Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН (ИГиЛ СО РАН) совместно с Новосибирским государственным университетом (НГУ) в рамках деятельности консорциума «Синхротронное излучение для нефтегазовых технологий» и программы «Приоритет 2030» спроектировали и испытывают рентгенопрозрачный кернодержатель, который будет использоваться на одной из станций ЦКП «СКИФ».
Кернодержатель — это установка для изучения физических свойств образцов кернов горных пород. В ходе экспериментов с использованием кернодержателя ученые получают данные, которые используются в моделировании процессов фильтрации жидкостей и газов через горную породу, процессов распространения упругих волн и трещинообразования. Результат таких исследований — повышение эффективности нефтеотдачи пласта.
Установка, изготовленная по заказу ИГиЛ СО РАН и НГУ, будет использоваться на станции «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне» ЦКП «СКИФ».
Для проведения исследований образец керна помещается в специальную рентгенопрозрачную камеру кернодержателя, где воссоздаются условия, приближенные к тем, в которых образец находился в пласте (давление и температура). Затем ученые могут определять фильтрационно-емкостные свойства образца, пропуская через него флюиды для имитации процесса нефтедобычи. Также ученые могут испытывать образец на механическое разрушение и изучать прохождение упругих волн, отвечая на вопросы геофизических и геомеханических исследований.
В таком режиме прибор уже способен давать данные для построения моделей. Однако ключевая характеристика этого прибора — возможность совмещения стандартных измерений физических свойств с непрерывным контролем состояния образца методом рентгеновской томографии. На данный момент такие исследования проводятся с использованием лабораторных томографов. Вместе с тем, по словам ученых, лабораторная рентгеновская томография имеет ряд ограничений: она не позволяет различать близкие по плотности среды, также для получения сканов требуется длительное время.
Для управления установкой используется специализированное программное обеспечениеИспользование кернодержателя для экспериментов для экспериментов на станции ЦКП «СКИФ» открывает принципиально новые возможности для исследователей.
Во-первых, синхротронное излучение (СИ) позволяет увеличить контрастность получаемых сканов, а следовательно более точно разграничивать близкие по плотности материалы (нефть и вода).
Во-вторых, СИ имеет широкий энергетический спектр и значительно большую интенсивность, что позволяет делать томографию образца в динамике. Например, с использованием СИ можно в реальном времени наблюдать процесс вытеснения одного флюида другим. Такой подход дает значительный прирост информации, особенно в комбинации с измерением физических свойств. На основе полученных данных у специалистов появляется возможность динамической 3D-визуализации многофазной фильтрации.
Кроме того, на лабораторных источниках для получения скана образца требуются часы, на источнике синхротронного излучения — минуты.
«Благодаря таким исследованиям мы, во-первых, можем изучать в динамике, что будет с керном в реальном процессе нефтедобычи. Более того, полученные томографические изображения могут быть использованы для математического моделирования процессов в керне. В таких цифровых экспериментах мы можем менять и пластовые условия, и жидкости. В итоге не придется тратить значительные средства на лабораторные исследования множества кернов», — рассказал младший научный сотрудник Лаборатории моделирования гетерофазных материалов ИГиЛ СО РАН Алексей Новоселов.
На данный момент специалисты испытывают установку, проводят отладку методик.
«Сейчас тесты проходят без томографии, потому что для начала нужно понимать, насколько корректно измеряются физические свойства образцов в сравнении с известным оборудованием, известными исследованиями. Поэтому берём у коллег известные образцы, известные данные и проверяем их у себя», — прокомментировал Алексей Новоселов.
Жидкости и газы, находящиеся в колонках, поочередно подаются в керн, находящийся в пластовых условиях в кернодержателе. Таким образом имитируется процесс нефтедобычи