии стремительно развиваются как в нефтедобывающих, так и в сервисных компаниях, которые стремятся снизить свои риски за счет улучшения качества анализируемой информации. В частности и о процессах, происходящих непосредственно в продуктивном пласте. Благодаря значительному увеличению вычислительной мощности современных компьютерных систем, а также совершенствованию оборудования, применяемого для проведения исследований, появилась трехмерная компьютерная рентгеновская микротомография.

Существует большое количество видов исследований, которые можно проводить с использованием компьютерной микротомографии [5, 8, 9, 10, 12, 13, 14]. Зачастую сам по себе процесс является достаточно простым, однако интерпретация полученных данных нередко является весьма сложной и поэтому необходим инновационный подход и научные разработки в данном направлении.

При проведении исследований кернового материала с помощью компьютерной томографии, как правило, придерживаются следующей последовательности действий.

Для исследований отбирают и подготавливают образец кернового материала (желательно цилиндрической формы). Затем, вне зависимости от того, насыщен он каким-либо флюидом или же был подвержен экстрагированию, образец помещают непосредственно в рентгеновскую камеру, где он устанавливается и фиксируется на специальной подставке, которая обеспечивает вращение керна вокруг своей оси. Далее камеру закрывают, чтобы изолировать исследователей от воздействия рентгеновских лучей. Затем запускается процесс сканирования, в ходе которого исследуемый образец, установленный на подставку, поворачивают на 90, 180, 270 или же 360 градусов. Во время вращения излучение проходит через керн и формируется тень, которая проецируется на специальный сцинтилляционный экран и записывается в память компьютера в виде изображений. Далее при помощи программного обеспечения из полученных вертикальных снимков путем их наложения друг на друга покадрово создается трехмерная модель исследуемого образца. Логично предположить, что при уменьшении скорости вращения подставки и увеличении продолжительности воздействия излучения можно получить более детальную модель (т.к. будет сделано больше снимков, на основании которых строится конечная модель). Однако на это потребуются большие вычислительные мощности.

После построения модели специалистам необходимо отделить поровое пространство от скелета породы. Данный этап осуществляется при помощи визуального осмотра торцов образца на предмет наличия сколов и трещин и дальнейшего сопоставления анализа модели с его результатом. Если построенная модель позволяет достоверно отличить подобные участки, то исследования проведены корректно. В таком случае строится несколько трехмерных моделей. Обязательными для построения являются модели порового пространства и скелета породы, но помимо них возможно отдельное выделение вкраплений каких-либо металлов или минералов. В некоторых случаях моделей может быть достаточно много.

После построения трехмерного изображения порового пространства обязательно производится расчет пористости и может быть измерен диаметр каверн. Как в России, так и за рубежом запатентовано большое количество методов исследования кернового материала при помощи компьютерной микротомографии.

В качестве примеров можно привести несколько работ, направленных на изучение различных процессов происходящих в пластах коллекторах в ходе обработок разнообразными химическими реагентами.

Так, в работе [4] с помощью микротомографии керна анализируется степень его повреждения после обработки кислотной композицией. На рисунке 1 серым цветом отображен скелет породы, а темными участками выделены зоны фильтрации кислоты. Отчетливо наблюдается значительное расширение фильтрационного канала в местах соприкосновения с кислотным составом. По результатам проведенного эксперимента можно объективно судить о степени эффективности подобранной композиции для конкретного образца горной породы.

Рисунок 1. Трехмерная модель керна после обработки кислотным составом [4].

Другим хорошим примером применения компьютерной микротомографии может послужить работа [5], в которой с помощью построения трехмерных моделей определяется глубина проникновения гелеобразующего состава в пласт. На рисунках 2 и 3 отображено распределение веществ в скелете породы [5]. Желтым цветом обозначена форма, серым – скелет породы, светло-серым – поровое пространство, а красным непосредственно сам состав. С помощью данного типа исследований специалисты могут достоверно оценить толщину создаваемых водоизоляционных экранов.

Рисунок 2. 3D модель проникновения состава в пласт [5]

Рисунок 3. 2D модель проникновения состава в пласт [5]

Таким образом, можно сделать вывод о том, что компьютерная микротомография как метод исследования образцов керна и оценки эффективности воздействия на них в настоящее время имеет различное применение и продолжается совершенствоваться пропорционально улучшениям парка исследовательского оборудования и вычислительных мощностей компьютерных технологий. На сегодняшний день специалисты могут решать большой спектр задач, стоящих перед промыслом с помощью данной технологии.

Список литературы:

1. Литвин В.Т., Стрижнев К.В., Рощин П.В. Особенности строения и интенсификации притоков нефти в сложных коллекторах баженовской свиты Пальяновского месторождения. Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2015. Т. 10. № 3. С. 12.
2. Литвин В.Т., Рязанов А.А., Фарманзаде А.Р. Теоретические аспекты и опыт проведения работ по интенсификации притока нефти на коллекторах баженовской свиты. Нефтепромысловое дело. 2015. № 5. С. 24-29.
3. Литвин В.Т., Фарманзаде А.Р., Орлов М.С. Подбор кислотного состава для низкопроницаемых высокоглинистых пластов баженовской свиты (часть 1). Интернет-журнал Науковедение. 2015. Т. 7. № 5 (30). С. 136.
4. Литвин В.Т. Обоснование технологии интенсификации притока нефти для коллекторов баженовской свиты с применением кислотной обработки: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 25.00.17  / Литвин Владимир Тарасович. – Санкт-Петербург, 2016. – 131 с.
5. Литвин В.Т., Хромых Л.Н., Фарманзаде А.Р., Орлов М.С., Рогожинский Р.А., Карпунин Н.А. Применение рентгеновской компьютерной томографии керна для оценки эффективности изоляционных технологий с применением гелеобразующих составов. Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 7-4 (38). С. 128-132.
6. Петухов А.В., Рощин П.В. Парагенезис серы и нефти и формирование карстовых нефтегазоносных резервуаров. Нефть, газ, промышленность. 2014. № 4 (54). С. 32-38.
7. Рощин П.В. Обоснование комплексной технологии обработки призабойной зоны пласта на залежах высоковязких нефтей с трещинно-поровыми коллекторами: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 25.00.17 / Рощин Павел Валерьевич. – Санкт-Петербург, 2014. – 112 c.
8. Рощин П.В., Петраков Д.Г., Стручков И.А., Литвин В.Т., Васкес Карденас Л.К. Способ определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства. патент на изобретение RUS 2548605 28.01.2014.
9. Рощин П.В., Васкес Карденас Л.К., Тананыхин Д.С., Стручков И.А. Лабораторное исследование процесса вытеснения тяжелой высоковязкой нефти в карбонатном керне при помощи рентгеновского компьютерного томографа. Ашировские чтения. 2013. № 1. С. 220-224.
10. Савицкий Я. Н. В. Современные возможности метода рентгеновской томографии при исследовании керна нефтяных и газовых месторождений // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология, нефтегазовое и горное дело. – 2015. – №. 15.
11. Фарманзаде А.Р., Литвин В.Т., Рощин П.В. Подбор основы кислотного состава и специальных добавок для обработки призабойной зоны пласта баженовской свиты. Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 3-4 (34). С. 68-72.
12. Grachev N. E. et al. Digital Core Analysis-The Future of Petrophysics (Russian) //SPE Russian Oil and Gas Exploration and Production Technical Conference and Exhibition. – Society of Petroleum Engineers, 2012.
13. Orlov M.S, Roschin P.V, Struchkov I.A, Litvin V.T. The application of x-ray micro computed tomography (micro-ct) of core sample for estimation of physicochemical treatment efficiency. В сборнике: Society of Petroleum Engineers - SPE Russian Petroleum Technology Conference 2015.
14. Rady A. et al. Iron Precipitation in Calcite, Dolomite and Sandstone Cores (Russian) // SPE Russian Petroleum Technology Conference. – Society of Petroleum Engineers, 2015.