Способ определения пространственного распределения и концентрации компонента в поровом пространстве пористого материала



Способ определения пространственного распределения и концентрации компонента в поровом пространстве пористого материала
Способ определения пространственного распределения и концентрации компонента в поровом пространстве пористого материала

 


Владельцы патента RU 2467316:

Шлюмберже Текнолоджи Б.В. (NL)

Использование: для определения пространственного распределения и концентрации компонента в поровом пространстве пористого материала. Сущность: заключается в том, что в образец пористого материала закачивают контрастное рентгеновское вещество, в качестве которого используют водорастворимую соль металла с высоким атомным весом, вступающую в селективную ионно-обменную реакцию с исследуемым компонентом, с общей формулой: R+M-, где R+ выбирают из группы {Ва2+; Sr2+; T1+; Rb+…}, а М- выбирают из группы {Cln; NOn; OHn; CH3COO; SO4; …} в соответствии с таблицей растворимости неорганических веществ в воде, по окончании реакции селективного ионного обмена в образец закачивают неконтрастный вытесняющий агент, проводят компьютерную рентгеновскую микротомографию образца и определяют пространственное распределение и концентрацию исследуемого компонента путем анализа полученного компьютерного томографического изображения. Технический результат: повышение рентгеновской контрастности слабоконтрастных компонент, содержащихся в поровом пространстве, при проведении компьютерной томографии образцов пористых материалов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к способам неразрушающего анализа образцов пористых материалов, в частности, оно может быть использовано для анализа распределения остаточной нефти, а также определения концентрации естественной глины в образце керна или глины, проникшей в керн в ходе закачки бурового раствора.

Пространственное распределение компонент (остаточная жидкость, адсорбированные пленки на поверхности пор, глина или иной твердый заполнитель порового пространства), содержащихся в поровом пространстве пористого материала, является важной информацией для различных технических приложений в медицине, петрофизике, гражданском строительстве и материаловедении, разработке нефтяных и газовых месторождений.

Так, существует проблема повреждения пласта под воздействием бурового раствора (или промывочной жидкости), особенно для длинных горизонтальных скважин, т.к. заканчивание большинства из них производится в необсаженном состоянии, т.е. без цементированной и перфорированной эксплуатационной колонны.

Буровые растворы представляют собой сложные смеси глины, мелких частиц (размером от нескольких миллиметров до менее одного микрона) и органических добавок (полимеры, поверхностно активные вещества и т.д.), содержащихся в "несущей" жидкости - "основе" бурового раствора, в качестве которой может выступать вода, нефть или какая-либо синтетическая жидкость.

В процессе бурения под воздействием избыточного давления фильтрат бурового раствора, а также содержащиеся в нем мелкие частицы и глина проникают в околоскважиную зону пласта и вызывают значительное снижение ее проницаемости (для характеризации этого явления обычно используется термин "повреждение призабойной зоны пласта" или просто "повреждение пласта").

Во время технологической процедуры очистки скважины (путем постепенного вывода на добычу) эти компоненты частично вымываются из околоскважинной зоны, и ее проницаемость частично восстанавливается. Однако часть компонентов остается удержанной в поровом пространстве породы (абсорбируются на поверхности пор, захватываются поровыми сужениями и т.д.), что приводит к существенному различию между исходной проницаемостью и проницаемостью, восстановленной после проведения технологической процедуры очистки (обычно восстановленная проницаемость не превышает 50-70% от начальной).

Общепринятым лабораторным методом проверки качества бурового раствора является его прямая и обратная фильтрации через образец керна, в ходе которой замеряется динамика ухудшения / восстановления проницаемости как функция от количества закачанных поровых объемов бурового раствора или нефти (последнее - при обратной прокачке, моделирующей процесс очистки).

Однако распределение и концентрация глины и других компонентов бурового раствора, удерживаемых в поровом пространстве, по длине образца керна представляет собой важную информацию для понимания механизма повреждения пласта и выбора соответствующего метода повышения коэффициента продуктивности скважины (минимизации повреждения призабойной зоны пласта). Данные параметры не замеряются в рамках указанной выше традиционной процедуры проверки качества бурового раствора.

Одним из наиболее распространенных неразрушающих методов исследования структуры образца является рентгеновская компьютерная томография.

В патенте США №4540882 описывается метод определения глубины проникновения бурового раствора при помощи рентгеновской компьютерной томографии керна с добавлением контрастного агента. Первый материал добавляется к буровому раствору с целью обнаружения первого флюида, обладающего средним атомным номером, отличающимся от среднего атомного номера остаточных флюидов, содержащихся в околоскважинной зоне пласта. Сохраненный образец керна отбирается из скважины для сканирования компьютерным осевым рентгеновским томографом с целью определения коэффициентов поглощения рентгеновского излучения во множестве точек, лежащих в поперечном сечении образца керна. Образец керна сканируется при помощи рентгеновских лучей на первой и второй энергии. Полученные значения коэффициентов поглощения во множестве точек, лежащих на поперечном сечении при каждом значении энергии, используются для определения атомного номера элементов в изображении. Затем по атомному номеру элементов в изображении определяется глубина проникновения первого флюида, и полученное значение является индикатором глубины проникновения бурового раствора в образец керна.

Еще один метод раскрывается в патенте США №4722095, который основан на использовании высокого коэффициента поглощения рентгеновского излучения в барите, широко применяемым в качестве утяжеляющей добавки для бурового раствора. Сначала фильтрат бурового раствора удаляется из образца керна, после чего с помощью рентгеновской компьютерной томографии измеряется поровый и суммарный объемы образца керна, а также объем частиц барита, проникших в образец.

К сожалению, использование барита в качестве контрастного агента для оценки глубины проникновения бурового раствора не всегда обосновано, поскольку размер данных частиц сопоставим с размером поровых сужений и, следовательно, большая их часть будет захвачена в малых порах вблизи от входа в образец.

Другие компоненты бурового раствора (глина, полимеры, вода и т.д.) имеют, как правило, слабый контраст к рентгеновскому излучению и не могут быть пространственно разрешены с требуемой точностью.

Использование контрастного агента, растворимого в "несущей жидкости", как это предлагалось в патенте США №5027379, не позволяет оценить глубину проникновения и концентрацию глины и иных слабоконтрастных добавок, содержащихся в буровом растворе, поскольку глубина проникновения фильтрата бурового раствора и указанных добавок в общем случае различна.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении рентгеновской контрастности слабоконтрастных компонент, содержащихся в поровом пространстве, при проведении компьютерной томографии образцов пористых материалов. Указанные компоненты могут быть как природными (например, природная глина, пленочная нефть и т.д.), так и внедренными в ходе фильтрационных экспериментов (например, компоненты бурового раствора).

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в образец пористого материала закачивают контрастное рентгеновское вещество, в качестве которого используют водорастворимую соль металла с высоким атомным весом, вступающую в селективную ионно-обменную реакцию с исследуемым компонентом. В общем виде формула для водорастворимой соли металла может быть записана в виде: R+M-, где R+ выбирают из группы {Ва2+; Sr2+; Тl+; Tb+…}, а М- выбирают из группы {Сln; NOn; OHn; СН3СОО, SO4; …}. Вещества R+ и М- выбираются в соответствии с таблицей растворимости неорганических веществ в воде.

По окончании реакции селективного ионного обмена в образец закачивают неконтрастный вытесняющий агент, проводят компьютерную рентгеновскую микротомографию образца и определяют пространственное распределение и концентрацию рассматриваемого компонента путем анализа полученного компьютерного томографического изображения.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 приведены данные компьютерной рентгеновской микротомографии водного раствора исходной глины (до смешивания с контрастным агентом) и водного раствора контрастной глины, а на фиг.2 - пример компьютерной рентгеновской микротомографии образца после применения контрастного агента.

Основным критерием применимости метода является устойчивость исследуемых компонентов к процессу закачки контрастного агента.

При использовании в качестве контрастного рентгеновского вещества водорастворимой соли металла с высоким атомным весом, обладающей способностью вступать в селективную ионно-обменную реакцию с исследуемым компонентом, ионы тяжелых металлов аккумулируются на слабоконтрастной компоненте, увеличивая тем самым ее контраст к рентгеновскому излучению. В результате закачки в образец неконтрастного вытесняющего агента по окончании реакции селективного ионного обмена остатки соли тяжелого металла и продукты реакции вымываются из образца. Из анализа полученного компьютерного томографического изображения (см., например, Gonzalez R.С., Woods R.E. Digital Image Processing. Addison-Wessley, New York (1992)) определяют пространственное распределение и концентрацию рассматриваемого компонента.

В качестве первого примера реализации изобретения рассмотрим использование заявленного метода для увеличения контрастности к рентгеновскому излучению и последующего определения концентрации глины, удерживаемой в поровом пространстве после цикла прямая - обратная фильтрация модельного бурового раствора - 2% водного раствора бентонитовой глины - через образец керна.

Выполняют фильтрационный эксперимент по закачке 2% водного раствора бентонитовой глины и последующей отмывке проникшей глины из пористой среды (обратная прокачка). После окончания эксперимента в поровом пространстве образца сохраняется только глина, прочно удерживаемая в сужениях пор.

Выбирают растворимую в воде соль металла с высоким атомным весом, вступающую в селективную ионно-обменную реакцию с исследуемой глиной.

Принимая во внимание состав бентонитовой глины Al2[Si4O10](OH)2·nH2O и следуя стандартной таблице растворимости неорганических веществ в воде (например, Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем, Государственное научно-техническое издательство химической литературы. Ленинград, т.1-2, 1954), в качестве соли металла выбирают ВаСl2.

Для иллюстрации на Фиг.1 приведены данные компьютерной рентгеновской микротомографии водного раствора исходной глины (до смешивания с контрастным агентом) и водного раствора контрастной глины (т.е. глины, подвергшейся ионно-обменной реакции с солью ВаСl2).

Образец насыщают водным раствором контрастного агента (ВаСl2) и выдерживают некоторое время, зависящее от скорости реакции.

После окончания реакции через образец прокачивается 3-4 поровых объема модельного неконтрастного флюида (солевой раствор) для удаления продуктов реакции и остатков контрастного агента.

Скорости закачки не должны превышать скорость обратной прокачки в фильтрационном эксперименте.

Исследуют образец с помощью компьютерной рентгеновской микротомографии.

Пример компьютерной рентгеновской микротомографии образца после применения патентуемого контрастного агента приведен на Фиг.2. Аккумуляция ионов бария в глине, как результат ионно-обменной реакции, ведет к значительному увеличению ее контрастности (модифицированная глина соответствует белым областям на снимке).

Другим примером реализации изобретения является исследование содержания углеводородов в образце. Алканы при нагревании взаимодействуют с раствором брома в органическом растворителе, вступая в реакцию замещения. Это можно показать на примере взаимодействия н-додекана СН3(СН2)10СН3 с бромом, растворенным в четыреххлористом углероде СCl4.

Эту реакцию можно использовать для селективной модификации углеводородов в пористой среде. Образец, содержащий углеводороды, насыщается раствором брома, затем нагревается и выдерживается при заданной температуре. Температура и время реакции зависят от состава углеводородной смеси. После окончания реакции через образец необходимо прокачать 3-4 поровых объема модельного флюида (солевой раствор) для удаления продуктов реакции. Введение брома позволяет увеличить контраст углеводородов в порах образца при исследовании с помощью компьютерной рентгеновской микротомографии.

1. Способ определения пространственного распределения и концентрации компонента в поровом пространстве пористого материала, в соответствии с которым
- в образец пористого материала закачивают контрастное рентгеновское вещество, в качестве которого используют водорастворимую соль металла с высоким атомным весом, вступающую в селективную ионно-обменную реакцию с исследуемым компонентом, с общей формулой: R+M-, где R+ выбирают из группы {Ва2+; Sr2+; Т1+; Rb+…}, a M- выбирают из группы {Сln; NOn; OHn; CH3COO, SO4; …} в соответствии с таблицей растворимости неорганических веществ в воде,
- по окончании реакции селективного ионного обмена в образец закачивают неконтрастный вытесняющий агент,
- проводят компьютерную рентгеновскую микротомографию образца и
определяют пространственное распределение и концентрацию исследуемого компонента путем анализа полученного компьютерного томографического изображения.

2. Способ по п.1, в соответствии с которым в качестве вытесняющего агента используют водный солевой раствор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам определения концентрации естественной глины в образце керна или глины, проникшей в керн в ходе закачки бурового раствора. .
Изобретение относится к области технической физики, а именно к дефектоскопии с использованием ионизирующего излучения, и наиболее эффективно может быть использовано для определения внутренних дефектов тел сложной конфигурации.

Изобретение относится к области рентгеновского спектрального анализа и может быть использовано для контроля спектров излучения рентгеновских источников, а также для анализа элементного состава и атомарной структуры исследуемых образцов по спектрам их поглощения.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. .

Изобретение относится к области рентгеновской техники. .

Изобретение относится к области криминалистики и судебно-технической экспертизе документов. .

Изобретение относится к области нефтепромысловой геофизики и может быть использовано при исследовании процессов многофазной фильтрации жидкостей, в частности процессов вытеснения нефти агентами из слоисто-неоднородного пласта с определением флюидонасыщенностей терригенных пород.

Изобретение относится к устройствам для определения пространственно-спектральных характеристик рентгеновского излучения, генерируемого плазменными образованиями, источниками рентгена с широким спектральным диапазоном, и может быть использовано в научных и прикладных задачах, например в области термоядерных исследований или при разработке источников рентгеновского излучения для литографических систем и т.п

Изобретение относится к области рентгенографической техники и может быть использовано при проверке багажа, ручной клади и других объектов контроля во время таможенного и специального досмотра

Использование: для количественного определения насыщенности образцов горной породы. Сущность: заключается в том, что выполняют приготовление образца керна, моделирование пластовых условий в образце керна, совместную фильтрацию минерализованной воды и нефти через образец керна, измерение в процессе фильтрации промежуточной интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через образец, и установление по математическим формулам водонасыщенности, при этом измеряют интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего через образец с начальной и конечной водонасыщенностью, получают опорный сигнал, значение остаточной водонасыщенности получают после фильтрационного эксперимента выпариванием воды из образца при температуре 110-160°C, значения начальной, остаточной водонасыщенности и опорного сигнала используют для определения промежуточной водонасыщенности по определенной математической зависимости. Технический результат: уменьшение времени на проведение измерения водонасыщенности пород керна, а также увеличение точности определения значений водонасыщенности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицине, диагностике, оценке эффективности препаратов для лечения остеопороза. Диагностику остеопороза и контроль его динамики проводят рентгенабсорбционным методом на остеометре, причем за диагностический критерий остеопороза принимают наличие полостных образований в трабекулярных отделах костей, по динамике закрытия которых судят об эффективности препарата или препаратов. Способ обеспечивает объективную диагностику остеопороза и оценку эффективности действия препарата или препаратов-остеопротекторов, определение тяжести заболевания не по минеральной плотности, а по наличию полостей в трабекулярных отделах костей. 3 ил., 3 пр.

Изобретение относится к строительству, а именно к способу исследования процесса дисперсного армирования и микроармирования бетонов для повышения их трещиностойкости. Для этого изучают взаимодействие стекловолокна с цементным камнем в течение заданного времени. Предварительно стекловолокно наклеивают на пластиковую пластинку, вкладывают ее в форму для приготовления цементных образцов и заливают цементным тестом. Пластиковую пластинку с приклеенным стекловолокном вкладывают таким образом, чтобы стекловолокно соприкасалось с цементным тестом. После отвердения цементные образцы извлекают из формы и отделяют волокно от пластинки. Затем волокно исследуют с помощью рентгеноспектрального анализа и электронной микроскопии. Способ позволяет определить элементный состав, структуру продуктов взаимодействия волокна с цементным камнем. Кроме того, оценивают стойкость стекловолокна по сравнению диаметра стекловолокна после испытания с диаметром исходного волокна. Изобретение позволяет сравнивать применение стекловолокон различного состава в качестве армирующих материалов. 7 ил.

Использование: для определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства. Сущность изобретения заключается в том, что в образец керна закачивают контрастное рентгеновское вещество, сканируют образец посредством рентгеновской томографии, получают гистограммы. Способ отличается тем, что в качестве контрастного рентгеновского вещества в образец керна закачивают смесь желатина и йодосодержащего вещества в концентрации не менее 10 процентов по массе приготовляемого раствора. Технический результат: повышение точности определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства, а также обеспечение возможности изучения структурных особенностей керна после химических или физических воздействий. 2 ил.

Использование: для измерения уровня зольности биологического материала автоматическим или полуавтоматическим способом. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает этапы сканирования биологического материала электромагнитным излучением на по меньшей мере двух уровнях энергии; определения объема излучения, переданного через указанный образец биологического материала на указанных уровнях энергии и оценки уровня влажности биологического материала на основе соотношения между указанным определенным объемом излучения, переданного через биологический материал на указанных уровнях энергии. Затем оценивается уровень зольности биологического материала на основе указанной оценки уровня влажности биологического материала и средних коэффициентов ослабления для биологического материала в отсутствие влажности, коэффициентов ослабления для горючей части биологического материала и коэффициентов ослабления для золы в биологическом материале при указанных уровнях энергии. Также раскрывается соответствующее устройство. Технический результат: обеспечение точной оценки уровня влажности образца материала в широком диапазоне значений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу определения компонентного состава и криолитового отношения калийсодержащего электролита и может быть использовано в цветной металлургии, а именно при технологическом контроле состава электролита методом количественного рентгенофазового анализа. Способ включает отбор пробы электролита из ванны, размол образца и добавление к размолотому образцу фторида натрия. Затем проводят спекание образца и определение криолитового отношения и концентрации фторидов в образце. После спекания образец подвергают дополнительной термической обработке до достижения равновесного фазового состава Na3AlF6, K2NaAlF6, CaF2, NaF, а определение криолитового отношения и концентрации фторидов в образце проводят количественным рентгенофазовым анализом. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении точности определения криолитового отношения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Использование: для измерения содержания серы в углеводородных жидкостях. Сущность изобретения заключается в том, что поточный анализатор серы содержит рентгеновскую трубку, измерительную кювету и детектор рентгеновского излучения, при этом между рентгеновской трубкой и измерительной кюветой установлен фильтр, выполненный из фольги, материал которой выбран из металлов с атомными номерами с 42 по 49, причем минимальная толщина bmin фильтра составляет не менее 50 мкм, а максимальная толщина bmax фильтра определяется из условия на 1 Вт мощности рентгеновской трубки, где I0 - интенсивность излучения рентгеновской трубки, I1 - интенсивность излучения, прошедшего через фильтр. Технический результат: обеспечение возможности снижения потерь интенсивности излучения при его поступлении от рентгеновской трубки на детектор и, соответственно, снижение времени экспозиции и увеличение скважности измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх