ES2953470T3

ES2953470T3 - Generador de imágenes químicamente selectivo para generar imágenes de fluido de una formación de subsuperficie y método de uso del mismo

Info

Publication number: ES2953470T3
Application number: ES17760826T
Authority: ES
Inventors: Matthias Appel; Benjamin Charles Anger; JONG Hilko de; Lynn Faith Gladden; Michael David Mantle; Andrew John Sederman; Nicholas Philip RAMSKILL
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2023-11-13
Anticipated expiration: 2037-03-02
Also published as: MY196649A; RU2018134586A3; CN108779670B; EP3423677C0; AU2017225775A1; CA3015233A1; WO2017151928A1; AU2017225775B2; BR112018067396A2; NZ745506A; RU2736931C2; US10481291B2; EP3423677B1; CN108779670A; EP3423677A4; EP3423677A1; RU2018134586A; US20170254920A1; PL3423677T3

Abstract

Se divulga un generador de imágenes y un método para obtener imágenes de fluido de una formación subsuperficial. El generador de imágenes incluye una carcasa que tiene una pared lateral que define un pasaje para recibir una muestra central de la formación del subsuelo a su través. El alojamiento está colocado en una herramienta de fondo de pozo y tiene una entrada de fluido para recibir fluido desde la formación subsuperficial al interior del pasaje. El generador de imágenes también incluye un imán permanente colocado en la pared lateral de la carcasa, una bobina de radiofrecuencia colocada en la pared lateral de la carcasa entre el imán permanente y el paso, un campo gradiente en la pared lateral de la carcasa entre el imán permanente y la radio. bobina de frecuencia y un generador de imágenes químicamente selectivo. El generador de imágenes químicamente selectivo está conectado operativamente a la bobina de radiofrecuencia para pulsar selectivamente frecuencias de acuerdo con una secuencia de pulsos mediante la cual se generan mediciones de fluidos individuales de la muestra. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Generador de imágenes químicamente selectivo para generar imágenes de fluido de una formación de subsuperficie y método de uso del mismo

Antecedentes

La presente descripción se refiere de forma general a la evaluación de formaciones. Más específicamente, la presente descripción se refiere a técnicas de evaluación de formaciones, tales como generación de imágenes de formaciones de subsuperficie y de fluidos en las mismas.

La exploración puede utilizarse para localizar hidrocarburos valiosos, tales como petróleo y gas. Las plataformas de perforación se disponen en pozos para perforar perforaciones de pozo y desplegar herramientas de fondo del pozo para localizar depósitos de subsuperficie. Las herramientas de fondo de pozo, tales como herramientas de perforación, se llevan al interior del pozo. Las herramientas de fondo de pozo, tales como las herramientas por cable (wireline), se despliegan mediante un cable en el orificio del pozo para recoger muestras de subsuperficie para su evaluación.

Las herramientas de fondo de pozo están con frecuencia provistas de dispositivos de registro, tales como un dispositivo de resonancia magnética nuclear para la generación de imágenes de formaciones de subsuperficie. Las herramientas de fondo de pozo también están provistas de herramientas de muestreo, tales como sondas, para extraer muestras de fluido de subsuperficie en la herramienta de fondo de pozo, y herramientas de extracción de muestras, tales como dispositivos de extracción de muestras axiales y de pared lateral, para cortar muestras de formaciones de subsuperficie. En las patentes US-6.047.239 y US-6.897.652 proporcionan ejemplos de herramientas de fondo de pozo.

Las muestras recogidas son capturadas en la herramienta de fondo de pozo y se recuperan en la superficie. Las muestras se llevan a laboratorios para la realización de pruebas. Se llevan a cabo pruebas en las muestras para determinar la presencia de hidrocarburos. En algunos casos, es posible realizar pruebas en muestras testigo utilizando resonancia magnética nuclear. En las patentes US-9.133.709, US-8.499.856, US-6.220.371 y US-4.769.602 se proporcionan ejemplos de pruebas.

Dechter y col. (“ Use of presaturation for chemical-shift-selective imaging of individual fluids in sandstone and carbonate cores” J Magnetic Resonance 93:1:142-150; 1 de junio de 1991, describe el uso de presaturación por RF para obtener imágenes selectivas por desplazamiento químico, específicas de fluido, de petróleo refinado y salmuera acuosa en testigos de carbonato y arenisca.

Ramskill y col. (“Application of compressed sensing MRI to laboratory core-floods” Intl Symposium of Society of Core Analysts 16 Sept 2015) describe RNM de detección comprimida para obtener imágenes de saturación de agua residual en una resolución temporal.

EP 1977081 A2 (Schlumberger) se refiere a una herramienta de extracción de muestras por cable para adquirir un testigo de pared lateral. La herramienta de extracción testigo tiene una unidad de análisis testigo que funciona para medir las propiedades geofísicas de un testigo de pared lateral adquirido.

A pesar de los avances en las pruebas y muestreos de las formaciones, sigue existiendo la necesidad de técnicas y herramientas capaces de evaluar con precisión las formaciones de subsuperficie.

Resumen de la invención

En al menos un aspecto, la presente invención se refiere a un generador de imágenes para generar imágenes de un fluido de una formación de subsuperficie. El generador de imágenes incluye un alojamiento que tiene una pared lateral que define un conducto para recibir una muestra testigo de la formación de subsuperficie a través del mismo. El alojamiento está configurado para situarse en una herramienta de fondo de pozo de modo que el generador de imágenes pueda funcionar cuando la herramienta de fondo de pozo se despliega en un orificio de pozo, y tiene una entrada de fluido para recibir fluido procedente de la formación de subsuperficie en el conducto. El generador de imágenes comprende además un imán permanente dispuesto en la pared lateral del alojamiento orientado para dirigir un campo magnético a través del conducto, una bobina de radiofrecuencia dispuesta en la pared lateral del alojamiento entre el imán permanente y el conducto orientado para dirigir un campo de radiofrecuencia a través del conducto, y medios configurados para generar un gradiente de campo magnético, estando dispuestos los medios en la pared lateral del alojamiento entre el imán permanente y la bobina de radiofrecuencia para dirigir de forma selectiva un campo de gradiente a través del conducto. El generador de imágenes está configurado para generar imágenes independientes de hidrocarburos y fluidos acuosos en la muestra testigo mediante excitación selectiva de la magnetización de una de dichas dos especies cada vez utilizando adquisición rápida con secuenciación de pulso de mejora de relajación en combinación con detección comprimida.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un método de generación de imágenes de fluido de una formación de subsuperficie. El método comprende disponer una muestra testigo de la formación de subsuperficie en un conducto de un generador de imágenes en una herramienta de fondo de pozo; inundar la muestra testigo haciendo pasar el fluido de la formación al conducto, y generar imágenes de la muestra testigo inundada. La generación de imágenes comprende dirigir un campo magnético a través del conducto en una dirección a lo largo de un eje longitudinal del conducto, dirigir de forma selectiva un gradiente de campo magnético a través del conducto, emitir de forma selectiva pulsos de un campo de radiofrecuencia a través del conducto en una dirección ortogonal a la dirección del campo magnético y el eje longitudinal del conducto, y generar imágenes independientes de los hidrocarburos y fluidos acuosos en la muestra testigo excitando de forma selectiva la magnetización de una de dichas dos especies cada vez utilizando una adquisición rápida con secuenciación de pulso de mejora de relajación en combinación con detección comprimida.

Breve descripción de los dibujos

Es posible obtener una descripción más particular de la invención, resumida brevemente con anterioridad, haciendo referencia a realizaciones de la misma, que se ilustran en los dibujos adjuntos. Sin embargo, debe señalarse que los dibujos adjuntos ilustran realizaciones ilustrativas de esta invención y, por lo tanto, no deben considerarse limitativos de su ámbito, que es definido únicamente por las reivindicaciones. Las figuras no están necesariamente a escala, y ciertas características y ciertas vistas de las figuras pueden mostrarse exageradas en escala o como esquema a efectos de claridad y concisión.

La Fig. 1A es un diagrama esquemático que representa una localización del pozo con una herramienta de fondo de pozo desplegada en un orificio de pozo que penetra en una formación de subsuperficie que tiene fluido en la misma, teniendo la herramienta de fondo de pozo un generador de imágenes en la misma.

La Fig. 1B es una vista ampliada de un poro en una formación subterránea.

La Fig. 2 es un diagrama esquemático que representa un generador de imágenes para generar imágenes de muestras testigo tomadas de la formación de subsuperficie.

Las Figs. 3A y 3B son diagramas esquemáticos que representan procesos de generación de imágenes para generar imágenes de fluido en la muestra testigo.

Las Figs. 4A-4C son diagramas esquemáticos que representan secuencias de pulsos 1D, 2D y 3D, respectivamente, generadas durante la generación de imágenes.

Las Figs. 5A-5C son imágenes de fluidos en la muestra testigo.

La Fig. 6 es un diagrama de flujo que representa un método de generación de imágenes de fluido en una formación de subsuperficie.

Descripción detallada de la invención

En la descripción que sigue se especifican numerosos detalles para proporcionar una comprensión de la presente descripción. Sin embargo, los expertos en la técnica entenderán que la presente invención puede ponerse en práctica sin estos detalles y que son posibles numerosas variaciones o modificaciones de las realizaciones descritas siempre que las variaciones y modificaciones resultantes caigan dentro del ámbito de las reivindicaciones.

Se describen técnicas para la generación de imágenes químicamente selectiva de una formación de subsuperficie. Estas técnicas comprenden realizar generación de imágenes por resonancia magnética (MRI) [o generación de imágenes por resonancia magnética nuclear (NMR)] de muestras testigo de la formación de subsuperficie. La generación de imágenes puede realizarse in situ y/o en la superficie utilizando un dispositivo capaz de aplicar de forma selectiva pulsos de campo magnético que oscilan en radiofrecuencia en las muestras de testigo. La generación de imágenes químicamente selectiva puede generar imágenes de cualquier especie activa para NMR (p. ej. 1H o 23Na) utilizando sondas de ajuste único o múltiple. La generación de imágenes por contraste (p. ej., relajación y/o difusión) también puede realizarse para comparación.

Según la invención, la generación de imágenes se realiza para medir de forma selectiva hidrocarburos (p. ej., petróleo crudo o dodecano) y fluidos acuosos (p. ej., agua, salmuera, etc.), en la muestra testigo por separado. En particular, la generación de imágenes puede utilizarse para diferenciar entre fluidos acuosos e hidrocarburos en las muestras de testigo. Estas imágenes pueden utilizarse, por ejemplo, para caracterizar los parámetros del fluido, tales como el caudal y el tipo de hidrocarburos producidos. La información recopilada de dicha generación de imágenes puede utilizarse, por ejemplo, para identificar fluidos específicos, fluidos de imagen individual, evaluar la formación que contiene el fluido, determinar parámetros de fondo de pozo, detectar hidrocarburos valiosos, proporcionar información para planificar operaciones de campos petrolíferos, entre otros.

La generación de imágenes de los fluidos puede hacerse de forma selectiva utilizando, por ejemplo, secuencias de pulsos 1D, 2D o 3D. Para facilitar la generación de imágenes (p. ej., reducir el tiempo de adquisición), se utiliza una adquisición rápida con secuenciación de pulsos de mejora de relajación (RARE) para recoger tamaños de muestra reducidos de los datos y detección comprimida (CS) para reconstruir imágenes de los tamaños de muestra reducidos. Esta técnica de generación de imágenes rápida puede utilizarse para reducir el tiempo de adquisición de imágenes que puede utilizarse, por ejemplo, para minimizar el tiempo que permanece una herramienta en el fondo del pozo llevando a cabo la generación de imágenes.

La Fig. 1A es un diagrama esquemático que representa una localización 100 del pozo para realizar operaciones de subsuperficie. La localización 100 del pozo se dispone alrededor de una formación subterránea 102 que tiene un depósito 104 con fluido en la misma. La formación 102 tiene uno o más poros 108 con fluido en los mismos. Como se muestra en la Fig. 1B, una vista ampliada del poro 108, una parte 106a del fluido puede estar dispuesta de forma central dentro del poro 108 y una parte 106b puede estar dispuesta en los recesos 110 del poro 108. La parte central 106a puede representar fluidos recuperables y la parte 106b puede representar fluidos atrapados dentro del poro 108.

Como se muestra, la localización 100 del pozo incluye una plataforma 112 de perforación, una herramienta 114 de fondo de pozo y una unidad 116 de superficie. La herramienta 114 de fondo de pozo se despliega en un orificio 118 de pozo para medir los parámetros de subsuperficie. La herramienta 114 de fondo de pozo mostrada es una herramienta por cable desplegada en el orificio 118 de pozo a través de un cable 120, aunque puede utilizarse cualquier herramienta de fondo de pozo (p. ej., perforación, tubo enrollado, producción y/o otra herramienta). El cable 120 está en comunicación con la unidad 116 de superficie para pasar señales entre los mismos. La unidad 116 de superficie puede utilizarse para recoger datos desde la herramienta 114 de fondo de pozo y/o enviar señales (p. ej., alimentación, comandos, etc.) a la herramienta 114 de fondo de pozo.

La herramienta 114 de fondo de pozo de la Fig. 1A puede incluir una variedad de componentes para realizar diversas operaciones. Como se muestra, la herramienta 114 de fondo de pozo incluye electrónica 122a, una muestra 122b de fluido, una muestra 122c testigo, un generador 122d de imágenes y un colector 122e. La electrónica puede incluir diversos dispositivos, tales como alimentación, control, procesamiento, comunicación (p. ej., telemetría) y/o otros dispositivos utilizados en operaciones de fondo de pozo.

La muestra 122b de fluido puede ser una herramienta de muestreo convencional capaz de extraer muestras de fluido de la formación de subsuperficie en la herramienta 114 de fondo de pozo. La muestra testigo 122c puede ser una herramienta de extracción de muestras de pared lateral convencional capaz de cortar muestras 125b testigo de una pared del orificio de pozo que rodea la formación. Aunque la Fig. 1A muestra un ejemplo de extracción de muestras de pared lateral, puede utilizarse una herramienta de extracción de muestras axial en la herramienta 114 de fondo de pozo. El colector 122e puede ser un receptáculo para almacenar las muestras recogidas. Se proporciona un ejemplo de una herramienta por cable con capacidades de muestreo en la patente US-6.047.239.

El generador 122d de imágenes, como se muestra, incluye un alojamiento 124 con una pared lateral 126 que define un conducto 128 a través del mismo. La muestra 122b de fluido y la muestra 122c testigo pueden disponerse alrededor (p. ej., más arriba en el orificio) del generador 122d de imágenes para pasar las muestras 125a de fluido y las muestras 125b testigo, respectivamente, a través de una entrada 128a y al conducto 128 para la medición, tal como se indica esquemáticamente mediante las flechas. El generador 122d de imágenes puede incluir, por ejemplo, un generador de imágenes de resonancia magnética (MRI) configurado para recibir las muestras de fluido y testigo 125a,b, tal como se describe más adelante en la presente descripción.

Es posible generar imágenes de la muestra 125b testigo utilizando el generador 122d de imágenes. La muestra 125b testigo puede pasar a través de una entrada 128a de conducto (p. ej., una puerta) dispuesta en el alojamiento para recibir la muestra testigo en el conducto, tras lo cual la muestra testigo puede disponerse en el conducto 128 del generador 122d de imágenes. La muestra 125b testigo puede saturarse con la muestra 125a de fluido (u otro fluido) utilizando inundación de testigo, como se indica con las flechas. Las muestras 125a,b de fluido y testigo pueden liberarse (p. ej., dejarse caer) desde el conducto 128 a través de una salida 128b (p. ej., una puerta) y al colector 122e para almacenamiento y/o recuperación. La herramienta 114 de fondo de pozo puede estar provista de diversos dispositivos para facilitar y/o controlar el muestreo y/o la generación de imágenes. Por ejemplo, la muestra 125a de fluido puede pasar libremente a través del generador 122d de imágenes, o puede controlarse utilizando dispositivos de control de fluido, tales como líneas de flujo, válvulas, etc.

El generador 122d de imágenes puede ser capaz de realizar una MRI en la muestra testigo dentro de la herramienta 114 de fondo de pozo. La muestra 125b testigo puede saturarse con el fluido muestreado durante la generación de imágenes. Las mediciones tomadas por el generador 122d de imágenes pueden ser recogidas por la unidad 116 de superficie, y es posible generar salidas 129, tales como un gráfico, a partir de las mismas, como se describe más adelante en la presente descripción.

Pueden tomarse mediciones adicionales utilizando un sensor o sensores y/u otros dispositivos para determinar diversos parámetros de subsuperficie, tales como condiciones de fondo de pozo, parámetros de formación, parámetros de fluido, etc. Por ejemplo, la herramienta 114 de fondo de pozo puede estar provista de analizadores de fluido ópticos, manómetros, espectrómetros, transductores, etc. que pueden recoger mediciones adicionales, tales como composición, temperatura, presión, etc. Las imágenes y/o mediciones recogidas pueden evaluarse para determinar diversos parámetros de subsuperficie.

La Fig. 2 es una vista en sección transversal de un generador 222 de imágenes por contraste que puede disponerse en el fondo del pozo (ver, p. ej., el generador 122d de imágenes de la Fig. 1A) o en una localización de superficie (p. ej., independiente, instalación de laboratorio, etc.). Como se muestra en esta vista, el generador 222 de imágenes por contraste incluye un alojamiento 224 con una pared lateral 226 que define un conducto 228 que puede ser similar al generador 122d de imágenes de la Fig. 1A. El generador de imágenes puede estar orientado en cualquier dirección para facilitar el funcionamiento.

El conducto 228 está conformado para recibir una muestra 225b testigo (p. ej., la muestra 125b testigo de la Fig. 1A) y fluido 225a (p. ej., la muestra 125a de fluido de la Fig. 1A). La muestra 225b testigo puede ser una muestra con forma cilíndrica que puede disponerse en el conducto lineal 228 del alojamiento 224, como se muestra, o con otras formas y/o dimensiones. Pueden utilizarse dispositivos para insertar y/o retirar automáticamente una o más muestras dentro/fuera del conducto 228.

El fluido 225a puede pasar a través del conducto 228 durante las pruebas, tal como se indica mediante la flecha axial. Opcionalmente, puede utilizarse una línea de flujo y/o otros dispositivos de control de flujo para pasar de forma selectiva el fluido 225a al conducto 228 para obtener la inundación testigo deseada. El fluido 225a puede fluir a través del conducto 228 con un caudal deseado, o estar encerrado en el mismo para permanecer estacionario durante las pruebas. El fluido 225a puede descargarse desde el conducto 228 según se desee. El fluido 225a puede ser cualquier fluido que pasa a través de la muestra 225b testigo durante las pruebas. En un ejemplo, el fluido 225a es fluido in situ de la formación que se utiliza para replicar las condiciones de subsuperficie.

Como se indica mediante la flecha curvada, el generador de imágenes y/o la muestra 225b testigo pueden girar opcionalmente (p. ej., mediante un eje giratorio accionado por un motor) para cambiar la orientación de la muestra 225b testigo de un ángulo al a a2 durante la generación de imágenes. La rotación de la muestra 225b testigo con respecto al alojamiento 224 permite la selección de señales a lo largo de las coordenadas basándose en la orientación de la dirección de los campos B0 y Bl con respecto a la orientación de la muestra 225b testigo a medida que gira.

El alojamiento 224 tiene un conjunto de sensores que incluye un imán permanente 230a, una bobina 230b de radiofrecuencia y medios de gradiente configurados para generar uno o múltiples gradientes 230c de campo magnético. El imán permanente 230a se dispone en la pared lateral 226 y se dispone radialmente alrededor del conducto 228 para rodear la muestra 225b testigo en el mismo. El imán permanente 230a puede ser cualquier imán permanente, tal como un imán de Halbach, dispuesto para generar un campo magnético (B0) orientado al eje z del conducto 228.

La bobina 230b de radiofrecuencia está dispuesta en la pared lateral 226 y está dispuesta radialmente alrededor del conducto 228 para rodear la muestra 225b testigo en su interior. La bobina 230b de radiofrecuencia está dispuesta entre el conducto 228 y el imán permanente 230a. La bobina 230b de radiofrecuencia puede ser una bobina dispuesta para generar un campo magnético Bl que oscila a una radiofrecuencia a lo largo del eje x o y del conducto 228. Los medios 230c de gradiente están dispuestos entre el imán permanente 230a y la bobina 230b de radiofrecuencia.

El alojamiento 224 puede estar provisto de, o acoplado, a una unidad 216 de generación de imágenes (p. ej., la unidad 116 de superficie de la Fig. 1A) para proporcionar alimentación, recoger datos y/o enviar órdenes al generador 222 de imágenes. La bobina magnética 230a, la bobina 230b de radiofrecuencia y los medios 230c de gradiente pueden acoplarse a la unidad 216 de generación de imágenes para proporcionar mediciones a la misma. El generador 222 de imágenes y/o la unidad 216 de generación de imágenes pueden estar provistos de medios de comunicación, tales como un acoplamiento por cable y/o inalámbrico para definir un enlace de comunicación entre los mismos.

La unidad 216 de generación de imágenes puede tener una pantalla convencional capaz de transformar las mediciones en imágenes para su visualización. La unidad 216 de generación de imágenes puede incluir, por ejemplo, un procesador, una base de datos, una unidad de telemetría, una unidad de alimentación y/u otra electrónica para funcionar con el generador 222 de imágenes. La unidad 216 de generación de imágenes puede incorporarse en la electrónica de la herramienta de fondo de pozo (p. ej., 122a de la Fig. 1A) y/o la unidad 116 de superficie (Fig. 1A). Las mediciones recogidas pueden utilizarse para generar salidas, tales como un gráfico 229. Opcionalmente, pueden utilizarse una o más sondas 234 y/o los sensores S para recoger mediciones. Por ejemplo, la sonda o sondas 234 de la bobina 230b de radiofrecuencia pueden ser alimentadas de forma selectiva con frecuencias de resonancia únicas y/o múltiples, por ejemplo, para permitir la detección de múltiples testigos.

La unidad 216 de generación de imágenes puede utilizarse para recoger parámetros de imagen (p. ej., distribución de fluidos, saturación de petróleo residual, etc.) de los parámetros del generador 222 de imágenes y subsuperficie (p. ej., composición, temperatura, presión, etc.) de los sensores (S). Las mediciones de generación de imágenes y/o recogidas pueden utilizarse para realizar diversas evaluaciones de formación, tales como generación de imágenes, análisis de fluidos, análisis de efluentes, detección comprimida, etc. Por ejemplo, los datos recogidos pueden utilizarse para derivar parámetros de subsuperficie, tales como resistividad y permeabilidad.

Formación de imágenes por contraste

Pueden realizarse evaluaciones utilizando varias técnicas de generación de imágenes por contraste, tales como generación de imágenes de relajación y difusión. Dichas técnicas pueden comprender, por ejemplo, análisis de tiempos T1 y T2de relajación para las imágenes generadas. Pueden generarse parámetros de generación de imágenes utilizando, por ejemplo, técnicas que se basan en diferencias en cantidades medibles de NMR, tales como tiempos de relajación y coeficientes (D) de difusión para proporcionar contraste entre hidrocarburos y fluido acuoso. La medición de NMR puede incluir una medición de línea de base utilizada en el trabajo petrofísico, tal como el tiempo T2 de relajación. T2 puede ser una medida de la desintegración de la magnetización a granel creada en el sistema a través de la aplicación de excitaciones por radiofrecuencia. La desintegración en la coherencia magnética puede ser causada por las interacciones de los espines nucleares con campos magnéticos variables producidos inhomogeneidades de campo estático, así como movimientos intermoleculares e intramoleculares.

En un entorno de roca porosa, los hidrocarburos y el fluido acuoso pueden tener T2 similares. Las técnicas utilizadas para obtener contraste entre las fases fluidas pueden, por lo tanto, sondear las propiedades de fluido secundarias, tales como el tiempo T1 de relajación y los coeficientes de difusión de los fluidos respectivos. T1 puede ser una medida de con qué facilidad las moléculas de un fluido intercambian energía con el entorno. Un T1 largo puede indicar un acoplamiento débil, mientras que un T1 corto puede indicar un acoplamiento fuerte. Como tal, los tiempos T1 de relajación pueden depender de las propiedades moleculares, tales como el tamaño, y las moléculas de hidrocarburos más grandes pueden presentar T1 más largos. Los coeficientes de autodifusión de fluidos, tales como fluido acuoso, hidrocarburos líquidos e hidrocarburos gaseosos, pueden ser bastante diferentes y pueden utilizarse para diferenciar entre las fases fluidas presentes en una muestra de roca. En estos casos, pueden utilizarse mediciones de relajación multidimensional representando T1 con respecto a T2 o D con respecto a T2 para obtener el contraste deseado.

Pueden realizarse evaluaciones de las imágenes utilizando análisis testigo de NMR y/o métodos espectroscópicos. Dichas evaluaciones pueden utilizarse para proporcionar una diferenciación de fase fluida deseada en muestras a granel. Estas evaluaciones pueden realizarse, por ejemplo, para secuencias de generación de imágenes de eco de espín estándar, tales como 'spin-warp'. Ejemplos de 'spin-warp' se describen en Edelstein, W. A., Hutchison, J. M. S., Johnson, G. y Redpath, T., Spin warp NMR imaging and applications to human whole-body imaging, Physics in Medicine and Biology 25, 751 (1980)].

Para obtener información sobre la distribución espacial de estos fluidos, pueden utilizarse distribuciones de T2 resueltas espacialmente unidimensionales para obtener discriminación fluida durante inundaciones de testigo. Para obtener la separación deseada cuando el contraste de T2 entre los fluidos es bajo, pueden realizarse mediciones de relajación multidimensional, tales como D-T2 y T1-T2. Estas pueden proporcionar mediciones a granel. La información adicional sobre las distribuciones de hidrocarburos y el fluido acuoso más allá de los volúmenes relativos puede realizarse como se describe más adelante en la presente descripción.

La distribución espacial de fases en un tapón testigo único puede determinarse utilizando dopantes químicos en fluido acuoso inyectado para obtener un contraste de relajación. En un ejemplo, es posible utilizar dopantes químicos que contienen especies tales como Cu2+, Mn2+, o Gd3+. Estas sustancias pueden utilizarse para reducir el tiempo de relajación del fluido acuoso y para proporcionar una diferenciación entre diversos fluidos, tales como fluido acuoso e hidrocarburos.

En otro ejemplo, en sistemas que presentan diferentes valores de T1, es posible anular T1 para suprimir la señal de uno de los entornos de T1 presentes en la muestra. La sincronización de los pulsos de excitación de RF puede establecerse de forma que se suprima la señal de la magnetización y la MRI resultante de un entorno de T1. La muestra testigo puede saturarse con múltiples fases fluidas con fluido de muestra, tal como un fluido que tiene un único T1 bien definido.

En otro ejemplo adicional, es posible utilizar selectividad química de las mediciones de NMR para diferenciar los fluidos de formación. La respuesta de NMR de una especie determinada depende de la relación giromagnética de ese espín, una cantidad que es única para cada especie activa para NMR. En un primer caso, es posible utilizar D2O en vez de H₂O en la salmuera inyectada para eliminar la contribución del fluido acuoso a la imagen. En otro caso, la generación de imágenes puede realizarse en el hidrógeno (u otro testigo activo de NMR, tal como sodio, 23Na o carbono 13C) presente en el fluido de formación.

Ejemplos de generación de imágenes por contraste se muestran en Mitchell, J., Chandrasekera, T.C., Holland, D.J., Gladden, L.F. y Fordham, E.J., Magnetic resonance imaging in petrophysical core analysis, Physics Reports, 526, págs. 165-225 (2013). Pueden utilizarse otras técnicas existentes para la evaluación, tales como las descritas en las patentes US-9.133.709, US-8.499.856, US-6.220.371 y US-4.769.602.

Generación de imágenes químicamente selectiva

La invención hace uso de técnicas de generación de imágenes químicamente selectivas para generar imágenes independientes de hidrocarburos y fluidos acuosos (salmuera), dentro de una formación utilizando un generador de imágenes (p. ej., los generadores 122d y 222 de imágenes de las Figs. 1A y 2, respectivamente). La técnica de generación de imágenes químicamente selectiva aprovecha la diferencia en el desplazamiento químico en el espectro de NMR para diferenciar entre fluidos en la muestra testigo.

La generación de imágenes químicamente selectiva comprende: 1) contrastar las imágenes de hidrocarburos y las imágenes acuosas (salmuera) basándose en las diferencias en el desplazamiento químico en el espectro de resonancia magnética nuclear (NMR), y 2) adquirir imágenes 1, 2 o 3D en una escala de tiempo que reduce la difuminación de píxeles entre imágenes sucesivas de petróleo-agua durante los experimentos de drenaje e imbibición en caudales de depósito representativos [p. ej., con v = 0,304 m día-1 (1 pie día-1)]. Para lograr esto, según la invención, se utiliza una adquisición rápida con mejora de relajación (RARE) en combinación con detección comprimida (CS).

Las Figs. 3A y 3B son diagramas de flujo que representan procesos 300a, b de generación de imágenes químicamente selectivos que pueden realizarse utilizando los generadores122d y 222 de imágenes, respectivamente, de las Figs.

1A y/o 2 para generar imágenes de fluidos en la muestra testigo. El proceso 300a de la Fig. 3A incluye una fase 336a de medición, una fase 336b de selección de señal, una fase 336c de adquisición de imágenes y una fase 336d de visualización de imágenes. El proceso 300a puede hacerse para uno o más fluidos en la muestra testigo. Como se indica mediante las flechas discontinuas y continuas 337a, b, parte o la totalidad del proceso 300a puede repetirse de forma selectiva para uno o más fluidos (p. ej., 337a-fluido acuoso, 337b hidrocarburo) en la muestra testigo.

La fase 336a de medición comprende mediciones de recogida, tales como el gráfico 229 de la Fig. 2 generado por la unidad 216 de generación de imágenes. El gráfico 229 mostrado representa la intensidad de señal (a.u.) (eje y) con respecto a la frecuencia (Hz) (eje x) generada por el generador 222 de imágenes. La línea resultante muestra picos 340a, b que corresponden a una composición del fluido. En el ejemplo mostrado, los picos 340a, b corresponden al fluido acuoso (W) y al hidrocarburo (D- dodecano) con picos a 0 Hz a 300 Hz, respectivamente.

La fase 336b de selección de señal comprende la excitación selectiva de la magnetización de la fase acuosa o del hidrocarburo. La selección puede realizarse para indicar de qué fluido van a generarse imágenes. Por ejemplo, cuando se realiza el proceso 300a para el fluido acuoso según la línea 337a, el pico 340a de agua puede seleccionarse utilizando la caja 342a. En otro ejemplo, cuando se realiza el proceso 300a para el hidrocarburo según la línea 337b, el pico de hidrocarburo 340b puede seleccionarse utilizando la caja 342b.

La fase 336c de adquisición de imágenes comprende adquirir los datos 344 de espacio k sin procesar correspondientes a la distribución del fluido a través de la muestra testigo utilizando secuencias de pulsos de MRI. El patrón 344 de muestra es un gráfico de kp1 m-1 (eje y) con respecto a kp2 m-1 (eje x) que indica los puntos de datos que deben medirse durante la adquisición de imágenes. Los puntos de datos en el gráfico 344 indican las localizaciones de los puntos a adquirir. La intensidad de las regiones de luz indica dónde se muestrean los datos; mientras que las regiones oscuras indican ausencia de muestreo. Según la invención, estos datos se capturan utilizando una secuencia de pulsos RARE en combinación con detección comprimida para generar imágenes, tal como se describe más adelante en la presente descripción.

La fase 336d de visualización de imágenes comprende generar una imagen 346 del fluido de formación dentro de la muestra testigo. Según la invención, la imagen 346 se adquiere utilizando una secuencia de pulsos RARE en combinación con detección comprimida. Si bien se muestra una imagen 3D 346, la imagen puede ser una imagen 1D o 2D. Pueden visualizarse una o más imágenes de uno o más fluidos como se describe más adelante en la presente descripción. Cuando se generan las imágenes, la fase 336c de adquisición de imágenes puede realizarse opcionalmente en diversos ángulos.

Como se muestra en la Fig. 3B, el proceso 300b puede comprender la secuenciación 400 de pulsos. El proceso 300b comprende la misma fase 336a de medición, una fase combinada 336b, c de selección de señal y adquisición de imágenes, y la fase 336d de visualización de imágenes. Se repite una parte del proceso 300b, como indican las flechas 337a, b, para diversos fluidos.

Debido a que la secuencia 400 de pulsos puede capturar de forma selectiva datos para ciertos fluidos, la secuencia 400 de pulsos puede utilizarse para determinar de qué fluidos se están generando imágenes. Según la invención, el proceso 300b se repite con diferentes frecuencias de pulso para excitar el fluido seleccionado, como agua 346a e hidrocarburo 346b, como se muestra.

Las Figuras 4A-4C son gráficos que representan varias secuencias 400a, b, c de pulsos que pueden utilizarse durante la fase 336c de adquisición de imágenes para adquirir los datos sin procesar de la distribución de hidrocarburo y fase acuosa de la Fig. 3. La Fig. 4A muestra una secuencia 1D. La Fig. 4B muestra una secuencia 2D. La Fig. 4C muestra una secuencia 3D.

Cada una de las secuencias 400a-c de pulsos incluye pulsos de radiofrecuencia (rf) de las bobinas RF y uno o más de los gradientes de campo magnético aplicados (G^r, Gp/Gp1, Gs/Gp2) (p. ej., 230b, c de la Fig. 2). Las secuencias de pulsos se aplican para excitar de forma selectiva los hidrocarburos o fluidos acuosos (p. ej., petróleo o salmuera) presentes en la muestra. Los campos magnéticos incluyen un gradiente (Gr) de lectura y gradientes (Gp/Gp1, Gs/Gp2) de fase que se aplican durante un período de tiempo para permitir una codificación espacial de los espines nucleares.

Cada una de las secuencias de pulsos también incluye una parte 449a que representa el preacondicionamiento químicamente selectivo y las partes 449b que representan la parte de excitación de los pulsos. Las secuencias 400ac de pulsos se realizan en varias formas y en varios grados para generar diferentes perspectivas de la muestra de la que se están generando imágenes. Cada una de las secuencias de pulsos incluye: Psel - un pulso de excitación selectiva, P^ex- un pulso de excitación no selectiva, P^ref- un pulso de reenfoque. Por ejemplo, pueden repetirse los pulsos de RF de reenfoque de 180° Nr^fveces para muestrear múltiples líneas de espacio k a partir de una sola excitación del sistema.

Como se muestra en las Figs.4A-4C, cada secuencia de pulsos tiene diferentes formas. Los pulsos de radiofrecuencia (rf) crean ecos 450 de espín que son inducidos por átomos de H polarizados. Es posible utilizar gradientes de fase distintos (Gp/Gp-i , G^s/Gp2) para permitir la codificación espacial de los espines.

Como se muestra en la versión 1D de la Fig. 4A, la secuencia 400a de pulsos incluye un pulso de rf para excitación y un gradiente (Gr) de lectura para permitir la información resuelta espacial en la dirección del gradiente de lectura únicamente. El campo de rf puede añadirse al campo magnético en pulsos emitidos en microsegundos. La forma de los pulsos en la línea de radiofrecuencia r.f. incluye pulsos cuadrados con banda ancha que afecta a la totalidad de los pulsos. El gradiente Gr de lectura se repite solo una vez para generar una imagen de 1D.

La Fig. 4B muestra una versión 2D de una secuencia 400b de pulsos que incluye el pulso de rf y el pulso G^r, con pulsos Gp y Gs adicionales. La forma de los pulsos en la línea de radiofrecuencia r.f. es gaussiana para afectar solo a regiones específicas de la muestra. Esta versión también representa iteraciones S1, S2 de gradiente a lo largo de la línea G^pde gradiente.

Estas iteraciones de gradiente indican que Gp se repite para generar la imagen 2D. Los pulsos de gradiente de fase (Gp) se iteran Nrf veces para las iteraciones S1, S2. Se repite el pulso de reenfoque de 180° Nrf veces. Puede adquirirse información según sea necesario cambiando la intensidad de los diversos gradientes. Cada vez que el gradiente (Gr) de lectura y el gradiente (G^s) de corte son iguales, la amplitud del gradiente (Gp) de fase puede cambiarse y luego iterarse a través de los diversos valores de gradientes (S i y S2) para generar una imagen 2D.

La Fig. 4C muestra una versión 3D de la secuencia 400c de pulsos que incluye los pulsos de rf y el gradiente G^r, de lectura con primeros y segundos gradientes de codificación de fase adicionales, Gpi y Gp2. En esta versión, los pulsos Gpi y Gp2 incluyen cada uno iteraciones de gradiente S i, S2 que indican que estos pulsos se repiten Nrf veces para generar la imagen 3D deseada. Para imágenes 3D, todas las combinaciones de Gpi y Gp2 pueden iterarse con el mismo gradiente de lectura.

Las secuencias 400a, b, c de pulsos representan secuencias de pulsos RARE químicamente selectivas ilustrativas. Las secuencias 400a-c de pulsos tienen frecuencias de espacio k codificadas en la dirección de lectura (K^r) y codificadas en fase en kpi y kp2 como se representa en la imagen 344 de la Fig. 3A. Tras la aplicación del gradiente (G^r) de lectura y los gradientes (G^p/G^pi, G^s/G^p2) de fase se generan los puntos del gráfico 344. Para la secuencia de pulsos 3D (Fig. 4C), la amplitud de los gradientes de codificación de fase, G^piy G^p2 determina qué puntos de datos en el gráfico 344 son muestreados. La fase 336d de visualización de imágenes utiliza detección comprimida para reconstruir una imagen de fluido a partir de la imagen de testigo. La duración y la amplitud de los gradientes pueden variarse para controlar la información resuelta espacialmente que se adquiere. Cambiando estos elementos, el campo de visión y el área de generación de imágenes y la resolución pueden ajustarse para obtener un nivel de enfoque deseado alrededor de la muestra.

Según la invención, la detección comprimida se utiliza para reconstruir una imagen completa a partir de datos de submuestreo adquiridos con una secuencia de pulsos RARE. Ejemplos de RARE se describen en Hennig, J., Nauerth, A. & Friedburg, H, RARE imaging: a fast imaging method for clinical MR. Magnetic resonance in medicine: oficial journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine 3, 823-833 (1986); ejemplos de EPI se describen en Mansfield, P. Multi-planar image formation using NMR spin echoes, Journal of Physics C: Solid State Physics 10, L55-L58 (1977); y ejemplos de 'spin warp' se describen en Edelstein, W. A., Hutchison, J. M. S., Johnson, G. & Redpath, T., Spin warp NMR imaging and applications to human whole-body imaging, Physics in Medicine and Biology 25, 751 (1980).

La detección comprimida en MRI se basa en los siguientes requisitos, por ejemplo, (1) los artefactos de solapamiento (p. ej., los datos de muestra) en la reconstrucción lineal deben ser incoherentes y en forma de ruido; (2) la imagen deseada presenta dispersión de transformada; y (3) la imagen se reconstruye utilizando un algoritmo no lineal que impone dispersión y coherencia con los datos de espacio k adquiridos.

Suponiendo que la imagen reconstruida viene dada por x, que está relacionada con las mediciones de espacio k adquiridas a través de la siguiente Ecuación (1):

SFx v = y, (1)

en donde S es el patrón de submuestreo, F es la transformada de Fourier que mapea la imagen en el espacio k, v es el ruido normalmente distribuido (desviación estándar a y media cero) e y es el vector que contiene las mediciones de espacio k adquiridas.

Debido al submuestreo y a la presencia de ruido, la Ecuación 1 puede ser un problema mal planteado y, por lo tanto, los métodos de reconstrucción de imágenes lineales, tales como la transformada de Fourier inversa, que pueden emplearse para la reconstrucción de imágenes de un conjunto de datos de espacio k completamente muestreado, pueden dar lugar a una imagen que contiene artefactos de solapamiento debido a la violación del criterio de Nyquist. Por lo tanto, puede buscarse una solución aproximada a x utilizando un enfoque de regularización de variables equilibrando el modelo (Ecuación 1) y supuestos anteriores de x en términos de un funcional J de regularización dado por:

El papel de la restricción de desigualdad impone la coherencia con los datos de espacio k adquiridos y el término J de regularización incorpora información previa sobre la reconstrucción de xCT, lo que puede ser necesario para contrarrestar cualquier mal planteamiento del problema.

En el caso de la reconstrucción CS, la información anterior es que la imagen puede representarse de forma dispersa, sea de forma implícita o en un dominio de transformada apropiado. La elección del funcional (J) de regularización que se utiliza para mapear la imagen en el dominio de transformada puede depender de la naturaleza de la imagen a reconstruir. Por ejemplo, un regulador no suave, tal como la variación total (TV), puede ser más adecuado para una imagen con bordes nítidos, mientras que un regulador suave, tal como la transformada de ondícula de Daubechies, resulta adecuado para imágenes en las que las intensidades de píxeles cambian más suavemente. En el presente estudio, se ha utilizado TV como funcionales J(x) de regularización, como se describirá a continuación.

La variación total penaliza la norma-1 de la norma-2 de la aproximación diferente finita del gradiente (Vx) de la imagen como indica:

En la presente descripción, se establecieron condiciones de límite de Neumann para las reconstrucciones CS. Pueden utilizarse otras funciones de regularización, tales como transformadas de ondícula.

De forma general, el esquema de Tikhonov-Regularización para la aproximación de x se escribe como se muestra a continuación:

y el parámetro a de regularización (siempre positivo) pondera la influencia de los términos de fidelidad y regularización en la Ecuación 4. En el presente estudio, se ha aplicado una modificación de la Ecuación 5 para incluir iteraciones de Bregman como se describe mediante las Ecuaciones (5a),(5b):

Utilizando el enfoque de Bregman, una serie de k problemas (Ecuación 5a) se resuelven con el resto añadido a los datos de espacio k, y, después de cada iteración (Ecuación 5b). Ver, p. ej., M. Benning, L.F. Gladden, D.J. Holland, C.-B. Schonlieb, T. Valkonen, Phase reconstruction from velocity-encoded MRI measurements - a survey of sparsitypromoting variational approaches, Journal of Magnetic Resonance. 238 (2014) 26-43.

Ejemplos de detección comprimida (CS) se describen en Lustig, M., Donoho, D. L., Santos, J. M. & Pauly, J. M, Compressed Sensing MRI. IEEE SignalProcessing Magazine 25, 72-82 (2008); y Lustig, M., Donoho, D. & Pauly, J. M., Sparse MRI: The application of compressed sensing for rapid MR imaging. Magnetic resonance in medicine: oficial journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine 58, 1182-95 (2007).

Ejemplos de generación de imágenes de materiales de subsuperficie incluyen Chang, C.T., Edwards, C.M., 1993, Proton MR Two-Component Chemical Shift Imaging of Fluids in Porous Media, The Log Analyst, 34, págs. 20-28; Dereppe, J.M., Moreaux, C., Chemical Shift Imaging of Fluid Filled Porous Rocks, Magnetic Resonance Imaging, 9, págs. 809-813 (1991); Dereppe, J.M., Moreaux, C., 2D Spin-Echo and 3D Chemical-Shift-Imaging Techniques for Analysis of Oil-Water Replacement in Limestone. Journal of Magnetic Resonance, 91, págs. 596-603 (1991); Maudsley, A.A., Hila,I, S.K., Perman, W.H., Simon, H.E., Spatially Resolved High Resolution Spectroscopy by “ Four-Dimensional” NMR. Journal of Magnetic Resonance, 51, págs. 147-152 (1983); y Dechter, James J., Komoroski, Richard A., Ramaprasad, S., Use of Presaturation for Chemical-Shift Selective Imaging of Individual Fluids in Sandstone and Carbonate Cores, Journal of Magnetic Resonance, 93, págs. 142-150 (1991).

La sección 449a de preacondicionamiento químicamente selectivo puede utilizarse en combinación con la sección 449b de secuencia de pulsos de generación de imágenes RARE para facilitar la adquisición. Con el uso de pulsos de radiofrecuencia (r.f.) químicamente selectivos y gradientes homospoil, la señal de diversos fluidos (p. ej., hidrocarburo y fluido acuoso) puede suprimirse eficazmente antes de la sección de generación de imágenes de la secuencia de pulsos.

Las Figs. 4B y 4C muestran las secuencias de pulsos RARE para adquisiciones 2D y 3D, respectivamente. Para aplicaciones 2D, puede llevarse a cabo un submuestreo de espacio k en la dirección de codificación de fase (P1), mientras que, para esta última, puede llevarse a cabo un submuestreo de espacio k en ambas direcciones de codificación de fase (P1 y P2). En ambos casos, el espacio k se muestrea completamente en la dirección (R) de lectura. Los datos de espacio k submuestreados se reconstruyen utilizando detección comprimida.

En un ejemplo de secuenciación de pulsos 2D, la sección 449b químicamente selectiva de la Fig. 4B incluye un pulso rf con forma gaussiana (r.f.) utilizado para excitar de forma selectiva una de las fases, seguido de gradientes homospoil (Gr, Gp, Gs) para destruir la magnetización. Para demostrar la generación de imágenes químicamente selectiva, se han adquirido imágenes de cortes en dos dimensiones (2D). Una primera imagen puede incluir una imagen de referencia de fluido acuoso e hidrocarburo sin preacondicionamiento químicamente selectivo. Una segunda imagen puede incluir fluido acuoso e hidrocarburo independientemente. La Tabla 1 representa los parámetros experimentales utilizados para generar imágenes 2D:

Tabla 1 - 2D

La Tabla 1 indica que, al suprimir la señal del hidrocarburo solo se detecta el fluido acuoso. Por el contrario, suprimiendo la señal del fluido acuoso, solo se detecta el hidrocarburo.

El número de pulsos de reenfoque de 180° grados aplicado para cada adquisición puede determinarse mediante el factor RARE (N^rf) y el número total de excitaciones r.f. (N^ex) requerido para muestrear el espacio k viene dado por el número total de puntos en las dos direcciones de codificación de fase, N^p1,2 dividido por N^rf. La resolución temporal se mejora utilizando detección comprimida en combinación con una adquisición RARE, denominada CS-RARE. El límite práctico en el número de líneas de datos que pueden obtenerse de cada excitación, y correspondientemente la aceleración del tiempo de adquisición, puede determinarse mediante los tiempos de relajación de la muestra bajo investigación. Se espera que los tiempos de relajación transversal para las muestras testigo de roca saturado de fluido, que son el objeto de la presente invención, estén en el intervalo de decenas a cientos de milisegundos. Considerando una adquisición RARE de un testigo de roca saturado de agua con un T2 = 150 ms, con un tiempo de eco Te = 4 ms, puede ser razonable sugerir que puedan obtenerse 64 líneas de espacio k de cada excitación.

Utilizando detección comprimida (CS), una señal con una representación dispersa, tal como una imagen, puede recuperarse de un número de mediciones muestreadas por debajo de la tasa de Nyquist. Por lo tanto, aplicar CS a adquisiciones de MRI ultrarrápidas, bajo el espacio k de muestreo puede llevar a reducciones adicionales en los tiempos de imagen de adquisición, permitiendo por tanto que los procesos dinámicos, tales como la inundación del testigo de laboratorio, se estudien donde la resolución temporal sigue siendo todavía mayor.

En un ejemplo 3D, como se muestra en la Fig. 4C, pueden utilizarse varias configuraciones de emisión de pulsos, por ejemplo, cuando es deseable obtener información sobre la distribución de fluido dentro del testigo de roca. A continuación se muestra una comparación de las técnicas de spin-warp, RARE y CS-RARE aplicadas a un protocolo de MRI para controlar la distribución de fluido en un experimento de inundación testigo de laboratorio:

Tabla 2 - 3D

El tiempo de adquisición de imágenes total (TACQ) puede calcularse utilizando la Ecuación 6:

Utilizando la ecuación 6, la Tabla 3 muestra el tiempo de adquisición total para cada una de las técnicas de la Tabla 2:

Tabla 3

El tiempo de adquisición total puede minimizarse utilizando CS-RARE. Para ello, la cantidad de fluido inyectado en el transcurso de los tres tiempos de adquisición puede calcularse para el caso de una inundación testigo teórica como se muestra en la Tabla 3. Las propiedades de muestra y las condiciones experimentales relevantes se enumeran en la Tabla 4:

Tabla 4

El número total de volúmenes de poro (N.P.V) de fluido inyectado en el transcurso de las adquisiciones de imágenes para cada uno de los tres casos considerados puede calcularse utilizando la Ecuación 7 y se resume en la Tabla 5.

El número total de volúmenes de poro (N.P.V) de fluido inyectado en el transcurso de las adquisiciones de imágenes para cada uno de los tres casos considerados se calcula utilizando la Ecuación 8 y se resume en la Tabla 5:

Tabla 5

La Tabla 5 indica que puede lograrse una reducción significativa en el volumen de la muestra utilizando generación de imágenes rápida con detección comprimida, tal como CS-RARE, y que tales imágenes pueden ser más representativas de la saturación de fluido en puntos de tiempo específicos en la inundación de testigo.

Las Figs. 5A - 5C muestran la imagen 3D 346 con mayor detalle. Estas imágenes pueden utilizarse para representar individualmente cada uno de los fluidos alojados dentro de los poros de la formación. Como se muestra en estas figuras, el método CS-RARE MRI 3D químicamente selectivo se aplica para generar imágenes de forma independiente del hidrocarburo y el fluido acuoso dentro de una muestra testigo utilizando el generador 222 de imágenes de la Fig. 2 en un experimento de inundación testigo de laboratorio en condiciones de depósito representativas. La secuencia de pulsos 3D de la Fig. 4C se utiliza para generar mediciones de MRI según el gráfico 344 de la Fig. 3A. Los píxeles blancos de 344 determinan los valores de G^pi, G^p2, lo que a su vez determina qué puntos de datos deben adquirirse. A continuación, los datos se procesan a través de detección comprimida para generar las imágenes de las Figuras 5A-5C. La Fig. 5C muestra las imágenes de fluido combinadas generadas mediante esta técnica.

El testigo de roca original se cortó en dos partes, con una mitad saturada en fluido acuoso y la otra mitad en hidrocarburo en condiciones ambientales. La Fig. 5A muestra una imagen 346a de fluido 3D de la fase acuosa en la muestra testigo generada durante la aplicación del proceso 300 que se repite a lo largo de la línea 337b para la fase de hidrocarburo. La Fig. 5B muestra una primera mitad de la imagen 346b de fluido 3D de la fase de hidrocarburo en la muestra testigo generada durante la aplicación del proceso 300a que se repite a lo largo de la línea 337b para la fase de hidrocarburo. Las Figuras 5C muestran una segunda mitad de la muestra testigo, y las fases 346a, b acuosa y de hidrocarburo en el mismo gráfico.

En el ejemplo representado en las Figuras 5A-5C, se realiza una adquisición CS-RARE 3D químicamente selectiva para la generación de imágenes selectiva de a) dodecano y b) fluido acuoso embebido en un tapón testigo de caliza. El tiempo de adquisición para a) y b) es de 14 minutos por imagen. Las dos imágenes se han combinado para obtener una imagen general del fluido acuoso y el hidrocarburo.

La siguiente Tabla 6 muestra los parámetros experimentales de la muestra testigo utilizados en la generación de las imágenes de las Figs. 5A-5C:

Tabla 6

La Tabla 7 que sigue muestra las propiedades de roca de la muestra testigo utilizada en la generación de las cinco imágenes de las Figuras 5A-5C:

Tabla 7

Las imágenes generadas utilizando el proceso 300a, b de generación de imágenes químicamente selectivo de las Figuras 3A, 3B pueden compararse con los procesos de generación de imágenes de relajación para su validación. Pueden llevarse a cabo uno o más procesos de generación de imágenes. Por ejemplo, el proceso de generación de imágenes químicamente selectivo puede utilizarse en casos donde pueda no ser deseable utilizar D2O, o cualquier dopante iónico u otro fluido que pueda afectar negativamente a la condición de la muestra de roca, en casos donde pueda haber presentes señales bajas (p. ej., debido a una baja abundancia natural o baja relación giromagnética), en casos donde puedan preferirse determinadas sondas de RF, para evitar tiempos largos de adquisición de secuencias de generación de imágenes de eco de espín de eco único estándar, etc. Otras variaciones que pueden afectar a la selección de la generación de imágenes pueden incluir la supresión de la señal de especies que presentan diferentes valores de T1 por la anulación de T1 y secuencias de generación de imágenes de eco de espín estándar en las que puede obtenerse una sola línea de un espacio k 2D para cada excitación de RF inicial.

Pueden realizarse variaciones en el proceso 300a, b que no forman parte de la invención reivindicada. Por ejemplo, el proceso puede realizarse en otros núcleos activos para NMR, tales como hidrógeno, sodio, etc. Esto puede utilizarse en vez de seleccionar hidrocarburos o salmuera basada en la separación por desplazamiento químico. Pueden compararse varias secuencias de pulsos, mediciones, imágenes y/o otros datos para la validación de los resultados. Por ejemplo, pueden compararse los resultados de la generación de imágenes de relajación con los resultados de la generación de imágenes químicamente selectiva.

Puede utilizarse generación de imágenes en combinación con mediciones detectadas con el sensor S, tal como el analizador de fluidos, de forma que pueda determinarse una distribución de fluidos de poro de hidrocarburo y salmuera. También puede realizarse un análisis de efluente utilizando las mediciones del analizador de fluido óptico. La evaluación de la formación puede utilizarse para planificar operaciones de campos petrolíferos, tales como diseñar una recuperación de petróleo mejorada (EOR) (p. ej., inyección) para facilitar la producción.

La Fig. 6 es un diagrama de flujo que representa un método 600 ilustrativo para llevar a cabo operaciones de hidrocarburos. El método 600 puede realizarse utilizando, por ejemplo, el generador 122d, 222 de imágenes de las Figs. 1A y/o 2. El método implica 654 poner una muestra testigo de la formación en un generador de imágenes (ver, p. ej., las Figs. 1A y 2). El método también comprende 655 la generación de imágenes de la muestra testigo dirigiendo un campo magnético a través del conducto en una dirección magnética a lo largo de un eje longitudinal del conducto, dirigir de forma selectiva un campo de gradiente a través del conducto, dirigir un campo de radiofrecuencia a través de la muestra en el conducto en dirección ortogonal al eje longitudinal del conducto, y emitir de forma selectiva pulsos de frecuencias del campo de radiofrecuencia (Fig. 2).

El método también comprende 656 adquirir de forma selectiva mediciones de resonancia magnética nuclear del fluido en la muestra testigo mediante la emisión selectiva de pulsos de frecuencias del campo de radiofrecuencia a la muestra testigo y aplicar el gradiente de campo magnético a la muestra testigo según un gráfico de muestreo de espacio k predeterminado. La adquisición selectiva comprende realizar una adquisición RARE. El método también comprende 657 generar una imagen de fluido de formación en la muestra testigo realizando detección comprimida en las mediciones de resonancia magnética nuclear adquiridas.

La adquisición selectiva 656 y/o la generación 657 pueden realizarse obteniendo una imagen espectral del fluido a partir de la generación de imágenes, seleccionando una fase para la generación de imágenes químicamente selectiva, adquiriendo una imagen seleccionando puntos de muestra a partir de un gráfico generado a partir de la emisión selectiva de pulsos, y realizando una reconstrucción del fluido de formación dentro de la muestra testigo utilizando detección comprimida de los puntos de muestra seleccionados. El método también comprende 658, realizar generación de imágenes químicamente selectiva para aislar los fluidos, tales como hidrocarburo, de la imagen del fluido, y también puede incluir 660 validar la imagen generando imágenes de referencia utilizando generación de imágenes por contraste y comparando las imágenes generadas con las imágenes de referencia, y llevar a cabo una operación de campo petrolífero (p. ej., EOR) basada en la imagen validada.

El método puede repetirse según se desee. Pueden realizarse otras etapas opcionales, tal como que pueda implicar además 656 girar la muestra y repetir la generación de imágenes en diversos ángulos (Fig. 2).

Si bien las realizaciones se describen con referencia a diversas implementaciones y explotaciones, se entenderá que estas realizaciones son ilustrativas y que el ámbito del objeto de la invención no se limita a las mismas, sino que está definido únicamente por las reivindicaciones. Son posibles muchas variaciones, modificaciones, adiciones y mejoras, siempre que estas caigan dentro del ámbito de las reivindicaciones. Por ejemplo, una o más imágenes pueden obtenerse utilizando una o más de las técnicas de la presente descripción. Pueden utilizarse diversas combinaciones de las técnicas proporcionadas en la presente descripción.

Pueden proporcionarse una pluralidad de ejemplos para componentes, operaciones o estructuras descritos en la presente descripción como un solo ejemplo. En general, las estructuras y la funcionalidad que se presentan como componentes separados en las configuraciones ilustrativas pueden ejecutarse como una estructura o componente combinado. De forma similar, las estructuras y la funcionalidad que se presentan como un solo componente pueden implementarse como componentes separados. Estas y otras variaciones, modificaciones, adiciones y mejoras pueden caer dentro del ámbito del objeto de la invención.

Además, no se pretenden limitaciones de los detalles de construcción o diseño mostrados en la presente descripción. Si bien los sistemas y métodos se describen en términos de “ que comprenden” , “ que contienen” o “ que incluyen” , diversos componentes o etapas, los métodos también pueden “ consistir esencialmente en” o “ consistir en” los diversos componentes y etapas. Siempre que se describe un intervalo numérico con un límite inferior y un límite superior, se describe específicamente cualquier número y cualquier intervalo incluido dentro del intervalo. En particular, cada intervalo de valores (en la forma “ de a a b” o, de forma equivalente, “ de a-b” ) descrito en la presente descripción debe entenderse que describe cada número e intervalo comprendido dentro del intervalo de valores más amplio. Siempre que se describe un intervalo numérico que tiene solo un límite inferior específico, solo un límite superior específico, o un límite superior específico y un límite inferior específico, el intervalo también incluye cualquier valor numérico “ de aproximadamente” el límite inferior especificado y/o el límite superior especificado.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un generador de imágenes para generar imágenes de fluido de una formación de subsuperficie, comprendiendo el generador de imágenes:

un alojamiento (124, 224) que tiene una pared lateral (126, 226) que define un conducto (128, 228) para recibir una muestra testigo de la formación de subsuperficie a través del mismo, en donde el alojamiento (124, 224) está configurada para su disposición en una herramienta (114) de fondo de pozo de modo que el generador de imágenes (122d, 222) pueda funcionar cuando la herramienta (114) de fondo de pozo se despliega en un orificio de pozo, teniendo el alojamiento (124, 224) una entrada (128a) de fluido para recibir el fluido desde la formación de subsuperficie al conducto (128, 228);

un imán permanente (230a) dispuesto en la pared lateral (126, 226) del alojamiento (124, 224) orientado para dirigir un campo magnético a través del conducto (128, 228);

una bobina (230b) de radiofrecuencia dispuesta en la pared lateral (126, 226) del alojamiento (124, 224) entre el imán permanente (230a) y el conducto (128, 228), estando orientada la bobina (230b) de radiofrecuencia para dirigir un campo de radiofrecuencia a través del conducto (128, 228); y

- medios (230c) configurados para generar un gradiente de campo magnético, estando dispuestos los medios en la pared lateral (126, 226) del alojamiento (124, 224) entre el imán permanente (230a) y la bobina (230b) de radiofrecuencia para dirigir de forma selectiva un campo de gradiente a través del conducto (128, 228); caracterizado por que el generador de imágenes está configurado para generar imágenes independientes de hidrocarburos y fluidos acuosos en la muestra testigo mediante excitación selectiva de la magnetización de una de dichas dos especies cada vez utilizando adquisición rápida con secuenciación de pulso de mejora de relajación en combinación con detección comprimida.

2. El generador de imágenes de la reivindicación 1, en donde la bobina (230b) de radiofrecuencia está distribuida circunferencialmente alrededor del conducto (128, 228) y orientada para dirigir el campo de radiofrecuencia en una dirección ortogonal al eje longitudinal del conducto (128, 228).

3. El generador de imágenes de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde las frecuencias de pulso se adquieren utilizando una de secuenciación de pulso 1D, 2D y 3D.

4. El generador de imágenes de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el conducto (128, 228) tiene una salida (128b) para el conducto de la muestra testigo y el fluido de formación desde el conducto (128, 228).

5. El generador de imágenes de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende además una entrada (128a) de conducto dispuesta en el alojamiento (124, 224) dispuesta de forma que permite recibir la muestra testigo en el conducto (128, 228).

6. El generador de imágenes de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, que comprende además una unidad de generación de imágenes conectada de forma operativa al generador de imágenes (122d, 222), estando configurada la unidad de generación de imágenes para visualizar una imagen del fluido en la muestra testigo.

7. Un método de generación de imágenes de fluido de una formación de subsuperficie, comprendiendo el método:

disponer una muestra testigo de la formación de subsuperficie en un conducto (128, 228) de un generador (122d, 222) de imágenes en una herramienta (114) de fondo de pozo;

inundar la muestra testigo haciendo pasar el fluido de la formación al conducto (128, 228);

generar imágenes de la muestra testigo inundada al:

dirigir un campo magnético a través del conducto (128, 228) en una dirección a lo largo del eje longitudinal del conducto (128, 228);

dirigir de forma selectiva un gradiente de campo magnético a través del conducto (128, 228);

emitir de forma selectiva pulsos de un campo de radiofrecuencia a través del conducto (128, 228) en una dirección ortogonal al eje longitudinal del conducto (128, 228);

caracterizado por

generar imágenes independientes de los hidrocarburos y fluidos acuosos en la muestra testigo excitando de forma selectiva la magnetización de una de dichas dos especies cada vez utilizando adquisición rápida con secuenciación de pulso de mejora de relajación en combinación con detección comprimida.

8. El método de la reivindicación 7, que comprende además girar la muestra testigo para cambiar la orientación de la muestra testigo durante la generación de imágenes y repetir la emisión selectiva de pulsos.

9. El método de la reivindicación 7, que comprende además validar las imágenes generadas generando imágenes de referencia de la muestra testigo utilizando generación de imágenes de relajación y comparando las imágenes de referencia con las imágenes generadas.