Михаил Фокин, научный сотрудник НОЦ «Газпромнефть-НГУ», провёл серию экспериментов на Курчатовском источнике синхротронного излучения и проверил алгоритмы обработки данных фазово-контрастной томографии. Эксперименты подтвердили перспективность этого направления и возможности синхротронного излучения для изучения цифрового керна в нефтегазовой отрасли. Эта работа ведётся в рамках стратегического проекта НГУ «Научный инжиниринг» программы «Приоритет 2030».
Цифровой керн – это трехмерная цифровая копия горной породы, программа, позволяющая изучать свойства керна с помощью математического моделирования. Основные этапы подхода: получение цифровых копий образцов неразрушающим сканированием, упорядоченное хранение и компьютерную обработку цифровых изображений кернов и флюидов. Полученная информация позволяет проводить цифровые эксперименты и анализ, включая методы машинного обучения. Результаты цифрового анализа применяются для решения задач в геологии и при разработке месторождений углеводородов.
Нефтегазовые компании ведут разведку и добычу трудноизвлекаемых углеводородов. Исследование образцов из низкопроницаемых коллекторов сложной, длительной и дорогостоящей процедуры. Цифровой керн — точная копия структуры горной породы, созданная с помощью рентгеновской томографии. Математическое моделирование на его основе аналогично лабораторным экспериментам, но значительно быстрее и дешевле. Такой подход позволяет контролировать параметры эксперимента, проводить специализированные вычисления и повысить информативность исследований.
Цифровой керн нашел применение в нефтегазовой отрасли, где главным инструментом является метод рентгеновской томографии. Образец керна просвечивают рентгеновским излучением со всех сторон, создавая его трехмерную копию. Однако у этого метода есть ограничения. Для экспериментов применяются лабораторные томографы из медицины и материаловедения, имеющие слабые источники рентгеновского излучения. Это не позволяет просвечивать крупные образцы с необходимым разрешением для цифрового керна. Сложности возникают при сканировании керна в ячейках и разделении изображений близких по плотности материалов, например, нефти и воды, которые слабо различимы друг от друга под рентгеновским излучением.
В большинстве случаев мониторинга вытеснения нефти водой в керне для определения свойств горной породы в одну из жидкостей (чаще всего в воду) добавляют контрастное вещество, но это меняет физические свойства жидкости и система перестаёт быть приближенной к реальным условиям.
— Для цифрового анализа керна предлагается использовать синхротронное излучение в качестве источника рентгеновского излучения. Его высокая интенсивность позволяет просвечивать крупные образцы и отслеживать процессы в динамике. Синхротронное излучение обладает широким энергетическим спектром, достаточным для просвечивания тяжелых материалов, что позволяет проводить исследования в модельные пластовые условия. Для этого образцам требуется помещаться в специальные металлические ячейки. На обычных рентгеновских установках это затруднительно из-за слабого источника рентгена. Синхротронное излучение обладает когерентностью, что увеличивает контраст тех материалов, которые при обычном рентгене неразличимы. Целью работы на Курчатовском источнике стало изучение этих свойств синхротронного излучения и проведение серии экспериментов по дифференциации воды и нефти при сканировании образцов синхротронным излучением. — объяснил Михаил Фокин.
Исследователь отмечает, что проведенная им серия экспериментов является началом исследований, которые будут продолжены в следующем году. Цель этих исследований — отличить воду от нефти внутри горной породы без добавления контраста. На первом этапе ученые решали более простую задачу — при синхротронном излучении фиксировали отличия капли нефти от капли воды, помещенных в одну пробирку, и сравнивали полученные визуализированные данные с изображениями тех же объектов, полученными при воздействии обычного рентгеновского излучения. Результаты показали, что в синхротронном излучении контраст между водой и нефтью выше, чем при рентгеновском. Также на Курчатовском источнике синхротронного излучения были протестированы реализованные учеными НГУ алгоритмы восстановления фазы. Их использовали для обработки полученных данных. В дальнейшем планируется их использование в ЦКП «СКИФ».
—Результаты исследования подтверждают предположение о пользе синхротронного излучения для цифрового анализа керна. Это направление перспективно и нуждается в развитии. Полный потенциал методик раскрывается после запуска ЦКП «СКИФ», так как действующие источники синхротронного излучения в России относятся к первому или второму поколению, а когерентность проявляется не полностью. Несмотря на это, эффект заметен. В дальнейшем исследователи наблюдать влияние эффекта на распознавание воды и нефти в песке. Эксперименты планируются на следующий год. , — сказал Михаил Фокин.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Новосибирского государственного университета.