Способ исследования образцов мерзлых пород



Способ исследования образцов мерзлых пород
Способ исследования образцов мерзлых пород
Способ исследования образцов мерзлых пород
Способ исследования образцов мерзлых пород

 


Владельцы патента RU 2482465:

Шлюмберже Текнолоджи Б.В. (NL)

Изобретение относится к области исследования образцов мерзлых пород и может быть использовано для изучения пространственного распределения и концентрации ледяных и/или газогидратных включений в поровом пространстве образцов, определения размера включений, открытой или закрытой пористости и т.п. Образец мерзлых пород в условиях отрицательной температуры приводят в контакт с замороженным раствором рентгеноконтрастного агента. По окончании насыщения образца проводят компьютерную рентгеновскую микротомографию образца при отрицательных температурах и путем анализа полученного компьютерного томографического изображения определяют пространственное распределение и концентрацию ледяных и/или газогидратных включений, а также открытую и закрытую пористость. Техническим результатом изобретения является обеспечение визуализации ледяных и/или гидратных образований в поровом пространстве мерзлых пород за счет улучшения их контрастности, что позволяет производить оценки пространственного распределения и концентрирования льда и газовых гидратов в поровом пространстве пород, а также оценку открытой и закрытой пористости с помощью анализа рентгеновских изображений. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области исследования образцов мерзлых пород и может быть использовано для изучения пространственного распределения и концентрации ледяных и/или газогидратных включений в поровом пространстве образцов, определения размера включений, открытой или закрытой пористости и т.п.

Рентгеновская микротомография, позволяющая получать 3-мерные изображения внутренней структуры образцов горных пород и обладающая высоким разрешением от 1 мкм/пиксель и выше, широко используется для неразрушающего контроля внутренних характеристик материала и применяется в медицине для функциональной диагностики. В последнее время рентгеновская микротомография находит применение и для определения свойств образцов пород в нефтяной и газовой промышленности.

В основе метода рентгеновской микротомографии лежит реконструкция пространственного распределения линейного коэффициента ослабления (ЛКО) рентгеновского излучения в тонких слоях исследуемого образца с помощью компьютерной обработки проекции рентгеновских лучей в различных направлениях вдоль исследуемого слоя.

Величина ЛКО в каждом материале зависит от химического состава, плотности вещества и от энергии излучения

µ=µmρ,

µm - массовый коэффициент затухания под воздействием рентгеновского излучения (см2/г), ρ - плотность (г/см3).

Из уровня техники известно использование ренгеновской томографии для исследования образцов мерзлых и гидратосодержащих пород. Как правило, рентгенотомографические исследования используются для изучение макроледяных и газогидратных включений (линз, прослоев, порфиров) и в целом криогидратной текстуры. Так, с помощью рентгеновской томографии изучалось криогенное строение кернов мерзлых глинистых пород, при этом на рентгенотомографических изображениях были видны лишь ледяные прослои, размер которых превышал 1 мм [Torrance J.K., Elliot Т., Martin R., Heck R.J. X-ray computed tomography of frozen soil. Cold Regions Science and Technology 53, 2008, p.75-82]. При исследовании гидратосодержащих пород с помощью рентгеновской томографии были зафиксированы газогидратные прослои и трещины, которые образовались при диссоциации газогидратных линз [Kneafsey T.J, Lu Н., Winters W., Boswell R., Hunter R., Collett T.S. Examination of core samples from the Mount Elbert Gas Hydrate Stratigraphic Test Well, Alaska North Slope: Effects of retrieval and preservation. Marine and Petroleum Geology 28, 2011, p.381-393].

Однако эти исследования не позволяют идентифицировать поровые льдо и гидратные образования в силу их низкой контрастности.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в обеспечении визуализации ледяных и/или гидратных образований в поровом пространстве мерзлых пород за счет улучшения их контрастности, что позволяет производить оценки пространственного распределения и концентрирования льда и газовых гидратов в поровом пространстве пород, а также оценку открытой и закрытой пористости с помощью анализа рентгеновских изображений.

В соответствии с заявленным способом образец мерзлых пород в условиях отрицательной температуры приводят в контакт с замороженным раствором рентгеноконтрастного агента, по окончании насыщения образца проводят компьютерную рентгеновскую микротомографию образца при отрицательных температурах и определяют пространственное распределение и концентрацию ледяных и/или газогидратных включений, а также открытую и закрытую пористость путем анализа полученного компьютерного томографического изображения.

В качестве рентгеноконтрастного агента используют водорастворимое соединение, в состав которого входит химический элемент, обладающий высокой степень ослабления рентгеновского излучения.

В качестве химического элемента, обладающего способностью ослаблять рентгеновское излучение, используют элемент с большим атомным весом, а водорастворимое соединение представляет собой его соль или оксид.

В качестве элемента с большим атомным весом может быть использован тяжелый металл из группы Pb, Ba, Sr, Ra и др.

Контакт образца с замороженным раствором рентгеноконтрастного агента осуществляют при температуре ниже температуры фазового перехода лед - вода, то есть температуры плавления льда в образце, предпочтительно от -7°C до -10°C.

Предварительно исследуемый образец мерзлых пород и замороженный раствор рентгеноконтрастного агента могут быть выдержаны при температуре ниже температуры плавления льда в образце, предпочтительно от -7°C до -10°C, до стабилизации температуры по образцу.

Компьютерную рентгеновскую микротомографию образца проводят в услових отрицательной температуры, во избежания плавления льда/газогидрата в поровом пространстве, при температуре ниже температуры плавления льда в образце, предпочтительно, при температуре -7°C до -10°C.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1а приведено рентгеновское изображение, полученное для образца мерзлых пород без применения рентгеноконтрастного агента, на фиг.1б - рентгеновское изображение, полученное для образца мерзлых пород с применением рентгеноконтрастного агента, на фиг.2 - характеристическая гистограмма серой шкалы для льдосодержащего образца с применением и без применения рентгеноконтрасного агента, на фиг.3 - распределение пористости по высоте образца для двух случаев: пористости матрицы и эффективной пористости (с учетом содержания льда в порах), на фиг.4 - распределение размера пор для двух случаев: пористости матрицы и эффективной пористости (с учетом содержания льда в порах).

Заявленное изобретение основано на эффекте диффузии ионов водорастворимых соединений элементов, обладающих способностью ослаблять рентгеновское излучение (например, солей тяжелых металлов), по твердой фазе льда/гидрата в поровом пространстве пород при низких температурах, что обеспечивает улучшение контраста при проведении рентгеновской микротомографии при низких (отрицательных) температурах льда/гидрата.

Подходящими рентгеноконтрастными агентами являются водорастворимые соединения, содержащие элементы с большим атомным номером, например соли тяжелых металлов (Pb, Ba, Sr, Ra и т.д.). В качестве соли тяжелого металла выбирают растворимую соль в соответствии с таблицей растворимости неорганических веществ в воде. Такими солями могут быть: Pb(NO3)2, BaCl2 и др.

В примере реализации изобретения для улучшения рентгеновского контраста льда/газогидрата в поровом пространстве породы использовался замороженный 1% раствор Pb(NO3)2 в качестве источника ионов свинца для диффузии по твердой фазе льда/газогидрата при отрицательных температурах.

Насыщения льда солью металлов ведет, например, к понижению температуры фазового перехода лед - вода, что в свою очередь может приводить к таянию образца при температурах ниже 0°C (фазового перехода лед - вода для дистиллированной воды при нормальном давлении). С другой стороны, при понижении температуры скорость дифузии ионов в образец замедляется, что ведет к увеличению времени контакта для насыщения образца ионами. В общем случае температура при контакте образца с замороженным раствором должна быть меньше температуры фазового перехода лед - вода или газогидрат/вода в образце.

Приготовленный 1% раствор Pb(NO3)2 замораживают при температуре -15°C - -20°C, после чего замороженный раствор и исследуемый образец мерзлой породы переносят в холодильную камеру с температурой около -7°C, где они выдерживаются до стабилизации температуры. После этого образец устанавливают на замороженный раствор, т.е. осуществляют их непосредственный контакт. Образец в контакте с замороженным раствором выдерживают при изотермических условиях (температура постоянная около -7°C) в течение 7 дней. За это время происходит диффузионное насыщение образца мерзлых пород ионами тяжелого металла. По окончании насыщения контакт образца с замороженным раствором зачищается и образец мерзлых пород готов для сканирования на рентгеновском томографе при отрицательных температурах.

Проводят исследование образца с помощью низкотемпературной приставки (Cooling stage, http://www.skyscan.be/products/stages.htm) на рентгеновском микротомографе. Образцы сканировались при температуре около -10°C, чтобы избежать таяния льда в образце.

Предпочтительно, образец должен сканироваться с использованием рентгеновского микротомографа дважды, первый раз в исходном состоянии, затем после его насыщения ионами тяжелых металлов. Оба сканирования проводятся при температуре ниже плавления льда/ газогидрата в образце. Результатом сканирования в обоих случаях является 3-мерная цифровая модель керна: исходная и после насыщения ионами. В последней лед/газогидрат, находящийся в поровом пространстве, становится видимым (фиг.1) и отображается на гистограмме градаций серого в виде пика (фиг.2, стрелка). Сравнительный анализ 3-мерных цифровых моделей позволяет определить распределения льда/газогидрата в поровом пространстве, концентрацию по длине образца, распределение пор по размерам (фиг.3 и 4) и т.д.

1. Способ исследования образцов мерзлых пород, в соответствии с которым образец в условиях отрицательной температуры приводят в контакт с замороженным раствором рентгеноконтрастного агента, по окончании насыщения образца проводят компьютерную рентгеновскую микротомографию образца при отрицательных температурах и путем анализа полученного компьютерного томографического изображения определяют пространственное распределение и концентрацию ледяных и/или газогидратных включений, открытой и закрытой пористости в образце.

2. Способ по п.1, в котором в качестве рентгеноконтрастного агента используют водорастворимое соединение, в состав которого входит химический элемент, обладающий высокой степень ослабления рентгеновского излучения.

3. Способ по п.2, в котором в качестве химического элемента, обладающего высокой степенью ослабления рентгеновского излучения, используют элемент с большим атомным весом, а водорастворимое соединение представляет собой соль или оксид.

4. Способ по п.3, в котором в качестве элемента с большим атомным весом используют тяжелый металл из группы Pb, Ba, Sr, Ra и др.

5. Способ по п.1, в котором контакт образца мерзлых пород с замороженным раствором рентгеноконтрастного агента осуществляют при температуре ниже температуры плавления льда/гидрата в поровом пространстве образца.

6. Способ по п.5, в котором контакт образца мерзлых пород с замороженным раствором рентгеноконтрастного агента осуществляют при температуре от -7°С до -10°С.

7. Способ по п.1, в котором образец мерзлых пород и замороженный раствор рентгеноконтрастного агента предварительно выдерживают при температуре ниже температуры плавления льда/гидрата в поровом пространстве образца до стабилизации температуры.

8. Способ по п.7, в котором образец мерзлых пород и замороженный раствор рентгеноконтрастного агента предварительно выдерживают при температуре от -7°С до -10°С до стабилизации температуры.

9. Способ по п.1, в соответствии с которым компьютерную рентгеновскую микротомографию образца проводят при температуре ниже температуры плавления льда/гидрата в поровом пространстве образца.

10. Способ по п.9, в соответствии с которым компьютерную рентгеновскую микротомографию образца проводят при температуре от -7°С до -10°С.

11. Способ по п.1, в соответствии с которым предварительно проводят компьютерную рентгеновскую микротомографию образца в исходном состоянии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологиям нефтедобычи, а именно к способам гидродинамического моделирования залежей и проектирования на их основе разработки месторождений.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к области газовой дефектоскопии, может применяться при контроле сплошности покрытий с низкой водородопроницаемостью, наносимых на поверхность крупногабаритных металлических изделий сложной конфигурации.

Изобретение относится к области нефтяной геологии и является петрофизической основой объемного моделирования нефтенасыщенности, подсчета балансовых и извлекаемых запасов залежи дифференцированно, с учетом предельно нефтенасыщенной и переходной зон, для прогнозирования результатов опробования и анализа разработки.

Изобретение относится к теоретической теплотехнике и может быть использовано для определения коэффициента диффузии жидкости в материалах, имеющих капиллярно-пористую структуру.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности. .
Изобретение относится к области исследований параметров грунтов, а конкретней к способам определения коэффициента фильтрации плывунного грунта. .

Изобретение относится к способу измерения газопроницаемости тары вообще, такой, как бутылки, пакеты различных форм или также мембран и иных уплотнительных элементов, таких, как крышки.

Изобретение относится к устройству и способу определения проницаемости газа через стенки тары, в основном тары для промышленной продукции, например тары из полимерной пленки для пищевых, химических, фармацевтических, электронных продуктов и т.п.

Изобретение относится к области физико-химического применения, а именно к способам и устройствам для определения десорбционной ветви изотерм адсорбции кислорода при изменениях температуры от 20 до 500°С динамическим методом тепловой десорбции.

Изобретение относится к области исследования защитных свойств пакетов фильтрующих материалов средств индивидуальной защиты кожи (СИЗК) на основе активированных углеродсодержащих сорбентов (АУС) в динамических условиях.

Изобретение относится к области исследования строительных материалов и контрольно-измерительной технике, и может быть использовано для определения пористости керамических и силикатных материалов

Изобретение относится к области исследования образцов неконсолидированных пористых сред и может быть использовано для изучения открытой или закрытой пористости, распределения пор по размерам, удельной поверхности, пространственного распределения и концентрации ледяных и/или газогидратных включений в поровом пространстве образцов, определения размера включений и т.д

Изобретение относится к контролю качества бетонов, растворов и цементного камня

Изобретение относится к петрофизическим методам определения свойств пород и может быть использовано в нефтяной геологии для определения смачиваемости пород-коллекторов нефти и газа

Изобретение относится к области исследования структуры порового пространства горных пород и предназначено для определения латеральной анизотропии фильтрационных свойств терригенного коллектора по результатам исследования его керна

Изобретение может быть использовано при разработке месторождений углеводородов. Устройство для оценки динамики процесса прямоточной капиллярной пропитки образцов пород относится к области петрофизических исследований. Устройство предназначено для определения динамики изменения веса образца породы в процессе капиллярной прямоточной пропитки и расчета на основе полученных данных некоторых петрофизических параметров, в частности количества защемленного газа. В устройстве реализовано автоматическое сохранение уровня контактирующей с образцом жидкости без жесткой или упругой связи с буферной емкостью, подпитывающей водой образцовую камеру. Это позволяет проводить, практически без погрешности, постоянное взвешивание образцовой камеры с образцом, который в процессе впитывания воды за счет капиллярного насыщения постоянно увеличивает свой вес. Данные изменения веса во времени, зафиксированные электронными весами, обрабатываются с помощью компьютера. Техническим результатом является повышение точности оценки динамики насыщения породы за счет гидродинамической связи образцовой камеры и буферной емкости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов влагопроводности ортотропных капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности. Способ определения коэффициента влагопроводности листовых ортотропных капиллярно-пористых материалов включает создание в исследуемом образце равномерного начального влагосодержания, импульсное соприкосновение исследуемого образца с источником влаги, измерение изменения во времени сигнала гальванического преобразователя, определение времени достижения максимума на кривой изменения ЭДС гальванического преобразователя и расчет коэффициента влагопроводности. При этом импульсное увлажнение исследуемого изделия осуществляют по прямой линии движущимся источником влаги постоянной производительности в заданном направлении ортотропного материала, выполняют электроды гальванического преобразователя в виде прямолинейных отрезков и располагают их с обеих сторон линии импульсного увлажнения на прямых, параллельных линии импульсного увлажнения, расположенных на одинаковом заданном расстоянии от нее. Затем рассчитывают искомый коэффициент по формуле: D = x 0 2 / ( 2 τ max ) , где τmax - время достижения максимума на кривой изменения ЭДС гальванического преобразователя; х0 - расстояние между линией импульсного увлажнения и расстоянием до линий расположения электродов гальванического преобразователя. Техническим результатом изобретения является повышение точности контроля и обеспечение возможности определения коэффициентов влагопроводности в различных направлениях ортотропного листового материала.
Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства и предназначено для определения коэффициента фильтрации плывунного грунта в зоне распространения подзолистых почв. Через образец грунта пропускают поток воды. На поверхности образца грунта размещают грузик. Фиксируют начало погружения грузика. Измеряют параметры образца и потока воды. Рассчитывают по измеренным показателям коэффициент фильтрации грунта. Фиксируют величину концентрации фульвокислоты в потоке воды, прошедшем через образец грунта. При снижении величины концентрации на 10% от начального значения вводят в поток воды, направляемый в образец грунта, раствор фульвокислоты, восстанавливая величину концентрации фульвокислоты в потоке воды, прошедшем через образец грунта, до начального значения. Использование заявленного способа расширяет функциональные возможности определения коэффициента фильтрации грунта, позволяет быстро и точно определить коэффициент фильтрации грунта, подверженного воздействию фульвокислоты, в зоне распространения подзолистых почв. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области технологического контроля пористости хлебобулочных изделий в процессе их производства и может быть использовано при отработке оптимального режима технологии получения заданной пористости в цеховых лабораторных условиях. В способе измерения пористости хлебобулочного изделия и устройства для его осуществления, включающем выемку пористого куска мякиша, при выемке пористый кусок мякиша представляет собой всю плоскость разреза хлебобулочного изделия. Когерентное излучение от источника поступает в коллиматор, на выходе которого формируется пучок параллельных световых лучей. Далее световой пучок освещает поверхность пористого куска мякиша хлебобулочного изделия, находящегося в рабочей зоне, образуя некоторый угол «θ» с нормалью к поверхности. Отраженные от пористой поверхности рассеянные световые лучи собирают и строят изображение структуры пористого куска мякиша в плоскости наблюдения, где и измеряют размеры пор куска мякиша хлебобулочного изделия, при этом пористость определяют по формуле: I ¨ = S ¯ I ¨ S I ˙ ⋅ 100 , где S ¯ I ¨ - суммарная усредненная площадь пор куска мякиша; S I ˙ - площадь пористого куска мякиша. Причем рабочей зоне устанавливают всю поверхность разреза хлебобулочного изделия.Технический результат - повышение точности измерения за счет количественного измерения пористости хлебобулочного изделия. 2 н.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля горных пород, а именно к способам установления детальной характеристики структуры трещинно-порового пространства кристаллических пород, определения скрытых неоднородностей, флюидопроницаемости. Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород заключается в том, что выбуренные из горного массива цилиндрические образцы керна различной длины просвечивают ультразвуковыми продольными P-волнами по регулярной сетке во множестве направлений как угловых, так и вдоль оси образца керна. Затем определяют скорости упругих продольных волн в высушенных образцах и в насыщенных жидкостью. Получают массив данных скоростей упругих продольных волн для обоих состояний, который обрабатывают для получения данных о двумерном распределении скоростей и их отклонений от среднего значения для высушенных образцов и насыщенных жидкостью, представляемом в виде цветной или монохромной топографической карты с изолиниями с заполнением между ними или без него с координатами двугранный угол наблюдения - высота наблюдения датчика. Далее сравнивают полученные результаты измерений скоростей в высушенных образцах и в насыщенных жидкостью. Затем сравнивают результаты измерения скоростей упругих волн для образцов, насыщенных жидкостью, и для образцов в обоих состояниях, далее делают вывод о неоднородностях упругих и фильтрационных свойств горных пород, о степени насыщенности жидкостью горной породы и судят о том, какие нарушения имеются в естественном залегании массива пород. Техническим результатом является повышение эффективности и упрощение прогноза неоднородностей массива горных пород, невидимых трещин, внутренних контактов пород. 3 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.
Наверх