СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОФИЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ ПОРОД НЕФТЕМАТЕРИНСКИХ СЛАНЦЕВЫХ ТОЛЩ Российский патент 2021 года по МПК E21B49/00 G01N21/00 G01N25/00 G01N27/00 

Область техники

Изобретение относится к области исследований свойств пород нефтематеринских сланцевых толщ, а именно – концентрации урана, тория, калия, теплопроводности, температуропроводности, объемной теплоемкости, общего содержания органического углерода горных пород в нефтематеринских сланцевых толщах путем непрерывного профилирования этих свойств на керне.

Уровень техники

Из уровня техники известен способ профилирования концентрации урана, тория и калия для пород нефтематеринских сланцевых толщ, реализуемый, например, при помощи спектрального профильного гамма-регистратора (см. [1]). Способ основан на непрерывной регистрации энергии гамма-излучения, возникающего при распаде ядер естественно-радиоактивных элементов, для образцов пород, которые располагаются в одну линию на конвейерной платформе и перемещаются вместе с конвейерной платформой непрерывно с постоянной скоростью относительно блока детектора естественного гамма-излучения образцов пород (Фиг. 1). Пространственная разрешающая способность при определении концентрации урана, тория и калия составляет около 100 мм, так как каждый результат измерений характеризует интегральное значение концентрации урана, тория и калия для участка образца пород протяженностью около 100 мм вдоль направления движения образцов, обусловленное размером детектора гамма-излучения составляющим 101,6 мм согласно технической спецификации прибора (см. [1]).

Известный способ профилирования концентрации урана, тория и калия обладает следующими недостатками при изучении образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ:

1. Отсутствие возможности получения более детальных непрерывных профилей концентраций урана с пространственной разрешающей способностью около 1 мм.

2. Отсутствие возможности профилирования теплопроводности свойств образцов пород и основанного на профилировании теплопроводности профилирования общего содержания органического углерода, что могло бы расширить функциональные возможности способа профилирования концентрации урана, тория и калия за счет получения профиля общего содержания органического углерода вдоль набора образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, по результатам профилирования теплопроводности образцов пород и обеспечения за счет этого возможности реконструкции окислительно-восстановительных условий осадконакопления, определения генерационного потенциала нефтематеринских свит, выделения интервалов глубины разреза, соответствующих естественным коллекторам, выделения интервалов глубины разреза, перспективных для разработки с применением технологий стимуляции пласта.

3. Отсутствие возможности получения отношения концентрации урана к содержанию общего органического углерода, что обеспечивает возможность реконструкции окислительно-восстановительных условий осадконакопления, определения генерационного потенциала нефтематеринских свит, выделения интервалов глубины разреза, соответствующих естественным коллекторам, выделения интервалов глубины разреза, перспективных для разработки с применением технологий стимуляции пласта.

4. Отсутствие возможности профилирования температуропроводности и объемной теплоемкости образцов пород, что совместно с детализацией непрерывных профилей концентраций урана повышает обоснованность выбора участков образцов керна для формирования представительных коллекций образцов пород для последующих лабораторных исследований.

Известно также устройство для для профилирования свойств образцов пород, реализующее данный способ (см. [1]) (Фиг. 1). Известное устройство при определении концентрации урана, тория, калия в породах нефтематеринских сланцевых толщ обладает всеми теми же указанными выше недостатками 1-4. Кроме этого, известное устройство дополнительно обладает следующими недостатками:

1. Отсутствие возможности профилирования общего содержания органического углерода вдоль набора образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ.

2. Отсутствие возможности детальной регистрации отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода с пространственной разрешающей способностью около 1мм.

3. Отстутствие возможности одновременного профилирования концентрации урана, тория, калия и теплопроводности образцов пород на одном и том же наборе образцов пород, установленных на подвижной конвейерной платформе, что, во-первых, значительно повысило бы производительность измерений, во-вторых, исключило бы частичное или полное разрушение образцов слабоконсолидированных и/или трещиноватых пород при неоднократном укладывании образцов пород на конвейерной платформе и возвращении их в ящики, в которых образцы пород хранятся, и, в-третьих, исключило бы нарушение взаимного расположения образцов пород на платформе при разных видах профиилирования и нарушения взаимной привязки профилей урана, тория, калия с одной стороны и профилей теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости вдоль скважины с другой стороны.

4. Отстутствие возможности одновременного профилирования концентрации урана, тория, калия с одной стороны и теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости образцов пород с другой стороны на одном и том же наборе образцов пород, установленных на подвижной конвейерной платформе, не позволяет использовать комплекс данных о концентрации урана, тория, калия и теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости для обоснованного отбора образцов пород для формирования представительных коллекций образцов пород для последующих лабораторных исследований.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Схема способа и устройства для профилирования концентрации урана, тория и калия для пород нефтематеринских сланцевых толщ при помощи спектрального профильного гамма-регистратора, отражающая современный уровень техники.

1 – Конвейерная платформа, 2 – образцы пород, 3 – блок детектора гамма-излучения, 4 – направление движения конвейерной платформы.

Фиг. 2. Схема предлагаемого способа одновременного профилирования концентрации урана и теплопроводности образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ.

1 – Конвейерная платформа, 2 – образцы пород, 3 – блок детектора гамма-излучения, 4 – направление движения конвейерной платформы, 5 – блок оптического сканирования, 6 – образцовые меры тепловых свойств.

Фиг. 3. Схема предлагаемого устройства для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ.

1 – Конвейерная платформа, 2 – образцы пород, 3 – блок детектора гамма-излучения, 4 – направление движения конвейерной платформы, 5 – блок оптического сканирования, 6 – образцовые меры тепловых свойств, 7 – оптический источник тепловой энергии, 8 – инфракрасные датчики температуры, 9 – узлы крепления блока оптического сканирования к блоку детектора гамма-излучения, 10 – узел регулировки формы и размеров пятна нагрева, 11 – узел регулировки положения блока оптического сканирования, 12 – блок регулировки постоянной времени инфракрасных датчиков температуры, 13 – блок синхронизации, 14 – блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования, 15 – механическое средство связи узла регулировки положения блока оптического сканирования с блоком оптического сканирования, 16 – канал связи блока регулировки постоянной времени инфракрасных датчиков температуры с блоком оптического сканирования, 17 – канал связи блока синхронизации с блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования, 18 – канал связи блока обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования с блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования.

Фиг. 4. Пример результатов профилирования свойств пяти полноразмерных образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ: а - профили концентрации U урана (круглые маркеры), теплопроводности λ (кривая 1) и объемной теплоемкости С (кривая 2), б - профили общего содержания TOC органического углерода с пространственным разрешением 1 мм (черная кривая), 100 мм (квадратные маркеры) и значения ТОС, полученные в результате пиролиза (треугольные маркеры), в - профили отношения U/TOC, рассчитанные с использованием оригинальных (треугольные маркеры) и детализированных (черная кривая) данных о концентрации урана; интервалы глубин, отвечающие субвосстановительным условиям осадконакопления, закрашены серым цветом, а интервалы глубин, отвечающие субокислительным обстановкам осадконакопления, заштрихованы горизонтально, г – оригинальный (круглые маркеры) и детализированный (черная кривая) профиль концентрации U урана.

Фиг. 5. Пример результатов профилирования свойств пяти полноразмерных образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ: а – отношения концентраций тория и урана Th/U (маркеры 4), тория и калия Th/K (маркеры 5), урана и калия U/K (маркеры 6), б – дополнительная информация, необходимая для отбора образцов для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород: средние значения теплопроводности λ (кривая 1), объемной теплоемкости С (кривая 2) и концентрации U (кривая 3) урана выделенных участков длиной 6 см, а также их степень тепловой неоднородности β; все средние значения показаны на глубинах, соответствующих середине участка с размерами, достаточными для отбора 6 см образца.

Сущность изобретения

Задачей заявленного изобретения является устранение указанных недостатков прототипа.

Техническим результатом заявленного изобретения является расширение возможности профилирования различных физических свойств пород сланцевых толщ возможности осуществления профилирования теплопроводности, температуропроводности, объемной теплоемкости, общего содержания органического углерода, отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода с пространственной разрешающей способностью около 1 мм вдоль набора образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ. Техническим результатом также является повышение производительности измерений за счет исключения необходимости неоднократного укладывания образцов пород на конвейерной платформе и возвращения их в ящики, в которых образцы пород хранятся, повышение сохранности керна за счет исключения частичного или полного разрушения образцов слабоконсолидированных и/или трещиноватых пород при неоднократном укладывании образцов пород на конвейерной платформе и возвращении их в ящики, в которых образцы пород хранятся, а также повышение точности привязки профилей урана, тория, калия с одной стороны и профилей теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости вдоль скважины с другой стороны к керну и, как следствие, точности увязки профилей между собой за счет исключения нарушения взаимного расположения образцов пород на платформе при разных видах профилирования.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счёт того, что осуществляют профилирование концентрации урана на образцах пород нефтематеринских сланцевых толщ, расположенных в один ряд на конвейерной платформе, движущейся с постоянной скоростью, в направлении ее движения, кроме того, с целью получения дополнительной информации о свойствах пород нефтематеринских сланцевых толщ, расширяют число профилируемых свойств пород, для чего дополнительно к профилированию концентрации урана в течение того же процесса движения конвейерной платформы осуществляют профилирование теплопроводности пород вдоль того же набора образцов пород, затем по результатам профилирования теплопроводности пород определяют профиль общего содержания органического углерода вдоль набора образцов пород, после этого при помощи полученных профилей концентраций урана и общего содержания органического углерода определяют профиль отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода вдоль набора образцов пород, затем при помощи полученного профиля отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода вдоль набора образцов пород осуществляют реконструкцию окислительно-восстановительных условий осадконакопления.

Технический результат достигается также за счет того, что при помощи полученных профилей концентрации урана и теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ устанавливают взаимосвязь между концентрацией урана и теплопроводностью пород и при помощи установленной взаимосвязи между концентрацией урана и теплопроводностью пород, а также при помощи профиля теплопроводности пород осуществляют детализацию профиля концентрации урана с пространственной разрешающей способностью, равной пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности.

Также технический результат достигается за счет того, что заранее задают пространственную разрешающую способность и глубину теплофизического зондирования для профилирования теплопроводности, после чего устанавливают скорость профилирования концентрации урана и теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ, а также расположение источника тепла и датчиков температуры относительно друг друга таким образом, чтобы обеспечить задаваемые заранее разрешающую способность и глубину теплофизического зондирования для профилирования теплопроводности.

Технический результат достигается также за счет того, что заранее задают допустимую максимальную температуру нагрева образцов пород, с учетом которой для применяемой скорости профилирования концентрации урана и теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ устанавливают мощность источника тепла, форму и размеры пятна нагрева, а также расстояние между областью регистрации температуры на поверхности образцов пород и образцовых мер и пятном нагрева на поверхности образцов пород и образцовых мер таким образом, чтобы температура нагрева образцов пород не превышала допустимую температуру нагрева пород, а погрешность измерений теплопроводности не превышала заранее задаваемого значения.

Технический результат достигается также за счет того, что при установке образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ на конвейерную платформу между соседними образцами пород и образцовыми мерами устанавливают теплоизолирующие прокладки, при этом контролируют толщину теплоизолирующих прокладок, которую учитывают при обработке результатов профилирования концернтрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости образцов пород.

Также технический результат достигается за счет того, что при помощи результатов профилирования концентрации урана и общего содержания органического углерода дополнительно определяют генерационный потенциал пород нефтематеринских сланцевых толщ.

Технический результат достигается также за счет того, что при помощи результатов профилирования концентрации урана и теплопроводности и реконструкции окислительно-восстановительных условий осадконакопления пород нефтематеринских сланцевых толщ дополнительно осуществляют выделение интервалов, соответствующих естественным коллекторам и участкам разреза, перспективным для разработки с применением технологий стимуляции пласта.

Также технический результат достигается за счет того, что дополнительно осуществляют профилирование концентраций тория и калия, после чего при помощи результатов профилирования концентраций урана, тория и калия и результатов профилирования теплопроводности осуществляют расчленение разреза по регистрируемым свойствам пород нефтематеринских сланцевых толщ.

Технический результат достигается также за счет того, что дополнительно осуществляют профилирование температуропроводности и объемной теплоемкости пород нефтематеринских сланцевых толщ, для чего на конвейерной платформе вместе с образцами пород размещают две или более образцовых меры с известными теплопроводностью, температуропроводностью и объемной теплоемкостью, и при помощи результатов профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, а также общего содержания органического углерода осуществляют выбор образцов пород и участков выбранных образцов пород в интервалах глубин, отвечающих разным окислительно-восстановительным условиям осадконакопления, для изготовления дополнительных образцов пород заранее заданного размера для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также за счёт того, что предложенный способ реализуется при помощи предложенного устройства для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, которое включает в себя блок детектора гамма-излучения, обеспечивающего возможность регистрировать концентрацию урана, конвейерную платформу для размещения в один ряд набора образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, перемещающуюся с постоянной скоростью относительно блока детектора гамма-излучения, при этом дополнительно для профилирования теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ в устройстве выполнен блок оптического сканирования, при этом блок оптического сканирования закреплен на блоке детектора гамма-излучения при помощи узла крепления, и включает в себя блок питания, источник тепловой энергии, выполненный с возможностью регулировки мощности источника тепла в пятне нагрева на поверхности образцов пород и образцовых мер, формируемом источником тепла, два датчика температуры, регистрирующие температуру по линии нагрева образцов пород и образцовых мер на участках до и после пятна нагрева, выполненные с возможностью регулировки положения участков регистрации температуры на поверхности образцов пород и образцовых мер относительно друг друга и относительно пятна нагрева, кроме этого блок оптического сканирования включает узел регулировки формы и размеров пятна нагрева образцов пород, а также узел регулировки положения блока оптического сканирования относительно набора образцов пород в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений, ориентированных как вдоль направления движения конвейерной платформы, так и поперек него, помимо этого устройство включает в себя блок регулировки постоянной времени датчиков температуры, блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования, блок синхронизации, при этом блок синхронизации выполнен с возможностью синхронизации включения движения конвейерной платформы, блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования, а также с возможностью регулировки скорости перемещения конвейерной платформы с образцами пород одновременно относительно блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования, а блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования выполнен с возможностью обработки результатов профилирования концентрации урана, поступающих с блока детектора гамма-излучения, результатов профилирования теплопроводности, поступающих с блока оптического сканирования, и преобразования результатов профилирования теплопроводности в профили общего содержания органического углерода вдоль набора образцов пород, реконструкции окислительно-восстановительных условий осадконакопления по результатам совокупности измерений, выполненных блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования, при этом блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования выполнен с возможностью учета того, что профилирование одних и тех же образцов пород, расположенных на одной подвижной конвейерной платформе, осуществляется блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования со сдвигом по времени.

Технический результат достигается также за счет того, что обеспечивается возможность закрепления блока оптического сканирования как перед детектором гамма-излучения, так и позади детектора гамма-излучения по ходу движения конвейерной платформы с набором образцов пород и образцовых мер.

Технический результат достигается также за счет того, что блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования выполнен с возможностью определения генерационного потенциала пород нефтематеринских сланцевых толщ по результатам совокупности измерений, выполненных блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования.

Технический результат достигается также за счет того, что блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования выполнен с возможностью выделения естественных коллекторов и интервалов разреза, перспективных для разработки с применением технологий стимуляции пласта, по результатам совокупности измерений, выполненных блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования.

Технический результат достигается также за счет того, что блок детектора гамма-излучения дополнительно обеспечивает возможность регистрации концентраций тория и калия, а блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования дополнительно обеспечивает возможность обработки результатов профилирования концентрации тория и калия, поступающих с блока детектора гамма-излучения, и обеспечивает возможность расчленения разреза по регистрируемым свойствам пород нефтематеринских сланцевых толщ по результатам совокупности измерений, выполненных блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования.

Технический результат достигается также за счет того, что блок оптического сканирования выполнен с дополнительной возможностью профилирования температуропроводности и объемной теплоемкости, для чего в этом блоке размещают третий датчик температуры, который регистрирует профиль температуры нагрева образцов пород и образцовых мер в стороне от линии нагрева образцов пород и образцовых мер, на конвейерной платформе в одну линию с образцами пород размещены как минимум две образцовые меры с известными теплопроводностью и объемной теплоемкостью, а блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования выполнен с возможностью установления образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, из числа изученных путем профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, достаточного размера для изготовления из установленных изученных образцов пород дополнительных образцов пород заранее заданного размера, отбираемых для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород, по результатам профилирования теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, а также с возможностью последующего установления участков достаточного размера в пределах установленных образцов пород по результатам профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, степени тепловой неоднородности и общего содержания органического углерода для изготовления дополнительных образцов пород заранее заданного размера, отбираемых для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород.

Осуществление изобретения

В соответствии с предложенным способом осуществляют профилирование концентрации урана на образцах (2) пород нефтематеринских сланцевых толщ, которые предварительно располагают в один ряд на конвейерной платформе (1), которая затем приводится в движение с постоянной скоростью для профилирования свойств образов пород. Образцы (2) располагают на конвейерной платформе (1) в направлении ее последующего движения. В современном уровне техники это может быть осуществлено, например, при помощи профильного спектрального гамма-регистратора производства Core Lab Instruments (поставщик в Росии ООО «Неолаб», sales@neolabllc.ru, URL: https://www.neolabllc.ru/printpdf/node/134 (дата обращения: 18.10.2020)). Блок (3) детектора гамма-излучения, защищенный от фонового излучения свинцовым экраном, регистрирует электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергии заряженных частиц от расположенных напротив блока детектора (3) образцов (2) на конвейерной платформе (1). Зарегистрированное распределение по амплитуде электрических импульсов (спектр) раскладывается на три составляющие – урановую, ториевую и калиевую - с использованием опорных/калибровочных спектров, полученных при измерениях на образцовых мерах c известными концентрациями урана, тория и калия, приводя к системе уравнений с неизвестными коэффициентами – массовыми концентрациями урана, тория и калия - для каждого участка образцов пород вдоль линии профилирования с заранее заданной величиной дискретизации (на практике обычно выбирают величину дискретизации равную 100 мм). Массовая концентрация урана определяется в результате решения полученной системы уравнений для каждого участка образцов пород вдоль линии профилирования. Пространственная разрешающая способность профилирования концентрации урана составляет около 100 мм (см. [1]), скорость движения платформы (1) может быть выбрана до 14 мм/с. Дополнительно к профилированию концентрации урана в течение того же процесса движения конвейерной платформы (1) осуществляют профилирование теплопроводности образцов (2) пород вдоль того же набора образцов (2) пород, расположенных на конвейерной платформе (1), что на современном уровне техники при такой же скорости движения образцов пород на конвейерной платформе (1) может быть осуществлено методом оптического сканирования и с помощью блоком оптического сканирования (см. [2]). Метод оптического сканирования с использованием блока (5) оптического сканирования заключается в нагреве изучаемых образцов пород концентрированным источником тепловой энергии, например, лучом лазера или излучением электролампы с отражателем, фокусирующим излучение в пятно нагрева на поверхности образцов (2) пород. При использовании одной или двух образцовых мер (6) теплопроводности, которые размещают на конвейерной платформе (1) последовательно вдоль направления (4) движения конвейерной платформы (1) вместе с образцами (2) пород, движущимся пятном нагрева нагревают также образцовые меры (6) теплопроводности. Пятно нагрева перемещают по поверхности образцов (2) пород и образцовых мер (6) с постоянной скоростью. Избыточную температуру нагрева образцов (2) пород и образцовых мер регистрируют при помощи двух бесконтактных датчиков (8) температуры, например, инфракрасных радиометров. Поле зрения одного из инфракрасных радиометров располагают на поверхности образцов (2) пород и образцовых мер (6) впереди пятна нагрева для регистрации начальной температуры образцов (2) пород и образцовых мер (6) теплопроводности перед их нагревом пятном нагрева. Поле зрения второго инфракрасного радиометра располагают на поверхности образцов пород (2) и образцовых мер (6) на линии нагрева позади пятна нагрева для регистрации температуры образцов пород (2) и образцовых мер (6) теплопроводности после их нагрева пятном нагрева. Для каждого образца (2) пород теплопроводность на каждом участке образца породы при использовании, например, двух образцовых мер (6) теплопроводности, определяют по соотношению (см. [2])

(1)

где λ_R1 и λ_R2 – теплопроводность соответственно первой и второй образцовых мер теплопроводности, T_{1 –} начальная температура образца породы, T₂ – температура участка поверхности образца породы после его нагрева пятном нагрева, T_1R1 - начальная температура первой образцовой меры теплопроводности R1, T_1R2 – начальная температура второй образцовой меры теплопроводности R2, T_2R1 - температура поверхности первой образцовой меры теплопроводности R1 после ее нагрева пятном нагрева, T_2R2 – температура поверхности второй образцовой меры теплопроводности R2 после ее нагрева пятном нагрева.

Для осуществления профилирования образцов пород размещают блок (5) оптического сканирования, включающий в себя концентрированный оптический источник (7) тепловой энергии и бесконтактные инфракрасные датчики (8) температуры, регистрирующие распределение температуры, вдоль образцов (2) пород при их нагреве концентрированным оптическим источником (7) тепловой энергии, на профильном спектральном гамма-регистраторе неподвижно относительно блока (3) детектора гамма-излучения так, чтобы профилирование теплопроводности осуществлялось вдоль тех же образцов (2) пород, которые расположены на конвейерной платформе (1), вдоль той же линии профилирования, что и для концентрации урана, во время того же процесса движения платформы (1), при котором осуществляется профилирование концентрации урана (Фиг. 2). Профилирование теплопроводности может осуществляться как без установки на конвейерную платформу (1) образцовых мер (6) теплопроводности (см. [3]), так и с установкой на конвейерную платформу (1) одной или более образцовых мер (6) теплопроводности (см. [2, 3]) (Фиг. 2). Пространственная разрешающая способность, характеризующая детальность профилирования теплопроводности неоднородных образцов пород, может составлять от 0,2 мм и более (см. [2], см. также [4]). Далее по результатам профилирования теплопроводности пород определяют с такой же пространственной разрешающей способностью, что и для профилирования теплопроводности, профиль общего содержания органического углерода вдоль того же набора образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, что осуществляется путем преобразования профиля теплопроводности в профиль общего содержания органического углерода одним из вариантов способа, описанного в (см. [5]). Преобразование профиля теплопроводности в профиль общего содержания органического углерода осуществляют, например, следующим образом. По результатам регистрации непрерывного распределения теплопроводности вдоль образцов пород проводят отбор коллекции проб вдоль линии регистрации непрерывного распределения теплопроводности из части образцов пород для определений общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза таким образом, чтобы теплопроводность для образцов отобранной коллекции проб равномерно охватывала весь диапазон своих вариаций для изучаемого интервала глубин скважины. После этого для образцов отобранной коллекции проб проводят определения общего содержания органического вещества при помощи метода пиролиза. Далее определяют теплопроводность для образцов отобранной коллекции проб по данным о непрерывном распределении теплопроводности вдоль всех образцов пород. Затем определяют теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи. Далее по данным о теплопроводности для образцов отобранной коллекции проб, результатам определения общего содержания органического вещества для образцов отобранной коллекции проб, данным о теплопроводности минеральной матрицы пород и при помощи уравнения связи, взятого, например, в виде (см. [5]),

λ_изм = λ_матр·e^-k·С_орг (2)

где λ_изм – измеренная компонента теплопроводности вдоль напластования пород, λ_матр - теплопроводность минеральной матрицы пород сланцевой толщи, k – коэффициент связи, С_орг – общее содержание органического вещества, устанавливают коэффициент связи, характерной для всех образцов пород сланцевой толщи. После этого по данным о непрерывном распределении теплопроводности вдоль образцов пород, измеренной теплопроводности минеральной матрицы пород, установленном коэффициенте связи между теплопроводностью пород и общим содержанием органического вещества пород определяют непрерывное распределение общего содержания органического вещества вдоль образцов пород при помощи соотношения, следующего из уравнения (2) (см. [5]):

, (3)

где λ_изм – измеренная теплопроводность пород, λ_матр - теплопроводность минеральной матрицы пород, k – коэффициент связи, С_орг – общее содержание органического вещества.

После этого приводят профиль общего содержания органического углерода к пространственной разрешающей способности, характеризующей детальность профилирования концентрации урана, путем, например, усреднения значений профиля теплопроводности в окне размером 100 мм с центром в участках пород на которых зарегистрирована концентрация урана. Затем вычисляют отношение U/TOC концентрации урана U и общего содержания органического углерода TOC, приведенного к пространственной разрешающей способности, характеризующей детальность профилирования концентрации урана, вдоль набора образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ. Окислительно-восстановительные условия осадконакопления определяют путем сопоставления заранее заданных граничных значений - U/TOC_lim и U/TOC_max - и значений U/TOC полученного профиля отношения концентрации урана к значениям общего содержания органического углерода: при U/TOC < U/TOC_min условия субокислительные, при U/TOC_min < U/TOC < U/TOC_max условия субвосстановительные, при U/TOC_max < U/TOC условия восстановительные (см. [6]). При этом граничные значения U/TOC_min и U/TOC_max определяют, например, с использованием опубликованных результатов исследований (см. [6]). В сланцевых толщах не встречаются интервалы с окислительными условиями осадконакопления, поэтому используют лишь два граничных значения, а не три.

Для определения окислительно-восстановительных условий, помимо анализа отношения U/TOC можно использовать совместный анализ распределения U и TOC по разрезу, например, с использованием точечной диаграммы (где по одной оси - концентрация урана, по другой – общее содержание органического углерода и приведены прямые, отвечающие граничным значениям U/TOC_min и U/TOC_max). Такой подход удобен при неравномерном распределении U и TOC по разрезу а также в случаях, когда содержание урана и органического углерода в горных породах нефтематеринских сланцевых толщ мало (например, в отдельных карбонатных интервалах баженовской свиты, в аномальном разрезе баженовской свиты, в случае сильной неоднородности свойств пород доманиковой формации, и т.п.). Совместный анализ ТОС и U позволяет также выделить интервалы глубин, в которых наблюдается значимая связь «TOC-U», что можно использовать для оценки содержания общего содержания органического углерода по данным гамма-каротажа в границах интервалов, характеризующихся близкими геохимическими, гидродинамическими и др. условиями (см. [7]). Кроме того, совместный анализ ТОС и U позволяет также выделить интервалы глубин, в которых связь «TOC-U» нарушается, что может быть связано, например, с наличием фосфатных отложений различного генезиса или с присутствием интервалов, подвергшихся воздействию гидротермальных флюидов (см. [7]). Соотношение U и TOC “можно использовать в качестве геохимического индикатора для оценки степени преобразования керогена” (см. [8]).

Для реализации способа профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ предложено дополнительно профиль концентрации урана, регистрируемого в прототипе с пространственной разрешающей способностью около 100 мм, детализировать до профиля концентрации урана с пространственной разрешающей способностью, равной пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности, путем, например, регресионного анализа. Для этого сначала приводят профиль теплопроводности к пространственной разрешающей способности, характеризующей детальность профилирования концентрации урана, путем, например, усреднения значений профиля теплопроводности в окне размером 100 мм с центром в участках пород на которых зарегистрирована концентрация урана. Затем на основе функции, раскрывающей взаимосвязь между концентрацией урана и теплопроводностью пород нефтематеринских сланцевых толщ, приведенной к пространственной разрешающей способности, определяют детальность профилирования концентрации урана (см. [9]):

U=f(λ_U), (4)

где U - концентрация урана, регистрируемая при помощи профильного спектрального гамма-регистратора,

λ_U - теплопроводность пород нефтематеринских сланцевых толщ, зарегистрированная прибором оптического сканирования и приведенная к пространственной разрешающей способности, характеризующей детальность профилирования концентрации урана. После чего при помощи установленной взаимосвязи между концентрацией урана и теплопроводностью пород, а также при помощи профиля теплопроводности пород с пространственной разрешающей способностью от 0,2 мм осуществляют детализацию профиля концентрации урана с пространственной разрешающей способностью, равной пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности, осуществляя расчет на основе зависимости в виде функции:

U_λ=f(λ), (5)

где U_λ - концентрация урана с пространственной разрешающей способностью, равной пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности,

λ - теплопроводность пород нефтематеринских сланцевых толщ, зарегистрированная блоком оптического сканирования.

Для реализации способа предложено дополнительно заранее задавать пространственную разрешающую способность и глубину теплофизического зондирования для профилирования теплопроводности. Это осуществляется для задания требуемого объема породы вдоль линии профилирования теплопроводности, вовлекаемого в процесс нагрева образцов пород при профилировании теплопроводности и характеризуемого результатами измерений теплопроводности при ее профилировании, т.е. для задания необходимой детальности профилирования теплопроводности. Пространственная разрешающая способность профилирования теплопроводности однозначно определяет пространственную разрешающую способность профилирования общего содержания органического углерода и, при реализации способа, однозначно определяет и пространственную разрешающую способность профилирования концентрации урана и отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода. Вместе с тем пространственная разрешающая способность профилирования теплопроводности методом оптического сканирования связана с глубиной теплофизического зондирования при профилировании теплопроводности и оба этих параметра зависят от скорости профилирования теплопроводности и расстояния между пятном нагрева образцов (2) пород и полем зрения инфракрасного датчика (8) температуры, расположенного позади пятна нагрева по ходу движения пятна нагрева и поля зрения относительно образцов пород (см. [2, 4]). Повышение детальности результатов профилирования теплопроводности соответствует повышению пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности неоднородных образцов пород и уменьшению глубины теплофизического зондирования, т.е уменьшению толщины слоя образцов (2) пород, вовлеченного в процесс нагрева образцов пород и измерений теплопроводности и профилирования теплопроводности образцов пород. Например, пространственная разрешающая способность при профилировании теплопроводности методом оптического сканирования может достигать 0,2 мм, при этом расстояние между пятном нагрева образцов (2) пород и полем зрения инфракрасного датчика (8) температуры, расположенного позади пятна нагрева, должно составлять 5 мм при скорости профилирования 5 мм/с, при этом глубина теплофизического зондирования составляет около 5 мм. Увеличение расстояния между пятном нагрева образцов (2) пород и полем зрения инфракрасного датчика температуры до 50 мм при той же скорости профилирования теплопроводности приводит к ухудшению пространственной разрешающей способности до 1 мм и увеличению глубины теплофизического зондирования до 15 мм (см. [2, 4]). В зависимости от длины образцов (2) пород и образцовых мер (6) и в связи с необходимой пространственной разрешающей способностью профилирования теплопроводности устанавливают также расстояние между пятном нагрева и полем зрения инфракрасного датчика (8) температуры, следующего впереди пятна нагрева в направлении профилирования. Дальнейшее увеличение расстояния между пятном нагрева образцов (2) пород и полем зрения инфракрасного датчика (8) температуры и/или уменьшение скорости приводит к дальнейшему ухудшению пространственной разрешающей способности при профилировании телпопроводности. Чтобы обеспечить задаваемые заранее разрешающую способность и глубину теплофизического зондирования для профилирования теплопроводности, заранее путем вычислений или на основе эксперимента устанавливают необходимую скорость профилирования концентрации урана и теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ, расстояние между пятном нагрева образцов (2) пород и полем зрения инфракрасного датчика (8) температуры позади пятна нагрева, а также расстояние между пятном нагрева образцов (2) пород и полем зрения инфракрасного датчика (8) температуры впереди пятна нагрева. Поскольку профилирование концентрации урана и теплопроводности осуществляется одновременно для образцов (2) пород, расположенных на одной и той же конвейерной платформе (1), установленная скорость профилирования теплопроводности равна скорости профилирования концентрации урана. Повышение детализации результатов профилирования теплопроводности приводит к повышению детальности профилирования общего содержания органического углерода, а также к повышению детальности результатов профилирования концентрации урана в образцах (2) пород и к повышению детальности результатов профилирования отношения концентрации урана к общему содержанию углерода, так как повышение детальности результатов профилирования концентрации урана осуществляют на основе корреляционной связи между теплопроводностью пород и концентрацией урана с использованием установленного уравнения регрессии, связывающего теплопроводность и концентрацию урана (см. [9]).

Для реализации способа предложено дополнительно заранее задавать допустимую максимальную температуру нагрева образцов (2) пород, которая не должна превышать известную заранее температуру, при которой возможно начало изменений органического веществ, для того, чтобы не допустить перегрева образцов (2) пород нефтематеринских сланцевых толщ, который может привести к недопустимым изменениям органического вещества в образцах пород. Далее, выбирают скорость профилирования концентрации урана и теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ в диапазоне 1-10 мм/с и для выбранной скорости профилирования расчетным или экспериментальным путем устанавливают такую мощность источника тепла из диапазона 0,2-3 Вт и такие форму и размеры пятна нагрева с его протяженностью в диапазоне 2…100 мм в направлении движения конвейерной платформы, а также такое расстояние между областью регистрации температуры на поверхности образцов (2) пород и образцовых мер (6) и пятном нагрева на поверхности образцов (2) пород и образцовых мер (6) из диапазона 5-200 мм, чтобы температура нагрева образцов (2) пород не превышала допустимую максимальную температуру нагрева пород и, в то же время, чтобы температура нагрева была бы достаточной для того, чтобы погрешность измерений теплопроводности не превышала заранее задаваемое ее значение в диапазоне 1-5%.

Для реализации предложенного способа профилирования свойств образцов (2) пород нефтематеринских сланцевых толщ предложено дополнительно при установке образцов (2) пород нефтематеринских сланцевых толщ на конвейерную платформу (1) между соседними образцами (2) пород устанавливать теплоизолирующие прокладки, которые позволяют избежать нагрева боковых поверхностей образцов (2) пород излучением оптического источника тепла. Нагрев боковых поверхностей образцов пород излучением оптического источника тепла нарушает требуемый режим нагрева расположенных в один ряд поверхностей образцов пород сосредоточенным источником тепла (см. [2]) и создает искусственное повышение температуры на участках образцов пород, близких к краям образцов пород. В результате на этих участках образцов пород становится невозможным корректное измерений теплопроводности. Протяженность таких участков образцов пород, на которых становится невозможным корректное измерений теплопроводности, может составлять 5-10 мм. Это приводит к тому, что нарушается соответствие непрерывного профиля концентрации урана и профиля теплопроводности, а это, в свою очередь, приводит к невозможности решения поставленной задачи на определенной длине изучаемого интервала глубин горного массива. Для исключения влияния участков профиля температуры, соответствующих устанавливаемым теплозащитным прокладкам, контролируют толщину теплоизолирующих прокладок. В связи с этим заранее перед профилированием измеряют толщину теплоизолирующих прокладок. Далее, учитывают толщину теплоизолирующих прокладок при обработке результатов профилирования теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости образцов пород путем исключения участков профилей концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости образцов пород, соответствующих теплоизолирущим прокладкам, из общих профилей, которые получают при непрерывном профилировании концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости всего набора образцов пород и образцовых мер, устанавливаемых на конвейерной платформе.

Для реализации способа предложено дополнительно при помощи результатов профилирования концентрации урана и общего содержания органического углерода определять генерационный потенциал пород нефтематеринских сланцевых толщ. Для этого сначала приводят профиль общего содержания органического углерода, полученный путем преобразования профиля теплопроводности одним из вариантов способа, описанного в [5], к пространственной разрешающей способности, характеризующей детальность профилирования концентрации урана, путем, например, усреднения значений профиля общего содержания органического углерода в окне заранее заданного размера с центром в участках пород, на которых зарегистрирована концентрация урана. Размер окна выбирают равным пространственной разрешающей способности регистрации концентрации урана. Затем сопоставляют значения концентрации урана с общим содержанием органического углерода (см. [10]). Сопоставление осуществляют визуально, сравнивая локальное изменение концентрации урана при изменении общего содержания органического углерода, с общей тенденцией изменения концентрации U урана при изменении общего содержания TOC органического углерода, характерной для рассматриваемых пород нефтематеринских сланцевых толщ, и выделяя интервалы, где локальное изменение концентрации урана при изменении общего содержания органического углерода отличается от общей тенденции изменения U при изменении TOC. Сопоставление может быть выполнено другими способами, например, при помощи корреляционного анализа, где устанавливают уравнение регрессии «U – TOC», рассчитывают доверительный интервал для отдельных пар значений (U, TOC) и выделяют такие интегралы глубин, для которых значения концентрации урана и общего содержания органического углерода не попадают в доверительный интервал. Выделенные таким образом интервалы глубин исключают из рассмотрения в связи с тем, что нарушение общей тенденции изменения U при изменении TOC свидетельствует о перемещении (оттоке или притоке) углеводородов внутри сланцевой толщи. После этого для определения генерационного потенциала любого из оставшихся интервалов нефтематеринской сланцевой толщи рассчитывают среднее значение TOC_avg общего содержания органического углерода для данного интервала. Для определения генерационного потенциала всех оставшихся интервалов нефтематеринской сланцевой толщи в целом рассчитывают среднее значение TOC_avg общего содержания органического углерода для всех оставшихся интервалов нефтематеринской сланцевой толщи в целом. Затем определяют принадлежность установленного TOC_avg к одной из четырех групп согласно, например, градации Тиссо и Вельте (см. [11]) – бедный генерационный потенциал при TOC_avg ≤ 1 %, средний генерационный потенциал при 1 % < TOC_avg ≤ 2 %, высокий генерационный потенциал при 2 % < TOC_avg ≤ 4 % и превосходный генерационный потенциал при TOC_avg ≥ 4 %.

Для реализации предложенного способа профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ предложено дополнительно при помощи результатов профилирования концентрации урана и теплопроводности и реконструкции окислительно-восстановительных условий осадконакопления пород нефтематеринских сланцевых толщ осуществлять выделение интервалов, соответствующих естественным коллекторам и участкам разреза, перспективным для разработки с применением технологий стимуляции пласта. Для выделения потенциальных естественных коллекторов анализируют абсолютные значения концентрации урана и общего содержания органического углерода и окислительно–восстановительные условия, определенные по отношению концентрации урана к общему содержанию органического углерода, и выделяют в интервалах, отвечающих субокислительным обстановкам осадконакопления, интервалы со значениями концентрации урана меньше заранее заданного граничного значения концентрации урана и со значениями общего содержания органического углерода меньше заранее заданного граничного значения общего содержания органического углерода. Для выделения участков разреза, перспективных для разработки с применением стимуляции пласта, выбирают интервалы с субвосстановительными и восстановительными условиями осадконакопления, устанавливают в выбранных интервалах взаимосвязь между результатами профилирования концентрации урана и общего содержания органического углерода при помощи, например, корреляционного анализа. После этого в выбранных интервалах с субвосстановительными и восстановительными условиями осадконакопления выделяют интервалы, в которых нарушается положительная корреляция результатов профилирования концентрации урана и общего содержания органического углерода.

Для реализации предложенного способа профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ предложено дополнительно осуществлять профилирование концентраций тория и калия. Для этого зарегистрированное блоком (3) детектора гамма-излучения распределение по амплитуде электрических импульсов (спектр) раскладывается на три составляющие – урановую, ториевую и калиевую - с использованием опорных/калибровочных спектров, полученных при измерениях на образцовых мерах c известными концентрациями урана, тория и калия, приводя к системе уравнений с неизвестными коэффициентами – массовыми концентрациями урана, тория и калия - для каждого участка образцов пород вдоль линии профилирования с заранее заданной величиной дискретизации (на практике обычно выбирают величину дискретизации равную 100 мм). Массовая концентрация тория и калия определяется в результате решения полученной системы уравнений для каждого участка образцов пород вдоль линии профилирования. Затем при помощи результатов профилирования концентраций урана, тория и калия и результатов профилирования теплопроводности осуществляют расчленение разреза по регистрируемым свойствам пород нефтематеринских сланцевых толщ, определяя границы интервалов глубин (подошву и кровлю) пластов с различными условиями седиментации - фоновой (нефелоидной) или гидродинамической морской седиментации. Для этого по результатам анализа профилей отношений Th/U, U/K, Th/K, расчитанных на основе результатов профилирования концентраций урана U, тория Th и калия K выделяют участки преобладания того или иного элемента и по профилям отношений Th/U, U/K, Th/K, производят расчленение разреза (выделение подошвы и кровли пластов) на интервалы с повышенным и пониженным содержанием глинистых минералов согласно подходу Фертла (см. [10]) с граничными значениями, принятыми по Фертлу, если для рассматриваемого разреза информация по граничным значениям отсутствует, либо с граничными значениями, скорректированными по имеющимся результатам исследований для рассматриваемого района работ (см. [12]). Установленные таким образом интервалы сопоставляют с интервалами, характеризующимися различными окислительно-восстановительными условиями осадконакопления, определенными по результатам профилирования концентраций урана и общего содержания органического углерода, полученного посредством преобразования профиля теплопроводности в профиль общего содержания органического углерода одним из вариантов способа, описанного в [5] (т.е. сравнивают глубины кровли и подошвы установленных интервалов с глубинами кровли и подошвы интервалов, характеризующихся различными окислительно-восстановительными условиями осадконакопления, и определяют наличие или отсутствие пересечений или совпадений интервалов). Для выделения интервалов глубин, образованных при фоновой морской седиментации, выбирают интервалы с субвосстановительными условиями осадконакопления и повышенными значениями концентраций глинистых минералов. Для выделения интервалов глубин, образованных при гидродинамической морской седиментации, выбирают интервалы с субокислительными и окислительными условиями осадконакопления и пониженными концентрациями урана.

Для реализации предложенного способа профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ предложено дополнительно осуществлять профилирование температуропроводности и объемной теплоемкости пород нефтематеринских сланцевых толщ. Результаты измерения температуропроводности при полученных данных о теплопроводности дают возможность определить объемную теплоемкость из известного соотношения

С=λ/а, (6)

где С – объемная теплоемкость, λ - теплопроводность, а – температуропроводность.

Для обеспечения возможности профилирования температуропроводности на конвейерной платформе (1) вместе с образцами (2) пород размещают две или более образцовых меры (6) с известными теплопроводностью, температуропроводностью и объемной теплоемкостью (Фиг. 2). Дополнительным, третьим, датчиком температуры осуществляют регистрацию температуры нагрева на поверхности образцов (2) пород и образцовых мер (6) позади пятна нагрева в стороне от линии нагрева на расстоянии в диапазоне 2…15 мм от линии нагрева (см. [4]). Определение температуропроводности по результатам регистрации начальной температуры образцов (2) пород и образцовых мер (6) и температуры нагретой поверхности образцов (2) пород и образцовых мер (6) позади пятна нагрева в стороне от линии нагрева третьим датчиком температуры датчиком температуры осуществляют при помощи соотношения (см. [2])

где а_R1 и а_R2 – температуропроводность соответственно первой и второй образцовых мер теплопроводности, T_{1 –} начальная температура образца породы, T₃ – температура участка поверхности образца породы позади пятна нагрева в стороне от линии нагрева, T_1R1 - начальная температура первой образцовой меры теплопроводности R1, T_1R2 – начальная температура второй образцовой меры теплопроводности R2, T_3R1 - температура поверхности первой образцовой меры тепловых свойств R1 позади пятна нагрева в стороне от линии нагрева, T_3R2 – температура поверхности второй образцовой меры тепловых свойств R2 позади пятна нагрева в стороне от линии нагрева, λ - теплопроводность участка образца породы, измеренная при помощи соотношения (1).

Для каждого участка образцов пород по результатам профилирования теплопроводности и температуропроводности определяют объемную теплоемкость при помощи соотношения (6) и получают таким образом профиль объемной теплоемкости для образцов пород.

Далее при помощи результатов профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, а также общего содержания органического углерода осуществляют выбор образцов (2) пород и участков выбранных образцов (2) пород в интервалах глубин, отвечающих разным условиям осадконакопления. Для этого задаются размером образцов (2), планируемых к отбору для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований, характерным для направления движения конвейерной платформы. Затем по длинам профилей теплопроводности, или температуропроводности, или объемной теплоемкости выделяют интервалы глубин, содержащие участки образцов (2) пород с зарегистрированным на этих участках непрерывным (т.е. с установленным шагом дискретизации без разрывов) профилем теплопроводности, или температуропроводности, или объемной теплоемкости длиной не менее заданного размера. Для каждого выделенного интервала глубин вычисляют степень β тепловой неоднородности, например, рассчитывая коэффициент тепловой неоднородности по профилю теплопроводности с использованием соотношения (см. [2], см. [13])

β=(λ_max-λ_min)/λ_avg,

где λ_max, λ_min, λ_avg – соответственно максимальное, минимальное и среднее значения теплопроводности заданного размера участка образца для профиля теплопроводности вдоль линии сканирования. Вычисляют средние значения теплопроводности, объемной теплоемкости и общего содержания органического углерода путем усреднения значений профилей теплопроводности, объемной теплоемкости и общего содержания органического углерода в выделенных интервалах глубин, а также определяют окислительно-восстановительные условия осадконакопления по отношению U/TOC концентрации U урана к общему содержанию TOC органического углерода. Определение окислительно-восстановительных условий осадконакопления осуществляют путем сопоставления заранее заданных граничных значений - U/TOC_lim и U/TOC_max - и значений U/TOC: при U/TOC < U/TOC_min условия субокислительные, при U/TOC_min < U/TOC < U/TOC_max условия субвосстановительные, при U/TOC_max < U/TOC условия восстановительные (см. [6]). После чего по наименьшим значениям степени β тепловой неоднородности выбирают наименее неоднородные участки для выпиливания образцов заданного размера из интервалов глубин, отвечающих разным окислительно-восстановительным условиям осадконакопления и характеризующихся значениями теплопроводности, объемной теплоемкости и общего содержания органического углерода, распределенными по всему интервалу изменения теплопроводности, объемной теплоемкости и общего содержания органического углерода соответственно, установленному в процессе профилирования образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ. Затем на выбранных участках выбранных образцов пород изготавливают дополнительные образцы пород заранее заданного размера для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород.

Техническим результатом заявленного изобретения в части устройства для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ является обеспечение возможности профилирования теплопроводности, температуропроводности объемной теплоемкости, общего содержания органического углерода, отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода с пространственной разрешающей способностью около 1мм вдоль набора образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ. Техническим результатом также является повышение производительности измерений за счет исключения необходимости неоднократного укладывания образцов пород на конвейерной платформе и возвращения их в ящики, в которых образцы пород хранятся, повышение сохранности керна за счет исключения частичного или полного разрушения образцов слабоконсолидированных и/или трещиноватых пород при неоднократном укладывании образцов пород на конвейерной платформе и возвращении их в ящики, в которых образцы пород хранятся, а также повышение точности привязки профилей урана, тория, калия с одной стороны и профилей теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости вдоль скважины с другой стороны к керну и, как следствие, точности увязки профилей между собой за счет исключения нарушения взаимного расположения образцов пород на платформе при разных видах профилирования.

Для реализациии предложенного способа профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ предложено устройство для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, которое включает в себя блок (2) детектора гамма-излучения, обеспечивающего возможность регистрировать концентрацию урана, и конвейерную платформу (1) для размещения в один ряд набора образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, которая может перемещаться с постоянной скоростью относительно блока (2) детектора гамма-излучения. Кроме этого, устройство включает в себя блок (5) оптического сканирования и узел крепления (9), который закрепляют на блоке (2) детектора гамма-излучения (Фиг. 3). Узел крепления (9) предназначен для крепления на нем блока (5) оптического сканирования. Блок (5) оптического сканирования включает в себя электрический блок питания. Блок (5) оптического сканирования включает в себя также оптический источник тепловой энергии, который предназначен для нагрева образцов (2) пород и образцовых мер (6) путем перемещения формируемого им пятна нагрева с заранее задаваемыми формой, например формой круга, и размерами, например диаметром 5 мм (Фиг. 3). Источник тепловой энергии выполнен с возможностью регулировки полезной мощности в пятне нагрева образцов (2) пород и образцовых мер (6). Блок (5) оптического сканирования включает в себя также узел (10) регулировки формы и размеров пятна нагрева образцов (2) пород (Фиг. 3). Помимо этого, блок (5) оптического сканирования включает в себя два датчика (8) температуры, выполненные таким образом, что они регистрируют температуру нагрева образцов (2) пород и образцовых мер (6) по линии нагрева образцов (2) пород и образцовых мер (6) на участках до и после пятна нагрева (Фиг. 3). В качестве датчиков (8) температуры используют, например, инфракрасные радиометры. Датчики (8) температуры выполнены так, что обеспечивается возможность регулировки положения участков поверхности образцов (2) пород и образцовых мер (6), для которых регистрируется температура их поверхности, относительно друг друга. Кроме того, обеспечивается возможность регулировки положения каждого участка поверхности образцов (2) пород и образцовых мер (6) с регистрируемой температурой относительно пятна нагрева. Для выбора линии профилирования теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости на поверхности образцов (2) пород устройство включает в себя узел (11) регулировки положения блока (5) оптического сканирования относительно набора образцов (2) пород в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений, ориентированных как вдоль направления (4) движения конвейерной платформы (1), так и поперек него (Фиг. 3). При помощи данного узла (11) сначала осуществляют контроль высоты расположения блока (5) оптического сканирования относительно поверхностей образцов (2) пород и образцовых мер (6) с известными теплопроводностью и объемной теплоемкостью. Затем по результатам контроля высоты расположения блока (5) оптического сканирования относительно поверхностей образцов (2) пород и образцовых мер (6) с известными теплопроводностью и объемной теплоемкостью при помощи данного узла (11) осуществляют регулировку высоты расположения блока (5) оптического сканирования относительно поверхностей образцов (2) пород и образцовых мер (6) с известными теплопроводностью и объемной теплоемкостью, расположенных на конвейерной платформе (1). Это необходимо для исключения ошибки в измерениях теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости образцов пород, которая возникает в связи с тем, что при разной высоте расположения блока (5) оптического сканирования относительно поверхностей образцов (2) пород и образцовых мер (6) имеет место разная фокусировка оптического источника (7) тепловой энергии, приводящая к разным параметрам пятна нагрева на поверхности образцов (2) пород и образцовых мер (6), а также разная фокусировка инфракрасных датчиков (8) температуры, приводящая к неконтролируемым изменениям чувствительности инфракрасных датчиков (8) температуры. Помимо этого, для регулировки пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости устройство включает в себя блок (12) регулировки постоянной времени датчиков (8) температуры (Фиг. 3). Устройство включает в себя также блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования, при этом данный блок (14) обработки сигналов выполнен с возможностью обработки результатов профилирования концентрации урана, поступающих с блока (3) детектора гамма-излучения, результатов профилирования теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, поступающих с блока оптического сканирования, а также преобразования результатов профилирования теплопроводности в профили общего содержания органического углерода вдоль набора образцов пород (Фиг. 3). Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен также так, что он обеспечивает реконструкцию окислительно-восстановительных условий осадконакопления по результатам совокупности измерений, выполненных блоком (3) детектора гамма-излучения и блоком (5) оптического сканирования. Для взаимной привязки профилей концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости вдоль направления профилирования блок (14) обработки сигналов блока детектора (3) гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен с возможностью учета того, что профилирование одних и тех же образцов (2) пород, расположенных на одной подвижной конвейерной платформе (1), осуществляется блоком (3) детектора гамма-излучения и блоком (5) оптического сканирования со сдвигом по времени, так как блок оптического (5) сканирования располагают перед или после блока (3) детектора гамма-излучения по направлению (4) движения конвейерной платформы. Помимо этого, устройство включает в себя блок (13) синхронизации (Фиг. 3), выполненный с возможностью синхронизации включения движения конвейерной платформы (1), блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования, а также с возможностью регулировки скорости перемещения конвейерной платформы (1) с образцами (2) пород одновременно относительно блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования. Блок (14) обработки сигналов связан с блоком (3) детектора гамма-излучения и с блоком (5) оптического сканирования при помощи канала (18) связи, например, при помощи беспроводной связи. Блок (13) связан с блоком (3) детектора гамма-излучения и с блоком (5) оптического сканирования при помощи канала (17) связи, например, при помощи беспроводной связи. Блок (12) регулировки постоянной времени связан с блоком (5) оптического сканирования при помощи канала (16) связи, например, при помощи беспроводной связи. Узел (11) регулировки связан с блоком (5) оптического сканирования при помощи механического средства (15) связи, например, кронштейна, жестко закрепленного одним своим концом с узлом (11) регулировки, а другим своим концом жестко закрепленного на блоке (5) оптического сканирования.

В заявленном устройстве для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ блок (5) оптического сканирования может быть закреплен как перед блоком (3) детектора гамма-излучения, так и позади блока (3) детектора гамма-излучения по ходу движения конвейерной платформы (1) с набором образцов пород (2) и образцовых мер (6).

В заявленном устройстве для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (6) оптического сканирования выполнен с возможностью определения генерационного потенциала пород нефтематеринских сланцевых толщ по результатам совокупности измерений, выполненных блоком (3) детектора гамма-излучения и блоком (5) оптического сканирования. Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен с возможностью автоматического приведения профиля общего содержания органического углерода к пространственной разрешающей способности, характеризующей детальность профилирования концентрации урана, путем, например, усреднения значений профиля общего содержания органического углерода в окне заранее заданного размера с центром в участках пород, на которых зарегистрирована концентрация урана. Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен также с возможностью автоматического осуществления корреляционного анализа значений общего содержания органического углерода, имеющих детальность, характерную для профилирования концентрации урана, и значений концентрации урана, определения интервалов глубин, в которых корреляция концентрации урана с общим содержанием органического углерода положительна, и расчета среднего значения TOC_avg общего содержания органического углерода для каждого интервала глубин, характеризующегося положительной корреляцией концентрации урана и общего содержания органического углерода. Определение генерационного потенциала каждого интервала, характеризующегося положительной корреляцией концентрации урана и общего содержания органического углерода, и генерационного потенциала всех таких интервалов в целом автоматически осуществляется блоком (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования согласно градации Тиссо и Вельте (см. [11]) путем определения принадлежности установленного среднего значения TOC_avg общего содержания органического углерода к одной из четырех групп пород: при TOC_avg < 1 % - к породам с бедным генерационным потенциалом, при 1 % < TOC_avg < 2 % - к породам со средним генерационным потенциалом, при 2 % < TOC_avg < 4 % - к породам с высоким генерационным потенциалом и при TOC_avg > 4 % - к породам с превосходным генерационным потенциалом.

В заявленном устройстве для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ блок обработки (14) сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования, который выполнен с возможностью выделения естественных коллекторов и интервалов разреза, перспективных для разработки с применением технологий стимуляции пласта, по результатам совокупности измерений, выполненных блоком детектора (3) гамма-излучения и блоком (5) оптического сканирования. Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен с возможностью автоматического выделения потенциальных естественных коллекторов путем поиска в интервалах, отвечающих субокислительным обстановкам осадконакопления, интервалов со значениями концентрации урана меньше заранее заданного граничного значения концентрации урана и со значениями общего содержания органического углерода меньше заранее заданного граничного значения общего содержания органического углерода. Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен также с возможностью автоматического выделения участков разреза, перспективных для разработки с применением стимуляции пласта, путем поиска в интервалах, отвечающих субвосстановительным и восстановительным условиям осадконакопления, интервалов с нарушением положительной корреляции концентрации урана и общего содержания органического углерода.

В заявленном устройстве для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ блок (3) детектора гамма-излучения выполнен с возможностью регистрации концентраций тория и калия. Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен при этом таким образом, что по результатам совокупности измерений, выполненных блоком (3) детектора гамма-излучения и блоком (5) оптического сканирования, он дополнительно обеспечивает возможность обработки результатов профилирования концентрации тория и калия, поступающих с блока (3) детектора гамма-излучения, вместе с результатами профилирования концентрации урана, теплопроводности и объемного содержания органического углерода и обеспечивает возможность расчленения разреза по регистрируемым свойствам пород нефтематеринских сланцевых толщ. Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен с возможностью автоматического расчета отношений Th/U, U/K, Th/K на основе результатов профилирования концентраций урана U, тория Th и калия K, сопоставления рассчитанных отношений с заранее заданными граничными значениями по результатам которого автоматически определяются интервалы глубин с фоновой (нефелоидной) или гидродинамической морской седиментацией. Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен также с возможностью автоматического выделения интервалов глубин с субвосстановительными условиями осадконакопления и повышенными значениями концентраций глинистых минералов для определения интервалов глубин, образованных при фоновой морской седиментации, и с возможностью автоматического выделения интервалов глубин с субокислительными и окислительными условиями осадконакопления и пониженными концентрациями урана для определения прослоев, образованных процессами гидродинамической седиментации с повышенным влиянием склоновых и подводных глинистых потоков.

В заявленном устройстве для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ блок (5) оптического сканирования выполнен с возможностью профилирования температуропроводности. Результаты определения температуропроводности вместе с имеющимися результатами измерений теплопроводности дают возможность определять объемную теплоемкость для каждого участка профилирования образцов пород. Для определения температуропроводности в блоке (5) оптического сканирования размещают третий датчик температуры, который регистрирует профиль температуры нагрева образцов пород и образцовых мер в стороне от линии нагрева образцов пород и образцовых мер. Для обеспечения возможности профилирования температуропроводности и объемной теплоемкости на конвейерной платформе (1) в одну линию с образцами пород размещают как минимум две образцовые меры с известными теплопроводностью и температуропроводностью (Фиг. 3). Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (3) оптического сканирования (Фиг. 3) выполнен с возможностью установления образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, из числа изученных путем профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, достаточного размера для изготовления из установленных изученных образцов пород дополнительных образцов пород заранее заданного размера, отбираемых для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород, по результатам профилирования теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, а также с возможностью последующего установления участков достаточного размера в пределах установленных образцов пород по результатам профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности, объемной теплоемкости, степени тепловой неоднородности и общего содержания органического углерода для изготовления дополнительных образцов пород заранее заданного размера, отбираемых для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород. Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен так, чтобы по длинам профилей теплопроводности или объемной теплоемкости автоматически выделять интервалы глубин, содержащие участки образцов пород длиной не менее заданного размера. Для каждого выделенного интервала глубин блоком (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования автоматически рассчитывается степень тепловой неоднородности, например, вычислением коэффициента тепловой неоднородности по профилю теплопроводности (см. [2, 13], автоматически вычисляются средние значения теплопроводности, объемной теплоемкости и общего содержания органического углерода путем усреднения значений профилей теплопроводности, объемной теплоемкости и общего содержания органического углерода в выделенных интервалах глубин, а также автоматически определяется характеристика окислительно-восстановительных условий осадконакопления путем сопоставления рассчитанных значений отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода с предварительно выделенными зональными интервалами отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода, характерными для субокислительных, субвосстановительных и восстановительных условий (см. [6]). Выделенные интервалы глубин, ранжированные по степени увеличения тепловой неоднородности для разных окислительно-восстановительных условий, и характеризующая каждый такой интервал информация - степень тепловой неоднородности, средние значения теплопроводности, объемной теплоемкости, общего содержания органического углерода, а также характеристика окислительно-восстановительных условий - представляются в графическом виде и/или в виде таблицы с указанием порядкового номера образца и местоположения на образце участка отбора, отвечающего выделенному интервалу глубин. Полученной информации достаточно для установления участков для отбора образцов для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород нефтематеринских сланцевых толщ из-за наличия связи между вариациями теплопроводности, объемной теплоемкости и вариациями других свойств таких пород, обусловленной высоким контрастом свойств органического вещества и матрицы нефтематеринских пород (см. [14]). Регулируемая пространственная разрешающая способность и глубина теплофизического зондирования для профилирования теплопроводности и объемной теплоемкости позволяет обеспечить для образцов пород любых нефтематеринских сланцевых толщ достаточную представительность данных по средним значениям теплопроводности, объемной теплоемкости и общего содержания органического углерода с учетом того, что породы нефтематеринских свит имеют преимущественно слоистую структуру, и поэтому неоднородны в основном вдоль оси керна (см. [13, 14])

Пример реализации способа и устройства

Пример реализации предлагаемого способа представляет собой следующее.

Объектом исследований являются породы нефтематеринских сланцевых толщ сланцевой толщи одного из месторождений углеводородов в отложениях баженовской свиты Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции на территории Российской Федерации. Для непрерывного профилирования концентрации урана и теплопроводности в породах сланцевой толщи исследуют 257 образцов полноразмерного керна, поднятого из вертикальной скважины, пробуренной на месторождении, в интервале глубин залегания нефтематеринской сланцевой толщи 3331,8 – 3355,0 м.

Для проведения профилирования на подвижную платформу (1) спектрального профильного гамма-регистратора производителя Core Lab Instruments (см. [1]) укладывают первую партию образцов (2) из 5 образцов керна из интервала 3331,8 – 3332,9 м, отвечающего верхней части нефтематеринской сланцевой толщи, ориентируя их один за одним в направлении (4) предстоящего движения конвейерной платформы (1). Дополнительно к партии образцов (1) пород на конвейерную платформу (1) помещают одну или несколько образцовых мер (6) теплопроводности. В случае помещения двух или более образцовых мер (6) на конвейерную платформу (1) выбирают все эти меры с разными значениями теплопроводности для учета возможных вариаций полезной мощности источника тепло в пятне нагрева и снижения возможной систематической погрешности измерений (см. [2, 15]). Для профилирования теплопроводности над конвейерной платформой (1) позади блока (3) детектора гамма-излучения помещают блок (5) оптического сканирования так, чтобы излучение от оптического источника (7) тепловой энергии, используемое для нагрева образцов (2) пород и образцовых мер (6), падало вниз на обращенные вверх поверхности образцов (2) пород и образцовых мер (6). В таком случае, согласно принципу действия блоков (5) оптического сканирования, инфракрасные датчики (8) температуры при движении конвейерной платформы (1) будут регистрировать профили температуры на нагреваемых поверхностях образцов (2) пород и образцовых мер (6), находящихся внизу под инфракрасными датчиками (8) температуры и обращенных вверх по направлению к источнику (7) тепловой энергии и инфракрасным датчикам (8) температуры (см. [2, 4]).

Перед началом профилирования концентрации урана и теплопроводности устанавливают скорость движения конвейерной платформы (1) относительно неподвижных блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования, равную 5 мм/с, которая при постоянной времени регистратора температуры 0,2 с и расстоянии 45 мм между пятном оптического нагрева образцов и полем зрения инфракрасного радиометра, регистрирующего избыточную температуру нагрева поверхности образцов керна, обеспечивает пространственную разрешающую способность 1 мм при регистрации непрерывного распределения теплопроводности образцов пород. Значения теплопроводности определяют на основе уравнения (1).

Используемый спектральный профильный гамма-регистратор позволяет одновременно регистрировать концентрации урана, тория и калия с заданной величиной дискретизации, равной 100 мм. При включении движения конвейерной платформы (1) начинается непрерывное профилирование концентрации урана в образцах пород (Фиг. 4а, круглые маркеры – профиль концентрации урана U, зарегистрированный спектральным профильным гамма-регистратором) по следующей процедуре. В блоке (3) детектора гамма-излучения, защищенном от фонового излучения свинцовым экраном, йод-натриевый (NaI) монокристалл реагирует на прохождение заряженных частиц вспышками света, которые при помощи фотоэлектронного умножителя преобразуются в электрические импульсы с амплитудой, пропорциональной энергии заряженных частиц, вызвавших вспышки. Зарегистрированное распределение по амплитуде электрических импульсов (спектр) раскладывается на три составляющие – урановую, ториевую и калиевую - с использованием опорных/калибровочных спектров, полученных при измерениях на образцовых мерах c известными концентрациями урана, тория и калия, приводя к системе уравнений с неизвестными коэффициентами – массовыми концентрациями урана, тория и калия - для каждого участка образцов пород вдоль линии профилирования с заданной величиной дискретизации 100 мм. Массовая концентрация урана определяется в результате решения полученной системы уравнений для каждого участка образцов пород вдоль линии профилирования. Вслед за непрерывным профилированием концентрации урана сразу, но с некоторой задержкой, вызванной смещением блока (5) оптического сканирования относительно блока (3) детектора гамма-излучения, происходит и непрерывное профилирование теплопроводности вдоль всех образцов пород, расположенных на конвейерной платформе (Фиг. 4а, кривая 1 – профиль теплопроводности λ с пространственным разрешением 1 мм). Задержка в профилировании теплопроводности относительно профилирования концентрации урана обусловлена тем, что блок (5) оптического сканирования в описываемом случае расположен хотя и вплотную к блоку (3) детектора гамма-излучения, но позади блока (3) детектора гамма-излучения.

После завершения профилирования теплопроводности вдоль всех образцов пород преобразуют профиль теплопроводности (используя уравнение 3) в профиль общего содержания органического углерода, что осуществляется при помощи известного технического решения (см. [5]). Полученный профиль общего содержания органического углерода характеризуется такой же пространственной разрешающей способностью, в данном случае 1 мм, что и профиль теплопроводности (Фиг. 4б, черная кривая – профиль общего содержания органического углерода ТОС с пространственным разрешением 1 мм). Впоследствии полученный профиль TOC был подтвержден результатами независимых пиролитических исследований (Фиг. 4б, треугольные маркеры).

Далее, при помощи полученных профилей концентраций урана и общего содержания органического углерода определяют профиль отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода вдоль набора образцов пород, при этом каждый раз при определении отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода используют значения концентрации урана и общего содержания органического углерода, соответствующие одному и тому же участку образцов пород вдоль линии профилирования (Фиг. 4в, серые треугольники – результаты определения отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода участков образцов размером около 100 мм).

Затем при помощи полученного профиля отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода вдоль набора образцов пород осуществляют определение окислительно-восстановительных условий осадконакопления. Для этого задают два граничных значения - 2 усл.ед и 5 усл.ед, - определяющие зональные интервалы отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода, характерные для субокислительных, субвосстановительных и восстановительных условий (см. [6]). Окислительно-восстановительные условия осадконакопления определяют путем сопоставления граничных значений и значений U/TOC полученного профиля отношения концентрации урана к значениям общего содержания органического углерода: при U/TOC < 2 условия субокислительные, при 2 < U/TOC < 5 условия субвосстановительные, при 5 < U/TOC условия восстановительные. На Фиг. 4в интервалы глубин, отвечающие субвосстановительным условиям осадконакопления, расположены выше граничной линии U/TOC=2 и закрашены серым цветом, а интервалы глубин, отвечающие субокислительным обстановкам осадконакопления, расположены ниже граничной линии U/TOC=2 и заштрихованы горизонтально.

Поскольку пространственная разрешающая способность профилирования концентрации урана, составляющая около 100 мм (см. [1]), значительно хуже пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности (см. [2, 4, 15]), а следовательно, и значительно хуже пространственной разрешающей способности профилирования общего содержания органического углерода (см. [5]), для повышения пространственной разрешающей способности профилирования отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода вдоль набора образцов пород принимают меры для повышения пространственной разрешающей способности профилирования концентрации урана. С этой целью при помощи полученных профилей концентрации урана и теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ устанавливают взаимосвязь между концентрацией урана и теплопроводностью пород. Для этого приводят профиль теплопроводности к пространственной разрешающей способности, характеризующей детальность профилирования концентрации урана, путем усреднения значений профиля теплопроводности в окне размером 100 мм с центром в участках пород на которых зарегистрирована концентрация урана. Затем устанавливают уравнение регрессии (см. [9]), связывающее концентрацию урана с теплопроводностью λ_U пород нефтематеринских сланцевых толщ, приведенной к пространственной разрешающей способности, характеризующей детальность профилирования концентрации U урана:

U = 97 - 43⋅λ_U,

где концентрация U урана дана в ppm, теплопроводность λ_U пород нефтематеринских сланцевых толщ, зарегистрированная блоком (5) оптического сканирования и приведенная к пространственной разрешающей способности, характеризующей детальность профилирования концентрации урана, дана в Вт/(м⋅К), U=0 при значениях теплопроводности больше 2,25 Вт/(м⋅К). Установленная взаимосвязь между концентрацией урана и теплопроводностью пород характеризуется коэффициентом корреляции R=0,87, то есть является статистически значимой. Далее, при помощи установленной взаимосвязи между концентрацией урана и теплопроводностью пород, а также при помощи профиля теплопроводности пород осуществляют детализацию профиля концентрации урана с пространственной разрешающей способностью, равной пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности (Фиг. 4г, черная кривая – профиль концентрации урана U с пространственным разрешением 1 мм), осуществляя расчет по формуле:

U_λ = 97 - 43⋅λ

где U_λ - концентрация урана с пространственной разрешающей способностью, равной пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности,

λ - теплопроводность пород нефтематеринских сланцевых толщ, зарегистрированная блоком (5) оптического сканирования.

Для получения профиля общего содержания органического углерода с необходимой пространственной разрешающей способностью 1 мм заранее задают пространственную разрешающую способность профилирования теплопроводности 1 мм, которая однозначно определяет пространственную разрешающую способность профилирования общего содержания органического углерода и однозначно определяет пространственную разрешающую способность профилирования концентрации урана и отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода. Для обеспечения такой пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности заранее устанавливают скорость профилирования 5 мм/с и расстояние между пятном нагрева и полем зрения инфракрасного датчика (8) температуры, следующего позади пятна нагрева, 50 мм. Глубина теплофизического зондирования при этом составляет 10 - 15 мм в зависимости от тепловых свойств образцов пород.

Перед началом профилирования концентрации урана и теплопроводности заранее задают допустимую максимальную температуру нагрева образцов нефтенасыщенных сланцев 50°С, что исключает необратимые изменения органического вещества, и допустимую полную погрешность измерений ±4% (при доверительной вероятности 0,95). Для достижения такого режима нагрева образцов пород и такого метрологического уровня измерений при выбранной скорости профилирования 5 мм и при выбранном расстоянии между пятном нагрева и полем зрения инфракрасного датчика температуры, следующего позади пятна нагрева, в 30 мм, при выбранном расстоянии между пятном нагрева и полем зрения инфракрасного датчика температуры, следующего впереди пятна нагрева, в 20 мм устанавливают эллиптическую форму пятна нагрева с длинной осью эллипса, направленной вдоль линии профилирования, 15 мм и короткой осью эллипса 5 мм и полезную мощность в пятне нагрева 1 Вт (см. [15]).

Определяют генерационный потенциал пород нефтематеринских сланцевых толщ при помощи результатов профилирования концентрации урана и общего содержания органического углерода. Для этого сначала приводят профиль общего содержания органического углерода (черная кривая на Фиг. 4б), определенного путем преобразования профиля теплопроводности, к пространственной разрешающей способности, характеризующей детальность профилирования концентрации урана, путем усреднения значений профиля общего содержания органического углерода в окне размером 100 мм с центром в участках пород, на которых зарегистрирована концентрация урана. Затем сопоставляют значения концентрации урана (круглые маркеры на Фиг. 4а) с полученными значениями общего содержания органического углерода (квадратные маркеры на Фиг. 4б) и определяют интервалы глубин, в которых связь концентрации урана с общим содержанием органического углерода нарушается. Под нарушением связи подразумевают такое локальное изменение концентрации урана при изменении общего содержания органического углерода, которое отличается от общей тенденции изменения концентрации U урана при изменении общего содержания TOC органического углерода, характерной для рассматриваемых пород нефтематеринских сланцевых толщ. На Фиг. 4а и б связь концентрации урана с общим содержанием органического углерода визуально нарушается в интервале 3332,25-3332,45 м. Данный интервал хорошо выделяется также при совместном анализе концентрации урана и теплопроводности (см. расхождение между круглыми маркерами и черной кривой на Фиг. 4г). Исключают найденный интервал из рассмотрения, рассчитывая среднее значение TOC_avg общего содержания органического углерода в остальных интервалах по отдельности для каждого интервала и в совокупности. Верхний интервал (3331,8-3332,25 м) характеризуется значением TOC_avg=2,7 %, т.е. попадает в интервал от 2% до 4% общего содержания органического углерода и обладает высоким генерационным потенциалом согласно градации Тиссо и Вельте (см. [11]). Нижний интервал (3332,45-3332,9 м) характеризуется значением TOC_avg=4,9 %, т.е. попадает в интервал более 4 % общего содержания органического углерода и обладает превосходным генерационным потенциалов согласно градации Тиссо и Вельте (см. [11]). Оба рассмотренных интервала (3331,8-3332,25 м и 3332,45-3332,9 м) характеризуются средним значением TOC_avg=3,8 %, т.е. рассмотренный участок разреза обладает высоким генерационным потенциалов согласно градации Тиссо и Вельте (см. [11]).

Осуществляют выделение интервалов, соответствующих естественным коллекторам и участкам разреза, перспективным для разработки с применением технологий стимуляции пласта, при помощи результатов профилирования концентрации урана и теплопроводности и реконструкции окислительно-восстановительных условий осадконакопления пород нефтематеринских сланцевых толщ. В нефтематеринской сланцевой толще потенциальный естественный коллектор содержит минимальное количество органического вещества, способного удерживать образованные им углеводороды, и обладает повышенными фильтрационно-емкостными свойствами по сравнению с остальными прослоями. Потенциальные естественные коллектора характеризуется минимальными значениями концентрации урана и минимальными значениями общего содержания органического углерода, а также находятся в интервале глубин, отвечающих субокислительным обстановкам осадконакопления. На графике (Фиг. 4в) интервалам естественных коллекторов соответствуют участки, заштрихованные горизонтально и соответствующие по реконструкции субокислительным обстановкам осадконакопления в интервалах 3331,84÷3331,95 м, 3331,98÷3332,03 м и 3332,1÷3332,15 м. Участки разреза, перспективные для разработки с применением стимуляции пласта должны содержать защемленную (неподвижную) нефть или тяжелые углеводороды, и могут быть выделены на основе анализа взаимосвязи концентрации урана и общего содержания органического углерода. Интервалы в участках разреза с субвосстановительными и восстановительными условиями осадконакопления в которых наблюдается пониженная концентрация урана или повышенное общее содержание органического углерода относительно общего тренда изменения концентрации урана при изменении общего содержания органического углерода являются перспективными для разработки с применением стимуляции пласта. В интервале 3332,25÷3332,45 м локальное изменение концентрации урана при изменении общего содержания органического углерода отличается от общей тенденции изменения концентрации U урана при изменении общего содержания TOC органического углерода, характерной для рассматриваемых пород нефтематеринских сланцевых толщ (см. круглые маркеры на Фиг. 4а и квадратные маркеры на Фиг. 4б), что хорошо видно при сопоставлении профиля концентрации урана, детализированного с использованием профиля теплопроводности, и менее детального профиля концентрации урана, полученного в результате гамма-спектрометрии (Фиг. 4г). При этом в интервале 3332,25÷3332,45 м наблюдается повышение общего содержания органического углерода относительно общего тренда изменения концентрации урана при изменении общего содержания органического углерода, что свидетельствует о привносе органического углерода в породу в виде углеводородов, иными словами, о перемещении в этот интервал углеводородов, образованных в другом интервале. Следовательно, интервал 3332,25÷3332,45 м, отвечающий субвосстановительным условиям осадконакопления как было установлено выше, является перспективным для разработки с применением стимуляции пласта.

Осуществляют расчленение разреза по регистрируемым свойствам пород нефтематеринских сланцевых толщ на основе дополнительных результатов профилирования концентраций тория и калия. Для определения концентраций тория и калия в блоке (3) гамма-регистраторе зарегистрированное распределение по амплитуде электрических импульсов (спектр) раскладывается на три составляющие – урановую, ториевую и калиевую - с использованием опорных/калибровочных спектров, полученных при измерениях на образцовых мерах c известными массовыми концентрациями урана, тория и калия, приводя к системе уравнений с неизвестными коэффициентами – массовыми концентрациями урана, тория и калия для каждого участка образцов пород вдоль линии профилирования с заданной величиной дискретизации 100 мм. Массовые концентрации тория и калия определяются в результате решения полученной системы уравнений для каждого участка образцов пород вдоль линии профилирования. Сопоставление результатов профилирования теплопроводности с результатами профилирования тория и калия, часто используемого при геологической интерпретации и расчленении разрезов нефтяных сланцевых толщ (см. [10]), позволяет разделить породы нефтематеринской сланцевой толщи, содержащие глинистые минералы, на породы, образованные при фоновой или гидродинамической морской седиментации. Для этого выбирают интервалы с повышенным содержанием глинистых минералов, т.е. интервалы с граничным значением Th/U > 1 усл.ед. (см. [10, 12]). Затем выбранные интервалы сопоставляют с интервалами, характеризующимися различными окислительно-восстановительными условиями осадконакопления, определенными по результатам профилирования концентраций урана и общего содержания органического углерода. Обстановки, соответствующие субвосстановительным условиям осадконакопления, отражают фоновую морскую седиментацию глин. Повышенные значения количества тория и калия, наблюдающиеся в интервалах глубин, характеризующихся субокислительными (или даже окислительными) условиями осадконакопления, отражают седиментацию с повышенным влиянием склоновых процессов и подводных потоков (гидродинамическую). По отношению концентраций Th/U, U/K, Th/K, рассчитанных по результатам профилирования концентраций урана, тория и калия (Фиг. 5а), выделяется два интервала. Нижний интервал 3332,3÷3332,9 м соответствует типичным нефтяным сланцам с повышенным содержанием органического вещества и отношением Th/U<1 усл.ед. Верхний интервал 3331,8÷3332,3 м содержит глинистые прослои, где, на фоне нефелоидной морской седиментации, наблюдаются прослои на уровнях 3331,9 и 3332,2 м, отложенные подводными потоками, судя по увеличенным значениям Th/U>5 и данным по реконструкции обстановок осадконакопления (заштрихованные горизонтально интервалы, Фиг. 4в).

Для дополнительного профилирования температуропроводности и обемной теплоемкости пород нефтематеринских сланцевых толщ, которые определяют по формулам (6) и (7), соответсвенно, на конвейерной платформе (1) вместе с образцами (2) пород размещают две образцовых меры (6) с известными теплопроводностью и температуропроводностью, например, образец кварцевого стекла КВ с теплопроводностью 1,35 Вт/(м⋅К) и температуропроводностью 0,827 мм²/с и образец белого мрамора с теплопроводностью 3,15 Вт/(м⋅К) и температуропроводностью 1,31 мм²/с. Далее, при помощи результатов профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, а также общего содержания органического углерода и с учетом длины образцов керна, которая регистрируется блоком (5) оптического сканирования при профилировании теплопроводности, осуществляют выбор образцов пород, которые являются типичными для интервалов глубин, отвечающих разным окислительно-восстановительным условиям осадконакопления, и длина которых позволяет изготовить из них дополнительные образцы пород заранее заданного размера для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород. По полученным для выбранных образцов профилям теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости на каждом образце выбирают участки для изготовления дополнительных образцов пород заранее заданного размера для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород. Для этого задаются размером образцов в 6 см, планируемых к отбору для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований, характерным для направления движения конвейерной платформы. Для геохимических исследований длина в 6 см на первый взгляд кажется избыточной, но для последующего комплексирования результатов петрофизических и геохимических исследований важно отбирать образцы на геохимические исследования, во-первых, с тех же интервалов глубин, что и образцы на петрофизические исследования. Во-вторых, обоснованность отбора на геохимические исследования на 6 см участке повышается, если учитывать среднее значение общего содержания органического углерода участка и осуществлять отбор на пиролиз из интервала глубин данного участка характеризующегося близким значением ТОС с детального профиля. Затем по длинам профилей теплопроводности выделяют интервалы глубин, содержащие участки образцов пород длиной не менее 6 см. Для каждого выделенного интервала глубин вычисляют средние значения теплопроводности, объемной теплоемкости и общего содержания органического углерода (Фиг. 5б, кривая 1 - средние значения теплопроводности λ, кривая 2 - средние значения объемной теплоемкости С и кривая 3 - средние значения концентрации U урана выделенных участков длиной 6 см; средние значения показаны на глубинах, соответствующих середине участка с размерами достаточными для отбора шестисантиметрового образца) путем усреднения значений профилей теплопроводности, объемной теплоемкости и общего содержания органического углерода в выделенных шестисантиметровых интервалах глубин. Кроме того, для каждого выделенного шестисантиметрового интервала глубин вычисляют коэффициент тепловой неоднородности β (см. [13, 15]), характеризующий степень вариаций теплопроводности вдоль линии профилирования теплопроводности, по соотношению

β=(λ_max-λ_min)/λ_avg,

где λ_max, λ_min, λ_avg – соответственно максимальное, минимальное и среднее значения теплопроводности шестисантиметрового участка образца для профиля теплопроводности вдоль линии сканирования. Результаты вычислений показаны на Фиг. 5б, где значение β каждого шестисантиметрового участка показаны на глубинах, соответствующих его середине. Анализируя информацию на Фиг. 4, 5 выбирают по значениям β коэффициента тепловой неоднородности (Фиг. 5б) наименее неоднородные (с наименьшими значениями β) участки для выпиливания образцов заданного размера (6 см) из интервалов глубин, отвечающих разным окислительно-восстановительным условиям осадконакопления и характеризующихся значениями теплопроводности, объемной теплоемкости и общего содержания органического углерода распределенными по всему интервалу изменения теплопроводности, объемной теплоемкости и общего содержания органического углерода соответственно, установленному в процессе профилирования образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ. Например, шестисантиметровые образцы при отборе на участках с центрами на глубине 3331,85 м и 3332,1 будут характеризоваться приблизительно одинаковыми средними значениями теплопроводности (2,31 и 2,35 Вт/(м⋅К)), причем сформированы соответствующие участки пород в одинаковых окислительно-восстановительных условиях. При этом второй из образцов не будет представительным для рассматриваемого разреза из-за значительной неоднородности (коэффициент его неоднородности 1,0 почти в два раза выше, чем коэффициент неоднородности 0,53 первого образца). Из-за высокой неоднородности непредставительными будут также шестисантиметровые образцы при отборе вблизи глубин 3332,65 м и 3332,85 м. Шестисантиметровые образцы при отборе на участках с центрами на глубине 3332,4 м и 3332,77 будут характеризоваться приблизительно одинаковыми средними значениями теплопроводности (1,59 и 1,61 Вт/(м⋅К)) и значениями коэффициента тепловой неоднородности (0,11), причем соответствующие породы сформированы в одинаковых окислительно-восстановительных условиях. Тем не менее, оба образца необходимо отбирать, так как соответствующие участки пород существенно различаются по объемной теплоемкости (1,92 и 2,15 МДж/(м³⋅К)).

При установке образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ на конвейерную платформу (1) между соседними образцами (2) пород и образцовыми мерами (6) устанавливают теплоизолирующие прокладки. В качестве материала для теплоизолирующих прокладок выбирают асбестовую ткань, теплопроводность которой имеет низкое значение – 0,15 Вт/(м⋅К). Асбестовая ткань благодаря своей малой толщине (около 2 мм) и гибкости прижимать практически вплотную образцы пород на конвейерной платформе. После установки теплоизолирующих прокладок измеряют толщину теплоизолирующих прокладок, которая составила в приводимом примере 2 мм. Измеренную толщину 2 мм учитывают далее при обработке результатов профилирования концентрации урана, тория, калия, теплопроводности, температуропроводности, объемной теплоемкости, общего содержания органического углерода образцов пород, чтобы точно совместить профили концентрации урана, тория, калия, теплопроводности, температуропроводности, объемной теплоемкости, общего содержания органического углерода по длине образцов пород для совместной обработки профилей. Учет толщины теплоизолирующих прокладок осуществляют, исключая участки профилей теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, соответствующие участкам теплоизолирующих прокладок, из общих профилей теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости образцов пород.

Для реализации устройства для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ используют спектральный профильный гамма-регистратор производителя Core Lab Instruments (см. [1]), в состав которого входят блок (3) детектора гамма-излучения, обеспечивающий возможность регистрировать концентрацию урана в образцах пород, и конвейерную платформу (1) для размещения на ней в один ряд набора образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, которая может перемещаться с постоянной скоростью относительно блока (3) детектора гамма-излучения. Дополнительно на блоке (3) детектора гамма-излучения позади него по ходу движения платформы размещают узел (9), на котором закрепляют блок ((3)) оптического сканирования. Блок (5) оптического сканирования располагают и ориентируют на блоке (3) детектора гамма-излучения так, что он находится над конвейерной платформой (1) с расположенными на ней образцами (2) пород. Блок (5) оптического сканирования включает в себя оптический источник (7) тепловой энергии – полупроводниковый лазер непрерывного действия PUMA-970-10 с длиной волны 0,97 мкм. Дополнительно блок (5) оптического сканирования содержит узел (10) регулировки формы и размеров пятна нагрева образцов (2) пород, представляющий собой градан с определенным законом распределения коэффициентом преломления излучения лазера и диафрагму, при помощи которых формируют на поверхности образцов пород пятно нагрева в форме эллипса с длинной осью 15 мм, ориентированной вдоль движения конвейерной платформы (1) с образцами пород (2), и с короткой осью 5 мм, ориентированной перпендикулярно направлению (4) движения конвейерной платформы (1) с образцами (2) пород. Пятно нагрева неподвижно относительно блока (3) детектора гамма-излучения, блока (5) оптического сканирования и полей зрения инфракрасных датчиков (8) температуры, но перемещается при включении конвейерной платформы (1) по поверхности образцов пород вдоль них по прямой. Для источника (7) тепловой энергии имеется возможность регулировки полезной мощности в пятне нагрева на поверхности образцов (2) пород. Кроме этого в состав блока (5) оптического сканирования включены блок питания и два инфракрасных датчика (8) температуры, использующие пироэлектрические приемники инфракрасного излучения с фильтром и работающие в диапазоне длин волн 1-15 мкм. Один датчик температуры (8) выполнен так, что он регистрирует температуру образцов пород на линии нагрева до нагрева образцов, для чего поле зрения этого датчика (8) температуры прямоугольной формы с размерами 3х3 мм располагают на линии нагрева в 20 мм впереди пятна нагрева по ходу движения пятна нагрева по поверхности (2) образцов. Второй датчик (8) температуры расположен так, что он регистрирует температуру нагретых образцов (2) пород на линии движения пятна нагрева по поверхности образцов (2) пород, для чего поле зрения этого датчика (8) температуры расположено на линии нагрева в 50 мм позади пятна нагрева по ходу движения пятна нагрева по поверхности образцов (2). Таким образом, при движении конвейерной платформы (1) относительно неподвижных блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования обеспечивается одновременная регистрирация профиля концентрации урана и профиля теплопроводности для образцов (2) пород, расположенных на конвейерной платформе (1) и движущихся вместе с конвейерной платформой (1) с постоянной скоростью относительно блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования. Профиль теплопроводности для каждого образца (2) пород регистрируется с некоторой задержкой по времени относительно регистрации профиля концентрации урана, так как образцы (2) пород на конвейерной платформе (1) во время своего непрерывного движения проходят мимо блока (3) детектора раньше, чем мимо блока (3) оптического сканирования. После установки образцов (2) на конвейерную платформу (1) при помощи узла (11) регулировки положения блока (5) оптического сканирования относительно набора образцов (2) пород в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений, ориентированных как вдоль направления (4) движения конвейерной платформы (1), так и поперек него, устанавливают положение блока (5) оптического сканирования так, что как пятно нагрева, так и поля зрения инфракрасных датчиков (8) температуры сфокусированы одинаково на поверхности всех образцов (2) пород, размещенных на конвейерной платформе (1). Для обеспечения пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности в 1 мм и для обеспечения полной погрешности измерений теплопроводности не хуже ±4% при помощи блока (12) регулировки постоянной времени датчиков (8) температуры устанавливают постоянную времени для регистрации профиля теплопроводности 0,2 с. Перед включением движения конвейерной платформы (1) с образцами (2) пород включают блок (13) синхронизации, который обеспечивает синхронизацию включения движения конвейерной платформы (1), блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования. При помощи блока (13) синхронизации задают скорость перемещения конвейерной платформы (1) с образцами пород 5 мм/с одновременно относительно блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования. Перед включением движения конвейерной платформы (1) с образцами (2) пород включают также блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования, который обеспечивает обработку результатов профилирования концентрации урана, поступающих с блока детектора (3) гамма-излучения, результатов профилирования теплопроводности, поступающих с блока (5) оптического сканирования, и преобразование результатов профилирования теплопроводности в профили общего содержания органического углерода вдоль набора образцов пород, реконструкции окислительно-восстановительных условий осадконакопления по результатам совокупности измерений, выполненных блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования. Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (3) оптического сканирования выполнен с возможностью учета того, что профилирование одних и тех же образцов пород, расположенных на одной подвижной конвейерной платформе (1), осуществляется блоком (3) детектора гамма-излучения и блоком (3) оптического сканирования со сдвигом по времени.

Для возможности закрепления блока (5) оптического сканирования как позади, так и впереди блока (3) детектора гамма-излучения, детектор (3) гамма-излучения снабжают двумя узлами (9) крепления блока (5) оптического сканирования на блоке (3) детектора гамма-излучения. Один узел (9) крепления представляет собой кронштейн, который одним своим концом прикрепляется к блоку (3) детектора гамма-излучения со стороны, удаленной от начала конвейерной платформы (1), а другим концом прикрепляется к блоку (5) оптического сканирования, и который предназначен для крепления блока (6) оптического сканирования позади блока (3) детектора гамма-излучения по ходу движения конвейерной платформы (1) с набором образцов пород и образцовых мер. Другой узел (9) крепления представляет собой кронштейн, который одним своим концом прикрепляется к блоку (3) детектора гамма-излучения со стороны начала конвейерной платформы (1), а другим концом прикрепляется к блоку (5) оптического сканирования и предназначен для крепления блока (5) оптического сканирования впереди блока (3) детектора гамма-излучения по ходу движения конвейерной платформы с набором образцов пород и образцовых мер.

Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполняют с возможностью определения генерационного потенциала пород нефтематеринских сланцевых толщ по результатам совокупности измерений, выполненных блоком (3) детектора гамма-излучения и блоком (5) оптического сканирования. В блоке (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования осуществлена возможность автоматического приведения профиля общего содержания органического углерода к пространственной разрешающей способности, характеризующей детальность профилирования концентрации урана, которую реализовывают путем усреднения значений профиля общего содержания органического углерода в окне 100 мм с центром в участках пород, на которых зарегистрирована концентрация урана. Для автоматического осуществления корреляционного анализа задают доверительную вероятность 0,95. При определении генерационного потенциала используют граничные значения общего содержания органического углерода равные 1%, 2% и 4% согласно градации Тиссо и Вельте (см. [11])

Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполняют с возможностью выделения естественных коллекторов и интервалов разреза, перспективных для разработки с применением технологий стимуляции пласта, по результатам совокупности измерений, выполненных блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования. Для автоматического выделения потенциальных естественных коллекторов задают граничное значение концентрации урана в 25 ppm и граничное значение общего содержания органического углерода в 4% (массовых). Для автоматического осуществления корреляционного анализа при выделении участков разреза, перспективных для разработки с применением стимуляции пласта, задают доверительную вероятность 0,95.

В одном из вариантов предложенного технического решения устройство для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ выполняют так, что блок (3) детектора гамма-излучения дополнительно обеспечивает возможность регистрации концентраций тория и калия. При этом блок (14) обработки сигналов блока детектора (3) гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен так, что дополнительно обеспечивает возможность обработки результатов профилирования концентрации тория и калия, поступающих с блока (3) детектора гамма-излучения, и обеспечивает возможность расчленения разреза по регистрируемым свойствам пород нефтематеринских сланцевых толщ по результатам совокупности измерений, выполненных блоком (3) детектора гамма-излучения и блоком (5) оптического сканирования. При этом для расчленение разреза на интервалы с повышенным и пониженным содержанием глинистых минералов согласно подходу Фертла применяют граничные значения отношений отношений Th/U, U/K, Th/K, на основе имеющихся результатов исследований для рассматриваемого района работ: граничное значение для отношения Th/U принимается равным 1 усл. ед.(см. [12]), U/K – 1,5 усл.ед, Th/K – 3 усл.ед.

Для обеспечения дополнительной возможности профилирования температуропроводности и объемной теплоемкости устройство изотавливают так, что блок оптического сканирования выполнен с дополнительной возможностью профилирования температуропроводности и объемной теплоемкости. В таком варианте устройства в блоке (5) оптического сканирования размещают третий датчик температуры, который предназначен для регистрации профиля температуры нагрева образцов (2) пород и образцовых мер (6) в стороне от линии нагрева образцов (2) пород и образцовых мер (6). Для бесконтактной регистрации данного профиля температуры может быть использован пироэлектрический приемник инфракрасного излучения, работающий в диапазоне длин волн 1-10 мкм. Поле зрения третьего датчика температуры прямоугольной формы с размерами 3×3 мм располагают вдоль линии нагрева в 50 мм позади пятна нагрева по ходу движения пятна нагрева по поверхности образцов (2) и в 6 мм в стороне от линии нагрева. На конвейерную платформу (1) в одну линию с образцами (2) пород размещают две образцовые меры (6) с известными разными теплопроводностью и объемной теплоемкостью: образец кварцевого стекла КВ с теплопроводностью 1,35 Вт/(м⋅К) и температуропроводностью 0,827 мм²/с и образец белого мрамора с теплопроводностью 3,15 Вт/(м⋅К) и температуропроводностью 1,31 мм²/с. Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования создают так, что он использует результаты определения линий профилирования теплопроводности вдоль каждого образца (2) породы из размещаемых на конвейерной платформе (1). В результате блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования выполнен так, что имеет возможность установления образцов (2) пород нефтематеринских сланцевых толщ, из числа изученных путем профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, с достаточной длиной для изготовления из установленных изученных образцов пород дополнительных образцов пород заранее заданного размера, отбираемых для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород, по результатам профилирования теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости. Блок (14) обработки сигналов блока (3) детектора гамма-излучения и блока (5) оптического сканирования обеспечивается также возможностью последующего установления участков достаточного размера в пределах установленных образцов пород, отобранных по результатам профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, степени тепловой неоднородности и общего содержания органического углерода для изготовления дополнительных образцов пород, отбираемых для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород, для изготовления дополнительных образцов пород заранее заданного размера, отбираемых для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Spectral Core Gamma System, производитель Core Lab Instruments, URL: https://www.corelab.com/cli/routine-rock/spectral-core-gamma-system (дата обращения: 18.10.2020). Поставщик в Росии ООО «Неолаб», sales@neolabllc.ru, URL: https://www.neolabllc.ru/printpdf/node/134 (дата обращения: 18.10.2020).

[2] Popov Y., Beardsmore G., Clauser C., Roy S. ISRM Suggested methods for determining thermal properties of rocks from laboratory tests at atmospheric pressure // Rock Mechanics and Rock Engineering. – 2016. – Vol. 49, № 10. – P. 4179–4207. – https://doi.org/10.1007/s00603-016-1070-5

[3] Патент № 2153664 Российская Федерация, МПК G01N 25/18. Способ экспрессного определения теплопроводности твердых материалов и устройство для его осуществления: №99104768/28 : заявл. 04.03.1999 : опубл. 27.07.2000 / Попов Ю.А. - 27 с.

[4] Popov Yu., Parshin A., Chekhonin E., Gorobtsov D., Miklashevskiy D., Korobkov D., Suarez-Rivera R., Green S. Rock heterogeneity from thermal profiles using an optical scanning technique. 46th US Rock Mechanics / Geomechanics Symposium, Chicago, Illinois, USA, 24-27 June, 2012. – Vol. 2. – P. 1186-1193.

[5] Патент № 2720582 Российская Фекдерация, МПК G01N 33/24 (2006.01), E21B 49/00 (2006.01), G01V 9/00 (2006.01). Способ определения общего содержания органического вещества в породах сланцевых толщ, обогащенных углеводородами (варианты) : № 2019134305 : заявл. 25.10.2019 : опубл. 12.05.2020 / Попов Е.Ю., Карамов Т.И., Попов Ю.А., Спасенных М.Ю., Козлова Е.В. - 51 с.

[6] Хаустова Н.А., Тихомирова Ю.И., Спасенных М.Ю., Попов Ю.А., Козлова Е.В., Воропаев А.В. U/Сорг отношение в нетрадиционных коллекторах: источник информации о процессах нефтеобразования и критерий продуктивности зональных интервалов разреза (на примере баженовской свиты) // Тр. научно-практического EAGE-SPE семинара «Наука о сланцах: теория и практика» / г. Москва, (апрель 2019 г.). – 4 с. – https://doi.org/10.3997/2214-4609.201900476

[7] Зубков М.Ю. Особенности распределения урана в битуминозных отложениях баженовской свиты (Западная Сибирь) // Каротажник. – 2015. – № 5 (251). – С. 3-32.

[8] Бычков А.Ю., Калмыков Г.А., Бугаев И.А., Балушкина Н.С., Калмыков А.Г. Геохимические особенности пород баженовской и абалакской свит (Западная Сибирь) // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 4. Геология. – 2016. – № 6. – С. 86-93.

[9] Попов E.Ю., Габова А.В., Карпов И.А., Заграновская Д.Е., Ромушкевич Р.А., Спасенных М.Ю., Чехонин Е.М., Попов Ю.А. Связь теплопроводности и естественной радиоактивности пород баженовской свиты по результатам измерений в скважинах и на керне // Тр. 18-й научно-практической конференции по вопросам геологоразведки и разработки месторождений нефти и газа «Геомодель-2016» / г. Геленджик, (сентябрь 2016 г.). – 4 с. – https://doi.org/10.3997/2214-4609.201602271

[10] Фертл В.Х. Спектрометрия естественного гамма-излучения в скважине // Нефть, газ и нефтехимия. –1983. – № 3. – С. 23-29.

[11] Тиссо Б., Вельте Д. Образование и распространение нефти : [Пер. с англ.] / Редактор(ы): Вассоевич Н.Б., Сейфуль-Мулюков Р.Б. - М. : Мир., 1981. - 501 с.

[12] Занин Ю.Н., Замирайлова А.Г., Эдер В.Г. Уран, торий и калий в черных сланцах баженовской свиты Западно-Сибирского морского бассейна // Литология и полезные ископаемые. – 2016. – № 1. – С. 82-94.

[13] Чехонин Е.М., Шакиров А.Б., Попов Е.Ю., Ромушкевич Р.А., Попов Ю.А., Богданович Н.Н., Рудаковская С.Ю. Роль теплофизического профилирования при отборе образцов керна нефтематеринских пород на лабораторные исследования // Тр. научно-практического EAGE-SPE семинара «Наука о сланцах: теория и практика» / г. Москва, (апрель 2019 г.). – 4 с. – https://doi.org/10.3997/2214-4609.201900478

[14] Попов Ю.А., Попов E.Ю., Чехонин Е.М., Габова А.В., Ромушкевич Р.А., Спасенных М.Ю., Заграновская Д.Е. Исследования баженовской свиты с применением непрерывного профилирования теплофизических характеристик на керне // Нефтяное Хозяйство. – 2017. – № 3. – С. 22-27. – https://doi.org/10.24887/0028-2448-2017-3-22-27

[15] Попов Е.Ю. Развитие экспериментальной базы тепловой петрофизики для изучения пород месторождений c трудноизвлекаемыми и нетрадиционными запасами углеводородов: специальность 25.00.10 «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Попов Евгений Юрьевич ; [Место защиты: Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта]. – Москва, 2019. – 256 с.

Изобретение относится к области исследований свойств пород нефтематеринских сланцевых толщ, а именно – концентрации урана, тория, калия, теплопроводности, температуропроводности, объемной теплоемкости, общего содержания органического углерода горных пород в нефтематеринских сланцевых толщах путем непрерывного профилирования этих свойств на керне. Техническим результатом изобретения изобретения является расширение возможности профилирования различных физических свойств пород сланцевых толщ. Способ профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ включает в себя профилирование концентрации урана на образцах пород нефтематеринских сланцевых толщ, расположенных в один ряд на конвейерной платформе, движущейся с постоянной скоростью, в направлении ее движения. При этом с целью получения дополнительной информации о свойствах пород нефтематеринских сланцевых толщ расширяют число профилируемых свойств пород, для чего дополнительно к профилированию концентрации урана в течение того же процесса движения конвейерной платформы осуществляют профилирование теплопроводности пород вдоль того же набора образцов пород, затем по результатам профилирования теплопроводности пород определяют профиль общего содержания органического углерода вдоль набора образцов пород, после этого при помощи полученных профилей концентраций урана и общего содержания органического углерода определяют профиль отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода вдоль набора образцов пород, затем при помощи полученного профиля отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода вдоль набора образцов пород осуществляют реконструкцию окислительно-восстановительных условий осадконакопления. Устанавливают при помощи полученных профилей концентрации урана и теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ взаимосвязь между концентрацией урана и теплопроводностью пород и используют установленную взаимосвязь и профиль теплопроводности для детализации профиля концентрации урана с пространственной разрешающей способностью, равной пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности. При помощи результатов профилирования концентрации урана и общего содержания органического углерода определяют генерационный потенциал пород нефтематеринских сланцевых толщ. Осуществляют выделение интервалов, соответствующих естественным коллекторам и участкам разреза, перспективным для разработки с применением технологий стимуляции пласта, при помощи результатов профилирования концентрации урана и теплопроводности и реконструкции окислительно-восстановительных условий осадконакопления пород нефтематеринских сланцевых толщ. При помощи совместного анализа результатов профилирования концентраций урана и теплопроводности и результатов дополнительного профилирования тория и калия расчленяют разрез по регистрируемым свойствам пород нефтематеринских сланцевых толщ. На основе совместного анализа результатов профилирования концентрации урана, теплопроводности, общего содержания органического углерода и результатов дополнительного профилирования температуропроводности и объемной теплоемкости выбрают образцы пород и участки выбранных образцов пород в интервалах глубин, отвечающих разным окислительно-восстановительным условиям осадконакопления, для изготовления дополнительных образцов пород заранее заданного размера для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, включающий в себя профилирование концентрации урана, на образцах пород нефтематеринских сланцевых толщ, расположенных в один ряд на конвейерной платформе, движущейся с постоянной скоростью, в направлении ее движения, отличающийся тем, что, с целью получения дополнительной информации о свойствах пород нефтематеринских сланцевых толщ, расширяют число профилируемых свойств пород, для чего дополнительно к профилированию концентрации урана в течение того же процесса движения конвейерной платформы осуществляют профилирование теплопроводности пород вдоль того же набора образцов пород, затем по результатам профилирования теплопроводности пород определяют профиль общего содержания органического углерода вдоль набора образцов пород, после этого при помощи полученных профилей концентраций урана и общего содержания органического углерода определяют профиль отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода вдоль набора образцов пород, затем при помощи полученного профиля отношения концентрации урана к общему содержанию органического углерода вдоль набора образцов пород осуществляют реконструкцию окислительно-восстановительных условий осадконакопления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при помощи полученных профилей концентрации урана и теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ устанавливают взаимосвязь между концентрацией урана и теплопроводностью пород и при помощи установленной взаимосвязи между концентрацией урана и теплопроводностью пород, а также при помощи профиля теплопроводности пород осуществляют детализацию профиля концентрации урана с пространственной разрешающей способностью, равной пространственной разрешающей способности профилирования теплопроводности.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заранее задают пространственную разрешающую способность и глубину теплофизического зондирования для профилирования теплопроводности, после чего устанавливают скорость профилирования концентрации урана и теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ, а также расположение источника тепла и датчиков температуры относительно друг друга таким образом, чтобы обеспечить задаваемые заранее разрешающую способность и глубину теплофизического зондирования для профилирования теплопроводности.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заранее задают допустимую максимальную температуру нагрева образцов пород, с учетом которой для применяемой скорости профилирования концентрации урана и теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ устанавливают мощность источника тепла, форму и размеры пятна нагрева, а также расстояние между областью регистрации температуры на поверхности образцов пород и образцовых мер и пятном нагрева на поверхности образцов пород и образцовых мер таким образом, чтобы температура нагрева образцов пород не превышала допустимую температуру нагрева пород, а погрешность измерений теплопроводности не превышала заранее задаваемого значения.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что при установке образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ на конвейерную платформу между соседними образцами пород и образцовыми мерами устанавливают теплоизолирующие прокладки, при этом контролируют толщину теплоизолирующих прокладок, которую учитывают при обработке результатов профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости образцов пород.

6. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что при помощи результатов профилирования концентрации урана и общего содержания органического углерода дополнительно определяют генерационный потенциал пород нефтематеринских сланцевых толщ.

7. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что при помощи результатов профилирования концентрации урана и теплопроводности и реконструкции окислительно-восстановительных условий осадконакопления пород нефтематеринских сланцевых толщ дополнительно осуществляют выделение интервалов, соответствующих естественным коллекторам и участкам разреза, перспективным для разработки с применением технологий стимуляции пласта.

8. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют профилирование концентраций тория и калия, после чего при помощи результатов профилирования концентраций урана, тория и калия и результатов профилирования теплопроводности осуществляют расчленение разреза по регистрируемым свойствам пород нефтематеринских сланцевых толщ.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют профилирование температуропроводности и объемной теплоемкости пород нефтематеринских сланцевых толщ, для чего на конвейерной платформе вместе с образцами пород размещают две или более образцовых меры с известными теплопроводностью, температуропроводностью и объемной теплоемкостью, и при помощи результатов профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, а также общего содержания органического углерода осуществляют выбор образцов пород и участков выбранных образцов пород в интервалах глубин, отвечающих разным окислительно-восстановительным условиям осадконакопления, для изготовления дополнительных образцов пород заранее заданного размера для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород.

10. Устройство для профилирования свойств образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ для осуществления способа по любому из пп. 1-3 или пп. 7-9, включающее в себя блок детектора гамма-излучения, обеспечивающего возможность регистрации концентрации урана, конвейерную платформу для размещения в один ряд набора образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, перемещающуюся с постоянной скоростью относительно блока детектора гамма-излучения, отличающееся тем, что дополнительно для профилирования теплопроводности пород нефтематеринских сланцевых толщ в устройстве выполнен блок оптического сканирования, при этом блок оптического сканирования закреплен на блоке детектора гамма-излучения при помощи узла крепления, и включает в себя блок питания, источник тепловой энергии, выполненный с возможностью регулировки мощности источника тепла в пятне нагрева на поверхности образцов пород и образцовых мер, формируемом источником тепла, два датчика температуры, регистрирующие температуру по линии нагрева образцов пород и образцовых мер на участках до и после пятна нагрева, выполненные с возможностью регулировки положения участков регистрации температуры на поверхности образцов пород и образцовых мер относительно друг друга и относительно пятна нагрева, кроме этого в блоке оптического сканирования выполнен узел регулировки формы и размеров пятна нагрева образцов пород, а также узел регулировки положения блока оптического сканирования относительно набора образцов пород в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений, ориентированных как вдоль направления движения конвейерной платформы, так и поперек него, помимо этого устройство включает в себя блок регулировки постоянной времени датчиков температуры, блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования, блок синхронизации, при этом блок синхронизации выполнен с возможностью синхронизации включения движения конвейерной платформы, блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования, а также с возможностью регулировки скорости перемещения конвейерной платформы с образцами пород одновременно относительно блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования, а блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования выполнен с возможностью обработки результатов профилирования концентрации урана, поступающих с блока детектора гамма-излучения, результатов профилирования теплопроводности, поступающих с блока оптического сканирования, и преобразования результатов профилирования теплопроводности в профили общего содержания органического углерода вдоль набора образцов пород, реконструкции окислительно-восстановительных условий осадконакопления по результатам совокупности измерений, выполненных блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования, при этом блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования выполнен с возможностью учета того, что профилирование одних и тех же образцов пород, расположенных на одной подвижной конвейерной платформе, осуществлено блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования со сдвигом по времени.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что блок оптического сканирования закреплен либо перед детектором гамма-излучения, либо позади детектора гамма-излучения по ходу движения конвейерной платформы с набором образцов пород и образцовых мер.

12. Устройство по любому из пп. 10, 11, отличающееся тем, что блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования выполнен с возможностью определения генерационного потенциала пород нефтематеринских сланцевых толщ по результатам совокупности измерений, выполненных блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования.

13. Устройство по любому из пп. 10, 11, отличающееся тем, что блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования выполнен с возможностью выделения естественных коллекторов и интервалов разреза, перспективных для разработки с применением технологий стимуляции пласта, по результатам совокупности измерений, выполненных блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования.

14. Устройство по любому из пп. 10, 11, отличающееся тем, что блок детектора гамма-излучения выполнен с возможностью регистрации концентраций тория и калия, а блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования выполнен с возможностью дополнительной обработки результатов профилирования концентрации тория и калия, поступающих с блока детектора гамма-излучения, а также выполнен с возможностью расчленения разреза по регистрируемым свойствам пород нефтематеринских сланцевых толщ по результатам совокупности измерений, выполненных блоком детектора гамма-излучения и блоком оптического сканирования.

15. Устройство по любому из пп. 10, 11, отличающееся тем, что блок оптического сканирования выполнен с возможностью профилирования температуропроводности и объемной теплоемкости, для чего в этом блоке установлен третий датчик температуры, регистрирующий профиль температуры нагрева образцов пород и образцовых мер в стороне от линии нагрева образцов пород и образцовых мер, на конвейерной платформе в одну линию с образцами пород размещены как минимум две образцовые меры с известными теплопроводностью и объемной теплоемкостью, а блок обработки сигналов блока детектора гамма-излучения и блока оптического сканирования выполнен с возможностью установления образцов пород нефтематеринских сланцевых толщ, из числа изученных путем профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, достаточного размера для изготовления из установленных изученных образцов пород дополнительных образцов пород заранее заданного размера, отбираемых для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород, по результатам профилирования теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, а также с возможностью последующего установления участков достаточного размера в пределах установленных образцов пород по результатам профилирования концентрации урана, теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости, степени тепловой неоднородности и общего содержания органического углерода для изготовления дополнительных образцов пород заранее заданного размера, отбираемых для последующих лабораторных петрофизических и геохимических исследований свойств пород.