Путь керна: ТННЦ проводит уникальные исследования горных пород

Инновации Тюменского нефтяного научного центра

Тюмень. Тюменский нефтяной научный центр (ТННЦ), входящий в состав корпоративного научно-проектного комплекса ПАО «НК «Роснефть», на протяжении 13 лет занимается комплексным исследованием керна. За столь продолжительное время специалистам института удалось сделать значительный шаг вперед в изучении трудных коллекторов.

Исследование полноразмерного керна является первым этапом широкого комплекса лабораторных исследований.

«Процесс изучения начинается с выполнения профильных методов исследования полноразмерного керна. После извлечения керна из керноприемных труб выполняется его очистка, укладка, маркировка и продольная распиловка. Для оценки качества коллектора проводится расширенный комплекс профильных исследований. С их помощью получают исходную информацию для оценки литологического состава полноразмерного керна, наличия и характера его насыщения углеводородами, выполняют экспрессную оценку проницаемости и акустических свойств, наличия и распределения внутренних неоднородностей, а также механических свойств. Анализ полученных результатов позволяет нам оптимизировать программу комплексных исследований керна, выполнить адресный отбор образцов и проб различных размеров и геометрии для подготовки к стандартным и специальным исследованиям», - рассказывает заместитель генерального директора по лабораторным исследованиям - директор Центра исследований керна ООО «Тюменский нефтяной научный центр» Ирина Вахрушева.

Всего в лабораторных центрах ПАО «НК «Роснефть» ежегодно изучается более 20 тыс. погонных метров керна. Это довольно большой объем, который требует детального изучения, новых разработок и исследований.

От теории к практике

Перед специалистами Роснефти стоит главная задача - увеличение эффективности добычи нефти и газа. Чтобы новые месторождения приносили должную отдачу, а зрелые были разработаны до конца, необходимы лабораторные исследования керна.

В первую очередь, для традиционных типов коллекторов выполняется оценка естественной радиоактивности и плотности горных пород для привязки данных керна к данным геофизических исследований скважин (ГИС).

Величина естественной радиоактивности горных пород определяется, в основном, содержанием в них трех основных химических элементов: урана (U), тория (Th) и изотопа калия-40 (K).

По словам специалиста, измерение профильной гамма-активности выполняется во всех научных институтах компании с целью определения точной глубины отбора керна. А уверенность в корректной привязке изучаемого керна позволяет правильно сопоставлять результаты лабораторных исследований горных пород с данными ГИС, сейсмики и другими методами.

Компьютерная томография нефтяной отрасли

Изучение кернового материала позволяет с высокой точностью определить основные петрофизические характеристики породы. Результаты исследований широко применяются в подсчете запасов, построении моделей пласта, интерпретации ГИС.

Первым, и, пожалуй, одним из наиболее высокотехнологичных и активно развивающихся методов изучения является рентгеновская компьютерная томография (РКТ).

Такие исследования основаны на изучении плотности горной породы, тесно связанной с наличием различных минеральных включений, пустот и трещин, и заполняющих их пластовых флюидов.

«Источник рентгеновского излучения просвечивает объект, регистрация его теневых проекций выполняется матричным детектором. Рентгеновское излучение, проходя сквозь горную породу, теряет мощность пропорционально ее плотности и регистрируется ячейками матрицы приемника, формируя пиксельное изображение, - пояснила Ирина Александровна. - В процессе сканирования накапливается пакет из более 100 виртуальных сечений. Из полученных снимков, представляющих собой полутоновые изображения, яркость которых характеризует степень поглощения рентгеновского излучения, реконструируется объемная трехмерная модель образца. Полученные снимки позволяют специалистам судить о структуре матрицы горной породы и распределении пор и включений».

Примечательно, что в периметре компании РКТ выполняется лишь в нескольких дочерних предприятиях: ООО «ТННЦ», АО «ТомскНИПИнефть», ООО «НК «Роснефть-НТЦ».

Стоит отметить, что исследования методом РКТ являются частью развития технологии «цифровой керн» - одной из самых перспективных при изучении сложных коллекторов.

«Ее идея заключается в моделировании строения порового пространства на основе данных макро- и микроструктурного анализа керна, проведение компьютерного моделирования различных процессов, происходящих в горных породах. Потенциальными направлениями применения технологии цифровой керн являются геология: интерпретация ГИС, подсчет запасов, создание геологических моделей, а также разработка УВ: анализ и проектирование разработки, в том числе, месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, создание фильтрационных моделей», - отметила Ирина Вахрушева.

Экспресс-оценка

К методам экспресс-оценки важных фильтрационных характеристик (ФЕС) горной породы специалисты относят профильные исследования по определению газопроницаемости и акустических характеристик.

Определение параметров пористости и проницаемости производится на комплексных приборах сканирования полноразмерного керна, которые позволяют оценить проницаемость по газу и скорость прохождения продольных и поперечных акустических волн по всей длине керна для определения пористости. Это позволяет построить профили изменения этих параметров и дать предварительное заключение касательно ФЕС исследуемого коллектора.

Инновации ТННЦ

Современная нефтегазовая отрасль предъявляет высокие требования к технологическому развитию компаний. Поэтому специалисты ТННЦ в своей работе применяют передовые технологии и уникальные разработки. 

Так, метод экспресс-определения элементного состава по профилю керна в периметре компании выполняется только в ООО «ТННЦ» и является заслугой высококвалифицированного персонала института.

По словам Ирины Вахрушевой, данный метод применяется для определения концентрации элементов в образцах горных пород с использованием портативного анализатора Olympus DELTA одновременно по 10-15 элементам. Диапазон определяемых элементов и границы обнаружения, в первую очередь, зависят от используемой аппаратуры и имеющейся библиотеки элементов.

Фотосъемка для изучения керна

Фотографирование в белом и ультрафиолетовом свете является одним из методов оценки насыщенности коллекторов по данным исследования полноразмерного керна.

Свечение керна в ультрафиолете

«При достаточном выносе керна, а это не менее 70%, в интервале межфлюидальных контактов по данным фотографирования керна устанавливается переход от водоносной к нефтенасыщенной части разреза. В ультрафиолетовом свете поверхность керна нефтенасыщенных пород равномерно флуоресцирует от бледно-желтого до темно-коричневого цвета. При этом интенсивность, яркость люминесценции углеводородов зависит от их индивидуальных свойств, объема пор, а также от концентрации УВ в поровом пространстве», - подчеркнула Ирина Александровна.

Для фотографирования керна специалисты используют профессиональные среднеформатные фотокамеры от ведущих мировых производителей. Обработка фотографий керна выполняется с использованием специального программного обеспечения созданного сотрудниками ТННЦ (FotoKern, KernColor).

Исследования полноразмерного керна являются важным источником первичной информации об исследуемых объектах, которая в дальнейшем используется для решения широкого спектра задач: от контроля качества отбора керна до оценки качества керна, уточнения насыщенности интервалов.

«Перспективы Центра исследований керна нашего научного института достаточно устойчивые. Пока есть задачи в области геологии и разработки, мы не останемся без работы. При этом мы готовы к изменениям и развитию новых направлений деятельности», - подытожила Ирина Вахрушева.