Способ определения общей пористости кавернозных образцов горных пород методом ядерного магнитного резонанса Российский патент 2017 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к области лабораторных петрофизических исследований образцов горных пород на основе применения техники и методики ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), предназначается для использования при поиске, разведке и разработке месторождений нефти и газа.

Известны различные способы изоляции порового пространства от вытекания жидкости при измерениях общей пористости образцов кавернозных горных пород, однако они не позволяют изолировать каверны с жидкостью для измерения в ЯМР-спектрометре.

Из ОСТа 39-236-89 «Нефть. Метод дифференцированного определения пустотности кавернозно-пористых сред» известен способ закрытия внешних каверн образцов заполнителем (эпоксидной шпатлевкой или алебастром).

Такой способ позволяет определять значение открытой пористости образцов методом жидкостенасыщения, но не позволяет сравнивать полученные промежуточные результаты с результатами ядерно-магнитного каротажа (ЯМК), полученными по скважине. К тому же, использование заполнителей для измерения на ЯМР-спектрометре нежелательно, так как оно ведет к появлению дополнительных «паразитных» сигналов, что может быть неверно интерпретировано как составляющая общей пористости.

Известен способ измерения пористости материалов, веществ и минералов на основе ядерно-магнитного резонанса инертных газов [RU 2422809 С2, МПК ⁶ G01N 24/08, опубл. 27.06.2011], который пригоден для измерения общей пористости образцов с кавернами, но только на основе использования инертного газа.

Однако пригодный для определения общей пористости кавернозных образцов известный способ не позволяет соотносить получаемые результаты с результатами исследований на жидкостях, требуемых для анализа пород в разрезе комплекса петрофизических исследований.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка способа, обеспечивающего проведение ЯМР-исследований кавернозных образцов с возможностью учета вклада кавернозной составляющей в значение общей пористости, использования полученных промежуточных результатов исследований для сопоставления с результатами ЯМК.

Технический результат заявляемого решения заключается в возможности обеспечения получения методом ЯМР значения общей пористости по жидкости образца горной породы, имеющего каверны, с максимальным ограничением вытекания жидкости из каверн с получением дополнительных промежуточных результатов, которые могут быть сопоставлены с величинами, полученными по ЯМК.

Особенностью заявленного изобретения является возможность использования образца горной породы, проходящего исследования на этапах петрофизического изучения с использованием жидкостей и сопоставления получаемых вспомогательных величин, как-то: распределение времени поперечной релаксации Т2 - с данными, получаемыми ядерно-магнитным каротажем на скважине.

Сущность изобретения заключается в том, что с помощью устройства, выполненного из капролона, осуществляют удержание жидкости в пустотном пространстве кавернозных образцов для регистрации ЯМР-аппаратурой сигнала ЯМР атомов водорода водородсодержащей жидкости, полностью насыщающей поровое пространство исследуемых образцов, в том числе и той части порового пространства, которая приходится на каверны.

Устройство представляет собой цилиндрический корпус с торцевыми втулками, в который входит образец с минимальным зазором по диаметру. К нижнему торцу образца прижимается втулка с болтом, к верхнему - втулка со шпилькой. С боковой поверхности образца вытекание жидкости из каверн максимально ограничено цилиндрическим корпусом, с торцевых - втулками с болтом и шпилькой.

Образец горной породы, подготовленный к измерению на лабораторном ЯМР-спектрометре (ЯМР-релаксометре) путем 100% насыщения порового пространства водородсодержащей жидкостью (водой, моделью пластовой воды, пластовой водой или керосином), помещают в устройство.

Устройство с образцом переносят в зону измерений ЯМР-спектрометра, где в случае необходимости осуществляют регулировку по высоте с помощью диска (зависит от конструкции ЯМР-аппаратуры) и проводят исследования. Капролон имеет минимальные дополнительные ЯМР-сигналы, по сравнению со многими другими конструкционными материалами, но, в отличие от фторопласта, вообще не имеющего «паразитных сигналов», является более жестким и устойчивым по форме материалом.

Коэффициент общей пористости вычисляют по следующей формуле

Кпобщ.=Vямр/Уобр,

где Vямр - объем водородсодержащей жидкости в образце, определенный при измерении с помощью ЯМР-спектрометра, Vo6p - объем цилиндрического образца, рассчитанный из известных геометрических размеров.

Максимальное ограничение вытекания жидкости из каверн позволяет определить в общем, суммарно регистрируемом ЯМР-аппаратурой сигнале составляющую водорода жидкости каверн, что позволяет рассчитать общую пористость образца с учетом имеющейся каверновой составляющей. Вытекание жидкости из каверн ведет к отсутствию регистрации сигнала от занимаемого ими порового пространства и, как следствие, к отсутствию ее составляющей в значении общей пористости образца.

Предложенное техническое решение поясняется иллюстративными материалами. На фиг. 1 представлен типовой вид устройства в сборе и разрезе, где цифрами обозначено: 1 - шпилька; 2 - диск; 3 - втулка; 4 - цилиндрический корпус; 5 - болт.

Результаты определения распределения времени поперечной релаксации приведены на фиг. 2-4:

фиг. 2 - график распределений Т₂ (стандартный комплекс) для образца №7078/15 (г.н. 34б) Восточно-Толкаевской площади, скважины №363;

фиг. 3 - график распределений Т₂ (стандартный комплекс) для образца №7128/15 (г.н. 41б) Восточно-Толкаевской площади, скважины №363;

фиг. 4 - график распределений Т₂ (стандартный комплекс) для образца №7220/15 (г.н. 56б) Восточно-Толкаевской площади, скважины №363.

На фиг. 2-4 обозначено:

Время поперечной релаксации Т₂ - коэффициент величины времени, характеризующий процесс релаксации в поперечной плоскости (спин-спин релаксацию) при подаче последовательности импульсов Карла-Пурселла-Мейбума-Гилла или же сходной производной от этой последовательности;

Кп (инкрементный) - долевое значение величины общей пористости (коэффициента пористости), определенное для каждого значения величины времени поперечной релаксации Т₂;

Кп (кумулятивный) - суммарное (накопленное) значение Кп (инкрементное), соответствующее диапазону Т₂ от нулевого до текущего значения;

Т₂ гр. микрокрист. матрицы - Т₂ граничное микрокристаллической матрицы - значение Т₂, обозначающее верхнюю временную границу, до которой вся определенная по Т₂-распределению общая пористость является результатом получения ответного сигнала от атомов водорода, находящихся в матрице породы. Параметр используется для образцов карбонатного разреза, для образцов терригенного разреза используется аналогичное понятие Т₂ гр. глин;

Т₂ гр. ст. - Т₂ граничное стандартное - среднее арифметическое граничное значение времени поперечной релаксации, определенное для данного литотипа горной породы, выше которого вся составляющая общей пористости приходится на жидкость, вытесняемую при моделировании остаточного водонасыщения.

Т₂ гр. каверн - Т₂ граничное каверн - граничное значение времени поперечной релаксации, выше которого вся составляющая общей пористости приходится на жидкость, занимающую пустотное пространство каверн.

На фиг. 2-4 цифрами обозначено: 6 - кривая инкрементной пористости по Т₂, имеющая также название распределение времени поперечной релаксации Т₂; 7 - кривая кумулятивной пористости по Т₂; 8 - Т₂ граничное каверн; 9 - Т₂ граничное стандартное; 10-Т₂ граничное микрокристаллической матрицы.

Способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают цилиндрический образец кавернозной горной породы, имеющий ограничение по длине, равное длине активной зоны области измерений ЯМР-спектрометра, и значение диаметра, определенное внутренним диаметром цилиндрического корпуса 4 с учетом необходимости наличия минимального зазора между образцом и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 4. Образец горной породы насыщают в требуемой водородосодержащей жидкостью до достижения состояния 100% заполнения порового пространства. Цилиндрический корпус 4 с закрученной нижней частью (втулка 3 и болт 5) помещают в емкость с жидкостью, в которой находится насыщенный образец. В жидкости образец помещают в цилиндрический корпус 4, который переворачивают верхней (открытой частью) со сливом излишков жидкости и вынимают из емкости с жидкостью. Закручивают втулку 3, остаток жидкости убирают ватной палочкой, закручивают шпильку 1 до соприкосновения с верхним торцом образца, накручивают на шпильку диск 2. Собранную нижнюю часть устройства (цилиндрический корпус 4, втулки 3, болт 5) помещают в область измерений. С помощью диска 2, вращающегося на шпильке 1, производят регулировку по высоте таким образом, чтобы нижняя часть устройства попала в область измерений. Запускают измерительный процесс. По окончании измерительного процесса демонтаж производят путем снятия болта 5, шпильки 1, диска 2 и втулки 3 с верхней части устройства. В случае необходимости затрагивают и нижнюю часть устройства (втулка 3, болт 5). В случае утечек жидкости через резьбовые соединения при монтаже, на указанные соединения для уплотнения наматывают ленту «Фум».

После помещения образца, насыщенного жидкостью, в устройство и его конечного монтажа, устройство помещают в зону измерений ЯМР-спектрометра. Проводят тест центровки, запускают тест определения времени поперечной релаксации Т₂ и расчета по этому распределению общей пористости. Выделяют условную границу перехода к кавернозной составляющей общей пористости, равную 750 мс (величина определена условно, ее приводят в ряде научных работ, однако это величину необходимо определять для разных пород). Времена релаксации Т₂, от 750 мс до максимально определенных по измерению, заключают в себе кавернозную составляющую общей пористости. Расчет значений общей пористости и построение распределения Т₂ (инкрементного и кумулятивного) производят в автоматическом программном режиме на основе реализации математического преобразования - обратного преобразования Лапласа. Кавернозную составляющую общей пористости рассчитывают вручную путем отсечения по полученному графику значений кумулятивной кривой, находящихся ниже 750 мс.

Дополнительно, для учета «паразитных» «мертвых» объемов в ряде случаев (при неплотном прилегании образца к боковым стенкам цилиндрического корпуса) перед началом серии измерений, необходимо проводить дополнительную калибровку: помещение в устройство цилиндра из фторопласта или капролона, соответствующего размерам исследуемых образцов и размерам внутреннего пространства цилиндрического корпуса, и измерение его в устройстве на ЯМР-спектрометре, что позволит определить составляющую общей пористости, измеренную за счет жидкости, находящейся в зазорах между образцом и цилиндрическим корпусом. Это значение будет необходимо вычитать из значения общей пористости и кавернозной пористости (каверновой составляющей общей пористости) для их корректировки.

Результаты определения общей пористости и кавернозной составляющей приведены в таблице.

Преимущества заявляемого технического решения в том, что не требуется использование герметичного кернодержателя для подачи и изоляции инертного газа при измерениях; не требуется проведение дополнительных манипуляций по подготовке образцов к исследованиям после стандартной процедуры определения открытой пористости пород методом жидкостенасыщения; не надо использовать способы понижения температуры образца, все измерения могут проводиться при температуре, незначительно отличающейся от 26°С.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет предотвратить вытекание жидкости через боковую и торцевую поверхности образца при наличии в пустотном пространстве горных пород каверн, что необходимо для обеспечения 100% насыщенности жидкостью порово-кавернозного образца горной породы во время измерения.

Использование: для петрофизических исследований образцов горных пород на основе применения техники и методики ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Сущность изобретения заключается в том, что выполняют определение общей пористости образцов горных пород путем регистрации сигнала ЯМР от атомов водорода водородсодержащей жидкости, полностью насыщающей поровое пространство исследуемых образцов, при этом образец горной породы насыщают жидкостью, помещают в цилиндрический корпус для определения пористости методом ЯМР для кавернозных образцов, помещают в зону измерений ЯМР-спектрометра, где производят измерение общей пористости через определение объема жидкости в образце, соотнесенного к его геометрическому объему, на основании полученных данных строят распределение времени поперечной релаксации Т2, по которой с учетом граничного значения выделяют кавернозную составляющую общей пористости. Технический результат: обеспечение возможности проведения ЯМР-исследований кавернозных образцов с возможностью учета вклада кавернозной составляющей в значение общей пористости, а также обеспечение возможности использования полученных промежуточных результатов исследований для сопоставления с результатами ядерно-магнитного каротажа (ЯМК). 4 ил.

Способ определения общей пористости кавернозных образцов горных пород методом ядерного магнитного резонанса, включающий определение общей пористости образцов горных пород, которое основывается на регистрации сигнала ЯМР от атомов водорода водородсодержащей жидкости, полностью насыщающей поровое пространство исследуемых образцов, при этом образец горной породы насыщают жидкостью, помещают в цилиндрический корпус для определения пористости методом ЯМР для кавернозных образцов, помещают в зону измерений ЯМР-спектрометра, где производят измерение общей пористости через определение объема жидкости в образце, соотнесенного к его геометрическому объему по формуле

Кпобщ.=Vямр/Vобр,

где Vямр - объем водородсодержащей жидкости в образце, определенный при измерении с помощью ЯМР-спектрометра, Voбp - объем цилиндра, описываемый образцом, рассчитанный из известных геометрических размеров, на основании полученных данных строят распределение времени поперечной релаксации Т2, по которой с учетом граничного значения выделяют кавернозную составляющую общей пористости.