Исследователи НГУ исследуют синхротронные методики для решения прикладных задач цифрового анализа керна. Результаты экспериментов показали перспективность данного направления и потенциал синхротронного излучения.
В настоящее время нефтегазовые компании занимаются разведкой и добычей трудноизвлекаемых запасов углеводородов. Лабораторное изучение образцов, взятых из низкопроницаемых коллекторов, является сложной задачей, занимает длительное время и требует немалых финансовых затрат от нефтегазовых компаний. Цифровой керн является точной копией внутренней структуры горной породы, созданной при помощи метода рентгеновской томографии. Проводить аналогичные лабораторным экспериментам на цифровой копии можно при помощи математического моделирования, что выходит значительно быстрее и менее финансово затратно. При этом появляется возможность контроля параметров эксперимента, что позволяет проводить специализированные вычисления и повысить информативность исследований.
Цифровой керн уже нашел применение в нефтегазовой отрасли. Основным инструментом здесь является метод рентгеновской томографии. Рентгеновским излучением со всех сторон просвечивают образец керна и таким образом создают его точную трехмерную копию. В большинстве случаев, когда требуется провести рентгеновский мониторинг вытеснения нефти водой в керне и определить при этом свойства горной породы, в одну из жидкостей, — чаще всего в воду, — добавляют большое количество контрастного вещества, но это изменяет ее физические свойства, и данная система уже не является приближенной к реальным условиям.
«Мы предлагаем использовать в качестве источника рентгеновского излучения для получения цифрового анализа керна синхротронное излучение. Оно обладает высокой интенсивностью, что позволяет просвечивать крупные образцы. Появляется возможность отследить процессы в динамике. Кроме того, синхротронное излучение обладает широким энергетическим спектром, достаточным для просвечивания тяжелых материалов, и позволяет проводить исследования в модельные пластовые условия, для воссоздания которых образцы требуется помещать в специальные металлические ячейки. На обычных рентгеновских установках это весьма затруднительно из-за слабого источника рентгена. Кроме того, синхротронное излучение обладает таким уникальным свойством, как когерентность, что позволяет увеличивать контраст тех материалов, которые при в обычном рентгене неразличимы. Изучение данных свойств синхротронного излучения и стало целью моей работы на Курчатовском источнике, которая состояла из серии экспериментов, направленных на дифференциацию воды и нефти при сканировании образцов синхротронным излучением», — объяснил научный сотрудник НОЦ «Газпромнефть-НГУ» Михаил Фокин, который провел серию экспериментов на Курчатовском источнике синхротронного излучения и протестировал алгоритмы обработки данных фазово-контрастной томографии.
Исследователь подчеркивает, что проведенная им серия экспериментов представляет собой начало исследований, которые будут продолжены в следующем году. Их цель — отличить воду от нефти внутри горной породы (керна) без добавления контраста. Однако 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 исследования 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 применили для обработки полученных данных. В дальнейшем планируется их использование в ЦКП «СКИФ».