Люди летали в космос, опускались в Марианскую впадину на дно океана, но никто не бывал под землей на глубине, превышающей четыре километра. Единственным свидетелем происходящего там остается образец горной породы — керн. Как ученым удается разгадать его тайны — рассказывает начальник управления комплексных исследований керна тюменского центра «Геосфера» Павел Рехачев.
О том, чем керн похож на губку
Любая выработка горной породы в форме цилиндра, которую получают при бурении, — это керн. Говорят, что по структуре он напоминает слоеный пирог, но больше он похож на губку: это твердое тело с пустотами внутри. В них содержатся углеводороды — нефть, природный газ, газоконденсат.
Керн — единственный источник наглядных данных о недрах. По нему определяют основные характеристики пород, из которых сложено месторождение.
Для нас, ученых, керн — геологическая летопись Земли. Многие месторождения нефти появились около 300–400 миллионов лет назад — в те времена, когда по планете ходили динозавры. В керне встречаются останки древних микроорганизмов (это фораминиферы, остракоды, конодонты) и членистоногих. Зная, когда жили эти существа, легко определить возраст породы. Это позволяет спрогнозировать нефтегазоносность всего района.
О том, как добывают и хранят керн
Керн извлекают при бурении поисковой или эксплуатационной скважины. В образующуюся скважину опускают специальную трубу, куда попадает горная выработка. Потом инструмент кернорватель отсекает столбик породы — около девяти погонных метров, — и его поднимают на поверхность. Важно сделать это как можно бережнее, чтобы перепады давления и температуры не повлияли на целостность.
Здание тюменского центра «Геосфера»
Здание тюменского центра «Геосфера»
Образцы кернов из тюменского центра «Геосфера»
Образцы кернов из тюменского центра «Геосфера»
Чтобы доставить образец в наш исследовательский центр «Геосфера» в полной сохранности, используют специальные антивибрационные прокладки и транспорт с усиленными рессорами. В центре есть кернохранилище, где поддерживается необходимый микроклимат — определенные влажность и температура. Образцы по хранилищу перемещают роботы — например, шаттлы, способные разместить керн на высоте до 15 метров.
О том, зачем керну томография
Один из первых этапов исследования в лабораториях «Геосферы» — компьютерная томография. По ней мы оцениваем, в каком состоянии керн, изучаем его пустоты и, опираясь на эту информацию, формируем программу дальнейших исследований.
МРТ помогает накопить цифровую базу кернового материала — мы называем ее цифровой библиотекой. Благодаря томографии получаем цифровой двойник керна. Он нужен для анализа пустотного пространства горной породы и моделирования процессов, которые происходят в ней при разработке месторождения.
Еще есть микротомография, благодаря которой получается тот же цифровой двойник, но в более высоком разрешении. Он нужен для микрофлюидных исследований. С помощью этой уникальной технологии мы переносим цифровую структуру керна на физическую пластинку из кремния и стекла с отверстиями внутри. Внешне она напоминает микросхему, что стоят в электронных устройствах. Каждая такая «микросхема» — копия пустотного пространства образца горной породы.
Каждый керн неповторим и представлен в единственном экземпляре. Во время исследований давление, температура, различные реагенты разрушают физический образец. Цифровые двойники и микрофлюидика позволяют сохранить его в виртуальной среде и выполнять бесчисленное количество тестов, не разрушая оригинал.
Несмотря на накопление цифровой библиотеки, мы все равно сохраняем физический керн. Это уникальный источник информации для следующих поколений, которые будут изучать историю Земли.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».