Ученые подведомственного Минобрнауки России Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают микротомограф для исследования внутренней структуры геологических пород (кернов). В отличие от существующих аналогов, прибор приспособлен для работы с конкретными объектами, а его характеристики, скорость и точность сканирования выше.
Микротомограф — прибор, позволяющий детально изучать поровую структуру разрабатываемого пласта. Это необходимо для подбора оптимальной технологии добычи, в том числе трудноизвлекаемой нефти. При бурении из скважины добываются образцы керна. Из них делается уменьшенного вида образец для исследования. Он помещается в микротомограф, там происходит его сканирование для создания трехмерной цифровой модели внутренней микроструктуры с высоким пространственным разрешением. Анализ модели помогает геологам понять, как будет происходить трансфер нефти, воды и газа через пласт, и какие технологии добычи рациональнее всего использовать на конкретном месторождении.
Исследователи из ТПУ разработали собственные протоколы и алгоритмы сканирования. Они оптимизируют работу микротомографа под конкретный керн. Это делает процесс рутинной томографии экономически более эффективным, а также позволяет минимизировать ошибки при построении трехмерных цифровых двойников образцов керна.
«При использовании классических протоколов томографии восстановленные цифровые модели исследуемого объекта всегда содержат разные типы артефактов. Это погрешности сканирования, когда на изображении появляются черты, не присутствующие в исследуемом объекте, например, эффект ужесточения спектра, обусловленный неравномерным изменением спектрального состава излучения при прохождении через объект. Это приводит к ошибкам при восстановлении и переводе рентгеновской плотности в физическую без учета данного эффекта. В традиционных протоколах такой учет проводится, как правило, программными средствами, которые в большинстве случаев делают эту коррекцию с ошибкой. Мы разработали протоколы, которые в процессе сканирования устраняют эффект ужесточения спектра и другие нежелательные эффекты естественным образом, в том числе с комбинацией программных методов», — комментирует руководитель проекта, директор Исследовательской школы физики высокопрочных процессов ТПУ Алексей Гоголев.
Еще одна особенность микротомографа — высокая скорость сканирования. У существующих на рынке приборов источник и детектор, как правило, фиксированы, и сканирование образцов разного диаметра производится за счет изменения положения образца. Микротомограф томских ученых позволяет изменять расстояние от источника до детектора, а также перемещать образец между источником и детектором с помощью объединенной мехатронной системы с общим основанием. Это дает возможность сканировать разные образцы с различными габаритами на максимальной возможной скорости и сократить время сканирования в несколько раз.
Разработка запатентована, и ее планируется внедрить на ООО «Кортест Сервис» (г. Тюмень) в сентябре этого года.
Ранее ученые ТПУ по заказу тюменской компании уже создавали томограф полноразмерного керна. Новая разработка позволит проводить томографию стандартных образцов в высоком разрешении.
Помимо «Кортест Сервис», интерес к микротомографу проявляют компании нефтегазовой отрасли, например, предприятия Газпрома, Роснефти, Новатэк, ВНИИГАЗ, производители медицинских изделий, а также представители энергетического сектора.
Разработка полностью профинансирована из средств компании, однако научный задел, позволивший завершить работу, был заложен в рамках предшествующего проекта, реализованного при поддержке федеральной целевой программы Минобрнауки России «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2021 годы» (№ 14.578.21.0198). Ранее полученные результаты помогли выполнить текущий проект в срок менее одного года.
Результаты исследования опубликованы в Journal of Physics: Conference Series.