ИССЛЕДОВАНИЕ АНИЗОТРОПНЫХ КЕРНОВ МЕТОДОМ ЯМР
|
Введение
1.1 Пористые среды 7
1.2Структурные параметры пористых сред 8
1.3 Основные методы при изучении пористых сред 10
1.4 Изучение пористых сред методом ЯМР 11
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 14
2.1 Образцы и приготовление 14
2.3 Основы метода ЯМР 16
2.3.1 Импульсные последовательности для измерения времен ядерной
магнитной релаксации 18
2.3.2 Последовательность Карра - Парселла - Мейбума-Гилла для
измерения времени Т2 19
2.4 Расчет спектров времен спин-спиновой релаксации Т2 по методу
А.Н.Тихонова 21
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 22
3.1 Результаты центрифугирования и определение значения эффективной
пористости 22
3.2 Определение флюидонасыщенности методом ЯМР 26
3.3.1 Спады поперечной намагниченности до и после центрифугирования
для изотропного образца Fontainebleau 28
3.3.2 Спады поперечной намагниченности до и после центрифугирования
для анизотропного керна GR201 31
3.3.3 Спады поперечной намагниченности до и после центрифугирования
для анизотропного керна CB 35
3.4 Исследование спектров времен релаксации 39
3.5 Расчет времени отсечки T2cut-off 42
3.6 Исследование процесса установления равновесия в анизотропных
кернах после центрифугирования 45
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМАГНИТНЫХ ПРИМЕСЕЙНА ВРЕМЕНА Т2 47
4.1Объекты и методы исследования 49
4.2 Спады поперечной намагниченности до и после удаления
парамагнитных примесей для модельных стекол типа «Vycor» 50
4.3 Спады поперечной намагниченности для природных образцов до и
после обработки соляной кислотой 53
4.4 Сравнительный анализ спектров времен поперечной релаксации Т2 для
модельного образца «Vycor» 59
4.5 Сравнительный анализ спектров времен поперечной релаксации Т2 для
природного образца «Песок №2» 61
ВЫВОДЫ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 66
1.1 Пористые среды 7
1.2Структурные параметры пористых сред 8
1.3 Основные методы при изучении пористых сред 10
1.4 Изучение пористых сред методом ЯМР 11
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 14
2.1 Образцы и приготовление 14
2.3 Основы метода ЯМР 16
2.3.1 Импульсные последовательности для измерения времен ядерной
магнитной релаксации 18
2.3.2 Последовательность Карра - Парселла - Мейбума-Гилла для
измерения времени Т2 19
2.4 Расчет спектров времен спин-спиновой релаксации Т2 по методу
А.Н.Тихонова 21
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 22
3.1 Результаты центрифугирования и определение значения эффективной
пористости 22
3.2 Определение флюидонасыщенности методом ЯМР 26
3.3.1 Спады поперечной намагниченности до и после центрифугирования
для изотропного образца Fontainebleau 28
3.3.2 Спады поперечной намагниченности до и после центрифугирования
для анизотропного керна GR201 31
3.3.3 Спады поперечной намагниченности до и после центрифугирования
для анизотропного керна CB 35
3.4 Исследование спектров времен релаксации 39
3.5 Расчет времени отсечки T2cut-off 42
3.6 Исследование процесса установления равновесия в анизотропных
кернах после центрифугирования 45
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМАГНИТНЫХ ПРИМЕСЕЙНА ВРЕМЕНА Т2 47
4.1Объекты и методы исследования 49
4.2 Спады поперечной намагниченности до и после удаления
парамагнитных примесей для модельных стекол типа «Vycor» 50
4.3 Спады поперечной намагниченности для природных образцов до и
после обработки соляной кислотой 53
4.4 Сравнительный анализ спектров времен поперечной релаксации Т2 для
модельного образца «Vycor» 59
4.5 Сравнительный анализ спектров времен поперечной релаксации Т2 для
природного образца «Песок №2» 61
ВЫВОДЫ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 66
Для повышения эффективности добычи полезных ископаемых (нефти, газа и т.д.), одной из актуальных задач считают получение максимально подробной информации о свойствах природных пористых сред.
Одной из важных петрофизических характеристик породы является параметр эффективной пористости, который в принципе и определяет нефтеотдачу пласта [1]. Как правило, природные образцы характеризуются анизотропией проницаемости, что в свою очередь влияет на значение параметра эффективной пористости, а, следовательно, и на нефтеотдачу пласта [2]. В то же время отметим, что не так много работ, посвященных методу ЯМР, в которых обращается пристальное внимание на анизотропию характеристик пористого пространства, что, как правило, характерно для природных образцов. Как правило, анизотропия проницаемости будет играть решающую роль в оценке нефтеотдачи породы. Кроме того для нефтегазовой промышленности важна оценка относительной доли «свободного» и связанного флюида, информацию о которых, можно получить, используя метод ЯМР и центрифугирование. В результате применения данных методов, удается определить количество экстрагированного флюида, т.е. то количество флюида, которое участвует в потоке - извлекаемая жидкость. Также, можно оценить долю и распределение не извлекаемой жидкости. Следовательно, оценка извлекаемого и не извлекаемого (связанного) флюида будет определять нефте- и газоотдачу породы.
Среди методов, привлекаемых для исследования характеристик пористых сред, важное место занимает метод ЯМР (ядерный магнитный резонанс) [3]. Дополнительным неоспоримым преимуществом метода ЯМР является то обстоятельство, что он не вносит никаких макроскопических изменений в исследуемую среду.
Так, анализ формы релаксационного затухания, времен релаксаций и населенностей компонент позволяет получить информацию о состоянии адсорбированной жидкости в породе, влиянии на динамику жидкости таких параметров как температура, полярность поверхности пористого материала и молекул жидкости, пористость и проницаемость, геометрия/анизотропия пор наличие ферро- и парамагнитных примесей и т.д. Анализ литературных данных показывает, что метод ЯМР активно используется при исследовании характеристик пористой структуры и состояния насыщающих флюидов [4-6].
В связи с вышесказанным, целью данной работы являлось исследование принципиальной возможности использования метода ЯМР релаксометрии в изучении пористых сред, характеризующихся анизотропией в проницаемости.
Задачами работы являлись:
• определение эффективной пористости анизотропных образцов;
• установление наиболее характерных закономерностей в поведении времен спин-спиновой релаксации молекул флюида в образцах, характеризующихся анизотропией пористого пространства, до и после центрифугирования;
• отработка методики в определении времени отсечки Ticut-off для анизотропных образцов.
Одной из важных петрофизических характеристик породы является параметр эффективной пористости, который в принципе и определяет нефтеотдачу пласта [1]. Как правило, природные образцы характеризуются анизотропией проницаемости, что в свою очередь влияет на значение параметра эффективной пористости, а, следовательно, и на нефтеотдачу пласта [2]. В то же время отметим, что не так много работ, посвященных методу ЯМР, в которых обращается пристальное внимание на анизотропию характеристик пористого пространства, что, как правило, характерно для природных образцов. Как правило, анизотропия проницаемости будет играть решающую роль в оценке нефтеотдачи породы. Кроме того для нефтегазовой промышленности важна оценка относительной доли «свободного» и связанного флюида, информацию о которых, можно получить, используя метод ЯМР и центрифугирование. В результате применения данных методов, удается определить количество экстрагированного флюида, т.е. то количество флюида, которое участвует в потоке - извлекаемая жидкость. Также, можно оценить долю и распределение не извлекаемой жидкости. Следовательно, оценка извлекаемого и не извлекаемого (связанного) флюида будет определять нефте- и газоотдачу породы.
Среди методов, привлекаемых для исследования характеристик пористых сред, важное место занимает метод ЯМР (ядерный магнитный резонанс) [3]. Дополнительным неоспоримым преимуществом метода ЯМР является то обстоятельство, что он не вносит никаких макроскопических изменений в исследуемую среду.
Так, анализ формы релаксационного затухания, времен релаксаций и населенностей компонент позволяет получить информацию о состоянии адсорбированной жидкости в породе, влиянии на динамику жидкости таких параметров как температура, полярность поверхности пористого материала и молекул жидкости, пористость и проницаемость, геометрия/анизотропия пор наличие ферро- и парамагнитных примесей и т.д. Анализ литературных данных показывает, что метод ЯМР активно используется при исследовании характеристик пористой структуры и состояния насыщающих флюидов [4-6].
В связи с вышесказанным, целью данной работы являлось исследование принципиальной возможности использования метода ЯМР релаксометрии в изучении пористых сред, характеризующихся анизотропией в проницаемости.
Задачами работы являлись:
• определение эффективной пористости анизотропных образцов;
• установление наиболее характерных закономерностей в поведении времен спин-спиновой релаксации молекул флюида в образцах, характеризующихся анизотропией пористого пространства, до и после центрифугирования;
• отработка методики в определении времени отсечки Ticut-off для анизотропных образцов.
• В результате сравнительного анализа первоначальной амплитуды спадов поперечной намагниченности до и после центрифугирования показано, что максимальное изменение амплитуды наблюдается для образцов, ось выпиливания, которых совпадает с направлением большей проницаемости (GR 201(L(pmax)) и CB(L(pmax))). Это объясняется тем, что в направлении большей проницаемости экстрагируется большее количество воды. Данный результат хорошо согласуется с найденными значениями параметра эффективной пористости.
• В результате сравнительного анализа спадов поперечной намагниченности, найденные средние времена релаксации до и после центрифугирования, отличаются и не могут быть объяснены с точки зрения экспериментальной ошибки. По нашему мнению, такое различие связано с тем, что в результате центрифугирования в образцах (GR 201 (T (pmin) и СВ (T (pmin)), ось выпиливания которых совпадает с направлением меньшей проницаемости, остается большее количество так называемой свободной воды. Известно, что молекулы свободной жидкости, характеризуются большими временами релаксации по сравнению с таковыми для пристеночного флюида. Именно молекулы свободного флюида и дают основной вклад в среднее время релаксации.
• Из анализа интегрального спектра времен релаксации до и после центрифугирования, найденные времена отсечек T2cut-of для исследованных образцов анизотропных кернов GR 201 и СВ отличаются от общепринятого среднего времени T2cutoff=33мс. Более того, в анизотропных по проницаемости кернах наблюдается различие во временах T2cut-of для образцов с разными осями выпиливания.
Показано, что к определению истинного значения T2cut-off стоит подходить индивидуально для каждого образца, а для анизотропных образцов еще и указывать ось выпиливания по отношению к направлению проницаемости.
В ходе эксперимента по исследованию влияния парамагнитных примесей на измеряемые времена спин - спиновой релаксации, на примере, модельных стекол «Vycor» и откалиброванных насыпных песчаников «Песок №1», «Песок №2» до и после обработки соляной кислотой, было установлено, что:
• Присутствие в образце парамагнитных примесей приводит к уменьшению среднего времени релаксации-1в системе, что в свою очередь приводит к заниженным размерам пор/частиц пористой среды, определяемым согласно «РД 39-4-1070-84».
• В результате сравнительного анализа спадов поперечной намагниченности, найденные средние времена релаксации до и после центрифугирования, отличаются и не могут быть объяснены с точки зрения экспериментальной ошибки. По нашему мнению, такое различие связано с тем, что в результате центрифугирования в образцах (GR 201 (T (pmin) и СВ (T (pmin)), ось выпиливания которых совпадает с направлением меньшей проницаемости, остается большее количество так называемой свободной воды. Известно, что молекулы свободной жидкости, характеризуются большими временами релаксации по сравнению с таковыми для пристеночного флюида. Именно молекулы свободного флюида и дают основной вклад в среднее время релаксации.
• Из анализа интегрального спектра времен релаксации до и после центрифугирования, найденные времена отсечек T2cut-of для исследованных образцов анизотропных кернов GR 201 и СВ отличаются от общепринятого среднего времени T2cutoff=33мс. Более того, в анизотропных по проницаемости кернах наблюдается различие во временах T2cut-of для образцов с разными осями выпиливания.
Показано, что к определению истинного значения T2cut-off стоит подходить индивидуально для каждого образца, а для анизотропных образцов еще и указывать ось выпиливания по отношению к направлению проницаемости.
В ходе эксперимента по исследованию влияния парамагнитных примесей на измеряемые времена спин - спиновой релаксации, на примере, модельных стекол «Vycor» и откалиброванных насыпных песчаников «Песок №1», «Песок №2» до и после обработки соляной кислотой, было установлено, что:
• Присутствие в образце парамагнитных примесей приводит к уменьшению среднего времени релаксации