Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения общей пористости кавернозных образцов горных пород методом ядерного магнитного резонанса

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Коэффициент общей пористости вычисляют по следующей формуле

Кпобщ.=Vямр/Уобр,

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

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

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

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

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

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

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

На фиг. 2-4 обозначено:

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

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

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

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

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

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

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

Способ осуществляют следующим образом.

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

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

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

Результаты определения общей пористости и кавернозной составляющей приведены в таблице.

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

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