Диссертация (1173035), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Для этого в ней растворяют ряд различных солей до достижения сходного анионно-катионного состава с пластовой водой. Таким образом в работе [39] были получены кривые капиллярного давления при процессах динамического дренирования и пропитывания для пород нижнепермских36и фаменских отложений ТПП. Автором было сделано заключение о гидрофобности пород D3fm, однако следует признать, что эксперимент по определению смачиваемости был осуществлен не полностью, так как получена была только криваякапиллярного давления, связанная с впитыванием.
Кривая же дренирования представляла собой процесс моделирования остаточной водонасыщенности. В [79]определялась смачиваемость неэкстрагированных, экстрагированных и искусственно состаренных образцов керна преображенского горизонта Восточной Сибири по полному циклу USBM с определением насыщенности методом ЯМР, однако из явных выводов присутствуют только обоснованная критика метода ОСТ39-180-85 и описание влияния старения на поверхностные свойства.1.3.Возможности метода ЯМР при определении смачиваемостиМетод ядерной магнитной релаксометрии (ЯМР), открытый в 1946 г.
амери-канскими физиками Ф. Блохом (F. Bloch) и Э. М. Пёрселом (E. M. Purcell), является мощным неинвазивным инструментом исследования пустотного пространства образца, типа насыщающих флюидов и их распределения в порах и достаточно давно используется в нефтегазовой отрасли [10] как на уровне лабораторных испытаний, так и скважинных.
Данный метод основан на взаимодействииатомных ядер и внешних магнитных полей (явлении ядерного магнитного резонанса – ЯМР). ЯМР-измерения могут производиться на любом ядре, имеющем нечетное количество протонов или нейтронов, как например, ядро водорода (1H), углерода (13С) и натрия (23Na). Водород, имеющий только один протон и ни одногонейтрона, в изобилии встречающийся в воде и углеводородах, а также обладающий наибольшей относительной интенсивностью сигнала, выбран безусловнымобъектом ЯМР-измерений в геофизических исследованиях, в отличие от представляющих большой интерес 12С (нет ЯМР сигнала) и изотопа 13С (низкая концентрация в естественных условиях и слабый ЯМР сигнал) [10, 22, 91, 150].Петрофизическое обоснование использования метода ЯМР при скважинныхи лабораторных исследованиях связаны прежде всего с работами С.
М. Аксель-37рода, Я. Л. Белорая, И. С. Джафарова, А. А. Злобина, И. Я Кононенко, В. А. Мурцовкина, В. Д. Неретина, В. Д. Скирды, П. Е. Сынгаевского, В. Г. Топоркова,Б. И. Тульбовича, Р. Т. Хаматдинова, R. Accurt, R. Cleinberg, G. Coates, F. Craig,E. Fukushima, A. Howard, W. Kenyon, M. Miller, M.
Moore, C. Morriss, M. Prammer,A. Timur, H. Vinegar, J. White, Q. Zhan, и многих других. В настоящее время дальнейшее развитие ЯМР релаксометрии в России осуществляется силами организаций: ООО «Арктик-ГЕРС», институт геофизики УО РАН, Казанский федеральныйуниверситет, ООО «КогалымНИПИнефть», ООО «Нефтегазгеофизика», ООО«ПермНИПИнефть», ОАО «ТатНИПИнефть», ОАО «ТНК» и некоторыми другими.1.3.1.ЯМР релаксометрияПостоянное однородное магнитное поле, создаваемое магнитной системойЯМР релаксометра, упорядочивает (поляризует) хаотически расположенные магнитные моменты протонов. Результирующая макроскопическая намагниченностьравна магнитному моменту объема исследуемого образца и определяется количеством насыщающего флюида, что делает метод ЯМР прямым методом определения пористости [7, 75, 76, 87, 88].
Во многих источниках подчеркивается, что общая пористость, определяемая по ЯМР, не зависит от литологии, иначе говоря, нетребуется каких-либо эмпирических коэффициентов, учитывающих литологические особенности породы [129, 132].При воздействии внешнего магнитного поля величина намагниченности описывается законом Кюри для парамагнетиков [50]: 2≈∙,3 (1.13)где – число атомов водорода, - магнитный момент ядра, – индукция внешнего магнитного поля, – постоянная Больцмана, – абсолютная температура.Скорость поляризации определяется постоянной времени спин-решеточной(продольной) релаксации 1 [108]:38−() = 0 ∙ (1 − 1 ),(1.14)где – время воздействия магнитного поля на протоны, () – величина намагниченности на момент времени , 0 – окончательная и максимальная величинанамагниченности, 1 – время продольной релаксации, характерное для каждоготипа насыщающих жидкостей, а также пор, их содержащих.Далее вектор намагниченности переводится в поперечную плоскость припомощи импульсного магнитного поля (перпендикулярного постоянному полю )с частотой, равной Ларморовой частоте регистрируемых элементов.
При этом происходит резонансное поглощение энергии радиочастотного поля протонами и возникает явление ядерного магнитного резонанса:=∙2(1.15)При отключении радиочастотного поля прецессирующие протоны теряютфазовую когерентность, снижая общую намагниченность: измерительная катушказафиксирует затухающий сигнал спада свободной индукции (ССИ) 2∗ (Рисунок1.12).В условиях значительной неоднородности постоянного поля время 2∗ можетстать настолько малым, что регистрация сигнала ССИ окажется затруднительнойили невозможной.
В этом случае применяется метод спинового эха, а точнее модифицированный и усовершенствованный метод Карра-Пёрселла-Мейбум-Гилла(КПМГ) суть которого заключается в создании последовательности (90°––180°–2–180°–…–180°) высокочастотных импульсов определенной длительности, в ре-зультате которой снимается дефазировка, связанная с неоднородностью поля иформируется серия сигналов спин-эхо. Но в связи с необратимостью дефазировки,связанной с взаимодействием между молекулами (а также диффузией) серия спинэхо затухает. Регистрируемая релаксационная кривая, соответственно, представляет собой огибающую амплитуд сигналов спин-эхо (Рисунок 1.12) [40].39Рисунок 1.12 – Цикл КПМГ при ЯМР измерениях [40]Постоянная времени спада поперечной намагниченности носит названиевремени спин-спиновой (поперечной) релаксации 2.
Амплитуда серии спин-эхопри времени (поперечной намагниченности) ()равна [108]: () = 0 ∙− 2 ,(1.16)где – время воздействия магнитного поля на протоны, 0 – величина поперечной намагниченности на момент времени = 0 (то есть окончания 90° импульса).Релаксация флюидов в пустотном пространстве горной породы разделяетсяна три канала:1.Объемная релаксация (1об , 2об ).2.Поверхностная релаксация (1пов , 2пов ).3.Диффузия при наличии градиента магнитного поля ( 2диф ).40Все три канала действуют одновременно и определяются следующим образом[108]:1111=++;2 2об 2пов 2диф111=+;1 1об 1пов11об ≈ 2об ~ ;1 1,2пов =∙ ;1,2 122диф =.{ ∙ ( )2(1.17)Здесь – вязкость флюида, 1,2 – релаксационная активность (relaxivity) поверхности пор для 1 и 2 соответственно, – коэффициент молекулярной диффузии, – гиромагнитная частота протона, – градиент магнитного поля, ⁄ – удельнаяповерхность пор, – время между сигналами спин-эхо в цикле КПМГ.
Относительный вклад каналов в общее время релаксации зависит от типа флюида, размера пор, релаксационной активности, наличия градиента магнитного поля и характера смачиваемости поверхности пустотного пространства относительно насыщающего флюида.Классический лабораторный ЯМР эксперимент в отсутствии градиента магнитного поля состоит из следующих этапов (Рисунок 1.13) [19, 22]:1.Измерение методом КПМГ кривой поперечной релаксации, представляющей собой сигнал вида−() = ∑ 2(1.18)с нормально распределенным (в идеальном случае) шумом.2.Обратная задача по преобразованию этого суммарного сигнала в распределение амплитуд составляющих сигналов по временам поперечной релаксации. С точки зрения математики подобная процедура сводится к решению41интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода, то есть к нахождению распределения (2), и относится к классу, так называемых, некорректно поставленных задач [43]:2∫ (2) ∙ −2 2= (),(1.19)2где – время; () – сигнал ЯМР релаксации; 2 и 2 – соответственно, минимальное и максимальное значения время поперечной релаксации (определяемые условиями эксперимента).Результатом решения является парциальный (инкрементный) спектр, посути – гистограмма, так как полная амплитуда сигнала определяется суммированием дискретных точек, а не интегрированием кривой спектра.
В силутого, что абсцисса изменяется на порядки и обязывает использовать логарифмическое представление шкалы, такое вариант является наиболее удобным для визуализации и интерпретации.3.Восстановление теоретической кривой из полученного распределения сигнала по временам релаксации.4.Контроль совпадения теоретической кривой с экспериментальными данными.КорректностьпроводимыхЯМРисследований,помимопроцедурнастройки, предварительно должна быть подтверждена линейной связью амплитуды ЯМР сигнала с объемом исследуемого флюида (Рисунок 1.14). Кроме того,помимо математического моделирования процедуры обработки, сигнал и спектрсоставного (без физического контакта флюидов) образца должны отражать суперпозицию сигналов и спектров, его составляющих.
Для этого удобно использоватьнабор растворов дистиллированной воды с различными концентрациями растворенных парамагнитных солей (CuSO4, MgCl2·4H2O…), так как это позволяет предсказывать ЯМР параметры модельных образцов.421614Кривая релаксацииАмплитуда, у.е.12Мат. аппарат10−t8A(t ) = Bi e T2 i6i420-2 0500100015002000250030003500400001,5Парциальный(инкрементный)спектр0,2Парциальная пористость, %Амплитуда, у.е.Время, мс160,4140,6120,8101180,51,261,441,6200,110-2 0101001000Время релаксации, мс5001000150020002500300035004000Время, мс1614Амплитуда, у.е.1210Восстановленная криваярелаксации86420-2 05001000150020002500300035004000Время, мсРисунок 1.13 – Блок-схема исследования методом ЯМР [22]VNMR(H2O), см3А 20В1816141210864200 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20V(H2O), см3Рисунок 1.14 – Корреляция данных ЯМР и весового методов для объемногофлюида (А) и в случае реальных образцов (В) [22]43С практической точки зрения интересно использование флюидов различной вязкости, комбинации флюидов и образцов с различной пористой структурой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
