Компьютерная томография - метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта, был предложен в 1972 г Г. Хаунсфилдом и А. Кормаком, удостоенными за эту разработку Нобелевской премии.
Исследования горных пород рентгеновским методом основано на различии в плотности горной породы, минеральных включений, пустот и трещин, и заполняющих их пластовых флюидов [1].
Микрофокусная рентгеновская пушка просвечивает объект, регистрация его теневых проекций выполняется матричным детектором. Рентгеновское излучение, проходя сквозь горную породу, теряет мощность пропорционально ее плотности и регистрируется ячейками матрицы приемника, формируя пиксельное изображение.
В процессе сканирования объект вращается вокруг своей оси, за счет чего накапливается пакет из более 100 виртуальных сечений [2]. Из полученных снимков, представляющих собой полутоновые изображения, яркость которых характеризует степень поглощения рентгеновского излучения, реконструируется объемная 3-мерная модель образца. Таким образом, результатом рентгеновской томографии является 3-мерное распределение плотности образца в объеме, что позволяет судить о структуре матрицы горной породы и распределении пор и включений [3].
С 2011 г в ПНИПУ проводятся исследования керна на базе системы рентгеновского контроля с функцией компьютерной томографии NikonMetrology XT H 225, которая хорошо зарекомендовала себя при исследованиях керна за рубежом. Обработка полученных изображений и 3-мерное моделирование образцов проводилась в программном комплексе VSG Avizo Fire.
Нами были проведены исследования образцов горных пород:
1. Терригенные породы (полноразмерные D=100мм, стандартные D=30мм);
2. Карбонатные породы (полноразмерные D=100мм, стандартные D=30мм);
3. Кубические образцы сильвинитов Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей размером 50х50х50 мм.
При исследовании полноразмерных терригенных пород удалось обнаружить лишь трещины и крупные поры (рис.1а). Обнаруженные трещины, как правило, очень узкие (ширина 0,001 мм), редко попадались и широкие с максимальной шириной раскрытия 1мм. Межгранулярная пористость на полноразмерных образцах не видна. При исследовании стандартных терригенных образцов межгранулярные поры уже отличимы от скелета породы (рис.1б).
Рис. 1. Терригенные образцы (а - Ø 100 мм, б - Ø 30 мм)
При исследованиях карбонатных полноразмерных образцов было обнаружено большое число каверн, они довольно крупные, максимальные размеры 2-3 мм (рис. 2а). Подсчитана каверновая пористость. При опытах работы над стандартными образцами карбонатных пород получены самые успешные результаты. В образцах обнаружены трещины, каверны, поры, включения кальцита. В ходе исследования были зафиксированы совпадения каверн определенных ранее в полноразмерных образцах.
Каверны достаточно крупные - диаметр в пределах 3 мм, в некоторых образцах каверны соединены каналами и занимают довольно большой объем. В других типах образцов были зафиксированы поры. Поры по размерам крупные, по форме округлые, открытые. Коллектор такого типа высокопористый от 20 до 30% (рис. 2б).
Рис. 2. Карбонатные образцы (а - Ø 100 мм, б - Ø 30 мм)
Нами проводилось исследование образцов сильвинитов ВКМКС кубической формы до воздействия на них нагрузки сжатия, после первой нагрузки, а затем после повторной нагрузки, соответствующей пределу прочности образца на сжатие.
Результат - не только визуальное представление в пространстве самого образца и трещин, но и цифровые значения объемов до и после нагрузки (рис. 3).
Рис 3. Образец в ходе исследований: А - до сжатий; Б - после первого сжатия; В - после второго сжатия
Заключение
Рентгеновская томография керна - очень перспективный метод при исследовании петрофизических свойств горных пород.
Метод позволяет решать огромное разнообразие прикладных и фундаментальных геологических задач. Мы можем полностью визуализировать породу в 3D изображении и рассчитать все ее свойства, выделить трещины, поры, каверны, включения, а также неоднородности, различные слои породы и дифференциацию плотности. Рентгеновская томография позволяет исследовать образцы различных размеров, не только коллектора, но и любые другие горные породы.
Список литературы
1. Жуковская Е.А., Лопушняк Ю.М. Использование рентгеновской томографии при исследовании терригенных и карбонатных коллекторов// Геология и геофизика, 2008. С. 24-31.
2. Иванов М.К., Бурлин Ю.К., Калмыков Г.А., Карнюшина Е.Е., Коробова Н.И. Петрофизические методы исследования кернового материала: учеб. пособие в 2-х книгах. М.: Издательство Московского университета, 2008. С.91-97.
3. Еременко Н.М., Муравьева Ю.А. Применение методов рентгеновской микротомографии для определения пористости в керне скважин // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2012. Т. 7. №3. URL: http://www.ngtp.ru/rub/2/35_2012.pdf
Автор: А. Кочнев, ПНИПУ
