RU2810640C1

RU2810640C1 - Method for assessing changes in characteristics of void space of core or bulk reservoir model during physical and chemical modeling of thermal steam treatment

Info

Publication number: RU2810640C1
Application number: RU2023123296A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Болотов; Ильгиз Фаильевич Минханов; Раиль Илгизарович Кадыров; Владислав Валерьевич Чалин; Айдар Ринатович Тазеев; Михаил Алексеевич Варфоломеев
Filing date: 2023-09-07
Publication date: 2023-12-28

Abstract

FIELD: modelling.

SUBSTANCE: invention is intended to assess changes in the characteristics of the void space of a core or bulk reservoir model during physical and chemical modelling of thermal steam treatment. The object of study, a rock sample, is placed in a radiolucent core holder, and a formation model is created; X-ray computed microtomography of a radiolucent core holder comprising the object of study is carried out for the purpose of primary description of the structure of the void space and determination of the initial void ratio; an X-ray transparent core holder is placed in an installation for physical and chemical modelling of filtration processes, the initial permeability of the created formation model is determined at a constant total volumetric filtration rate until a steady state is achieved, recorded by stabilization of the differential pressure gauge readings; reservoir conditions are created in the unit, physico-chemical modelling of steam-thermal treatment is done; the final permeability of the reservoir model is determined at a constant total volumetric filtration rate until a steady state is achieved, recorded by stabilization of the differential pressure gauge readings; the unit for physical and chemical modelling of filtration processes is disassembled and, without violating the integrity, X-ray computed microtomography of the formation model placed in an X-ray transparent core holder is repeated in order to assess the change in the void ratio of the sample.

EFFECT: providing the ability to assess changes in the characteristics of the void space of a core or bulk reservoir model during physico-chemical modelling of high-temperature (up to +400°C) thermal steam treatment.

3 cl, 2 dwg

Description

Способ относится к методам проведения лабораторных исследований, а именно оценки изменения характеристик пустотного пространства керновой или насыпной модели пласта с помощью рентгеновской томографии без нарушения целостности модели пласта при проведении физико-химического моделирования паротепловой обработки.The method relates to methods for conducting laboratory research, namely, assessing changes in the characteristics of the void space of a core or bulk reservoir model using X-ray tomography without violating the integrity of the reservoir model during physical and chemical modeling of steam and thermal treatment.

Далее в тексте приведены термины и сокращения, которые необходимы для облегчения однозначного понимания сущности заявленных материалов и исключения противоречий и/или спорных трактовок при выполнении экспертизы по существу.Further in the text are terms and abbreviations that are necessary to facilitate a clear understanding of the essence of the declared materials and to eliminate contradictions and/or controversial interpretations when performing substantive examination.

ЛКО - линейный коэффициент ослабления. Представляет собой суммарный коэффициент, который учитывает ослабление рентгеновского излучения при прохождении через вещество.LKO - linear attenuation coefficient. It is a total coefficient that takes into account the attenuation of X-ray radiation when passing through a substance.

Томография - метод неразрушающего объемного исследования внутренней структуры объекта посредством многократного сканирования его волновым излучением различной природы в разных пересекающихся направлениях. Рентгеновская томография - это метод восстановления внутренней объемной структуры объекта по проекционным снимкам с помощью математических методов реконструкции. Среди преимуществ метода рентгеновской томографии выделяют следующие: недеструктивность - предварительная подготовка образца для анализа не требуется; исследование проводится в естественной взаимной ориентации слагающих фаз; экспрессность - рядовой анализ проводится за единицы минут; возможность трехмерной визуализации внутренней структуры объекта; чувствительность рентгеновской томографии к локальным неоднородностям в десятки раз больше, чем рентгенографии (радиографии).Tomography is a method of non-destructive volumetric study of the internal structure of an object through repeated scanning of it with wave radiation of various natures in different intersecting directions. X-ray tomography is a method of reconstructing the internal volumetric structure of an object from projection images using mathematical reconstruction methods. Among the advantages of the X-ray tomography method are the following: non-destructive - preliminary preparation of the sample for analysis is not required; the study is carried out in the natural mutual orientation of the constituent phases; express - routine analysis is carried out in a few minutes; the possibility of three-dimensional visualization of the internal structure of an object; The sensitivity of X-ray tomography to local inhomogeneities is tens of times greater than radiography (radiography).

Точность и детализация рентгеновского сканирования кернового материала обусловлена масштабным уровнем исследований. При изучении макроструктуры объектом исследования являются каверны, трещины и крупные зерна; мезоструктуры - зерна, поры и трещины; микроструктуры - межзерновое пространство, микропоры, микротрещины, перлитовые частицы (Таблица 1): [Савицкий Я. В. Современные возможности метода рентгеновской томографии при исследовании керна нефтяных и газовых месторождений // Недропользование. 2015. №15. URL]: [https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-vozmozhnosti-metoda-rentgenovskoy-tomografii-pri-issledovanii-kerna-neftyanyh-i-gazovyh-mestorozhdeniy]. В источнике раскрыты особенности применения метода рентгеновской томографии, раскрыты понятия макро-, микро- и нанотомографии.The accuracy and detail of X-ray scanning of core material is due to the large-scale level of research. When studying the macrostructure, the objects of study are cavities, cracks and large grains; mesostructures - grains, pores and cracks; microstructures - intergranular space, micropores, microcracks, pearlite particles (Table 1): [Savitsky Ya. V. Modern capabilities of the X-ray tomography method in the study of core oil and gas fields // Subsoil use. 2015. No. 15. URL]: [https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-vozmozhnosti-metoda-rentgenovskoy-tomografii-pri-issledovanii-kerna-neftyanyh-i-gazovyh-mestorozhdeniy]. The source reveals the features of using the X-ray tomography method, and the concepts of macro-, micro- and nanotomography.

Таблица 1. Масштабные уровни исследований кернаTable 1. Scale levels of core studies Масштабы детализацииScale of detail МакроструктураMacrostructure МезоструктураMesostructure МикроструктураMicrostructure РазрешениеPermission >1 мм>1 mm 0,2-1 мм0.2-1 mm 1-100 мкм1-100 µm Объекты в структуре горных породObjects in rock structure Каверны, трещины, макрофоссилии, крупные зернаCavities, cracks, macrofossils, large grains Зерна, поры, трещиныGrains, pores, cracks Межзерновое пространство, микропоры, микротрещины, перлитовые частицыIntergranular space, micropores, microcracks, pearlite particles Доступность для метода рентгеновской томографииAvailability for X-ray tomography method Доступны для большинства рентгеновских томографовAvailable for most X-ray scanners Доступен для высокоразрешающих томографовAvailable for high-resolution tomographs

Повышение доли трудноизвлекаемых запасов нефти является мировой тенденцией в нефтяной отрасли [Wang et al. Status, trends and enlightenment of global oil and gas development in 2021, Petroleum Exploration and Development, V. 49, I. 5, 2022, P. 1210-1228. https://doi.org/10.1016/S1876-3804(22)60344-6]. В источнике рассматриваются текущее состояние и особенности развития мировой нефтегазовой отрасли, обобщаются основные тенденции развития мировой нефтегазовой отрасли. В том числе, отмечено, что повышается интерес к месторождениям высоковязких нефтей, разработка которых целесообразна с применением тепловых методов увеличения нефтеотдачи (МУН). В этой связи повышается актуальность проведения физико-химического моделирования высокотемпературных МУН в лабораторных условиях (таких как паротепловая обработка). При этом необходимо проводить лабораторные испытания, учитывая особенности изучаемого объекта, в том числе фильтрационно-емкостные свойства (проницаемость, пустотность), с целью получения наиболее достоверных результатов и прогнозирования эффективности в условиях реального объекта. Для определения фильтрационно-емкостных характеристик порового пространства до и после проведения экспериментов на образцах горных пород целесообразным является применение метода рентгеновской томографии.The increasing share of hard-to-recover oil reserves is a global trend in the oil industry [Wang et al. Status, trends and enlightenment of global oil and gas development in 2021, Petroleum Exploration and Development, V. 49, I. 5, 2022, P. 1210-1228. https://doi.org/10.1016/S1876-3804(22)60344-6]. The source examines the current state and features of the development of the global oil and gas industry, and summarizes the main trends in the development of the global oil and gas industry. In particular, it was noted that there is increasing interest in high-viscosity oil fields, the development of which is advisable using thermal methods of enhanced oil recovery (EOR). In this regard, the relevance of conducting physicochemical modeling of high-temperature EOR in laboratory conditions (such as thermal steam treatment) is increasing. In this case, it is necessary to conduct laboratory tests, taking into account the characteristics of the object being studied, including filtration and capacitance properties (permeability, voids), in order to obtain the most reliable results and predict efficiency in the conditions of a real object. To determine the filtration and capacitance characteristics of the pore space before and after conducting experiments on rock samples, it is advisable to use the X-ray tomography method.

В настоящее время с целью получения наиболее информативных данных чаще всего применяется сканирование на микроуровне (что соответствует разрешению 1-100 мкм). Это предполагает использование в исследованиях уменьшенных образцов керна и проведение микротомографии, при этом рентгенопрозрачный кернодержатель преимущественно изготавливается из различных полимерных материалов (например, полиэфирэфиркетон (PEEK)), армированный углеволокном [Lebedev, Maxim & Iglauer, S. & Mikhaltsevitch, Vassili. (2014). Acoustic Response of Reservoir Sandstones during Injection of Supercritical CO₂. Energy Procedia. 63. 4281-4288. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.11.463; Yongfei Yang, Liu Tao, Stefan Iglauer, S. Hossein Hejazi, Jun Yao, Wenjie Zhang, and Kai Zhang. Quantitative Statistical Evaluation of Micro Residual Oil after Polymer Flooding Based on X-ray Micro Computed-Tomography Scanning. Energy & Fuels 2020 34 (9), 10762-10772. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c01801; Watanabe, N., Ishibashi, T., Tsuchiya, N. et al. Geologic Core Holder with a CFR PEEK Body for the X-ray CT-Based Numerical Analysis of Fracture Flow Under Confining Pressure. Rock Mech Rock Eng 46, 413-418 (2013). https://doi.org/10.1007/s00603-012-0311-5]. Невысокая температура плавления PEEK (343 °C при стандартных условиях) ограничивает применимость при моделировании высокотемпературных воздействий на образец породы (например, паротепловая обработка).Currently, in order to obtain the most informative data, scanning at the micro level (which corresponds to a resolution of 1-100 microns) is most often used. This involves the use of reduced core samples and microtomography in studies, while the radiolucent core holder is predominantly made of various polymer materials (for example, polyetheretherketone (PEEK)), reinforced with carbon fiber [Lebedev, Maxim & Iglauer, S. & Mikhaltsevitch, Vassili. (2014). Acoustic Response of Reservoir Sandstones during Injection of Supercritical CO ₂ . Energy Procedia. 63.4281-4288. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.11.463; Yongfei Yang, Liu Tao, Stefan Iglauer, S. Hossein Hejazi, Jun Yao, Wenjie Zhang, and Kai Zhang. Quantitative Statistical Evaluation of Micro Residual Oil after Polymer Flooding Based on X-ray Micro Computed-Tomography Scanning. Energy & Fuels 2020 34(9), 10762-10772. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c01801; Watanabe, N., Ishibashi, T., Tsuchiya, N. et al. Geologic Core Holder with a CFR PEEK Body for the X-ray CT-Based Numerical Analysis of Fracture Flow Under Confining Pressure. Rock Mech Rock Eng 46, 413-418 (2013). https://doi.org/10.1007/s00603-012-0311-5]. The low melting point of PEEK (343 °C at standard conditions) limits its applicability when simulating high-temperature effects on a rock sample (for example, thermal steam treatment).

В этом случае целесообразно применять кернодержатели, изготовленные из сплавов металлов. Также преимуществом будет являться возможность проведения рентгеновского сканирования полноразмерной модели пласта для обобщенной оценки изменения всей структуры порового пространства, так как уменьшение размеров образца приводит к отсечению части крупных трещин и пустот. Однако материалы, традиционно используемые при изготовлении таких кернодержателей (как правило, нержавеющая сталь), обладают высокой степенью поглощения рентгеновского излучения, что приводит к необходимости сканирования на высоких энергиях рентгеновской трубки и появлению шумов и металлических артефактов на томографических изображениях. В этой связи целесообразно изготовление кернодержателя из специального сплава металлов, характеризующегося низким значением линейного коэффициента ослабления (ЛКО). С другой стороны, данный материал должен характеризоваться высокой термостабильностью и прочностью, а также меньшим (по сравнению с нержавеющей сталью) показателем ЛКО.In this case, it is advisable to use core holders made of metal alloys. Another advantage will be the ability to conduct X-ray scanning of a full-size reservoir model for a generalized assessment of changes in the entire structure of the pore space, since reducing the size of the sample leads to cutting off some of the large cracks and voids. However, the materials traditionally used in the manufacture of such core holders (usually stainless steel) have a high degree of X-ray absorption, which leads to the need for high-energy X-ray tube scanning and the appearance of noise and metal artifacts in tomographic images. In this regard, it is advisable to manufacture the core holder from a special metal alloy characterized by a low linear attenuation coefficient (LCO). On the other hand, this material should be characterized by high thermal stability and strength, as well as a lower (compared to stainless steel) LCO index.

Известно изобретение по патенту RU № 2467316 «Способ определения пространственного распределения и концентрации глины в образце керна». Сущность изобретения заключается в том, что в образец пористого материала закачивают контрастное рентгеновское вещество, в качестве которого используют водорастворимую соль металла с высоким атомным весом, вступающую в селективную ионно-обменную реакцию с исследуемым компонентом, с общей формулой: R⁺M^- , где R⁺ выбирают из группы {Ва²⁺; Sr₂₊; T¹⁺; Rb⁺…}, а М^- выбирают из группы {Cl_n; NO_n; OH_n; CH₃COO; SO₄; …} в соответствии с таблицей растворимости неорганических веществ в воде, по окончании реакции селективного ионного обмена в образец закачивают неконтрастный вытесняющий агент, проводят компьютерную рентгеновскую микротомографию образца и определяют пространственное распределение и концентрацию исследуемого компонента путем анализа полученного компьютерного томографического изображения.The invention is known according to patent RU No. 2467316 “Method for determining the spatial distribution and concentration of clay in a core sample.” The essence of the invention is that an X-ray contrast agent is pumped into a sample of a porous material, which is a water-soluble metal salt with a high atomic weight, which enters into a selective ion exchange reaction with the component under study, with the general formula: R ⁺ M ^- , where R ⁺ selected from the group {Ba ²⁺ ; Sr ₂₊ ; T ¹⁺ ; Rb ⁺ …}, and M ^- are selected from the group {Cl _n ; _NOn ; _OHn ; _CH3COO ; SO ₄ ; ...} in accordance with the table of solubility of inorganic substances in water, at the end of the selective ion exchange reaction, a non-contrast displacing agent is pumped into the sample, computed x-ray microtomography of the sample is carried out, and the spatial distribution and concentration of the component under study is determined by analyzing the resulting computed tomographic image.

Недостатком известного способа является невозможность его использования при изучении структурных особенностей керна до и после химических или физических способов воздействия.The disadvantage of this known method is the impossibility of its use in studying the structural features of the core before and after chemical or physical methods of exposure.

Известно изобретение по патенту RU № 2580174 «Способ определения пористости образца породы». Сущность изобретения заключается в том, что способ определения пористости образца породы предусматривает определение общего минералогического состава образца, определение относительного объемного содержания каждого минерала и определение коэффициентов ослабления рентгеновского излучения для каждого из этих минералов. Затем определяют первый коэффициент ослабления рентгеновского излучения для синтетического образца, состоящего из тех же минералов с тем же объемным содержанием, но без пор. Выполняют рентгеновское микро-/ нанокомпьютерное сканирование образца и определяют второй коэффициент ослабления рентгеновского излучения для исследуемого образца породы. Значения пористости могут быть определены как для образца, заполненного газом, водой или легкими углеводородами, так и для образца, заполненного тяжелыми углеводородами или другими жидкостями/газами с коэффициентами ослабления рентгеновского излучения, сравнимыми с коэффициентами ослабления рентгеновского излучения образца породы или синтетического образца.The invention is known under patent RU No. 2580174 “Method for determining the porosity of a rock sample.” The essence of the invention is that the method for determining the porosity of a rock sample involves determining the general mineralogical composition of the sample, determining the relative volumetric content of each mineral and determining the X-ray attenuation coefficients for each of these minerals. The first X-ray attenuation coefficient is then determined for a synthetic sample consisting of the same minerals with the same volumetric content, but without pores. An X-ray micro-/nano-computer scan of the sample is performed and the second X-ray attenuation coefficient for the rock sample under study is determined. Porosity values can be determined for a sample filled with gas, water or light hydrocarbons, or for a sample filled with heavy hydrocarbons or other liquids/gases with X-ray attenuation coefficients comparable to those of a rock or synthetic sample.

Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает проведение исследований на образце породы, в том числе моделирование высокотемпературных процессов.The disadvantage of this known method is that it does not provide for research on a rock sample, including modeling of high-temperature processes.

Известно изобретение по патенту RU № 2548605 «Способ определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства». Сущность изобретения заключается в способе определения пространственного распределения в керновом материале эффективного порового пространства, в соответствии с которым в образец керна закачивают контрастное рентгеновское вещество, сканируют образец посредством рентгеновской томографии, получают гистограммы, отличающийся тем, что в качестве контрастного рентгеновского вещества в образец керна закачивают смесь желатина и йодосодержащего вещества в концентрации не менее 10 процентов по массе приготовляемого раствора.The invention is known according to patent RU No. 2548605 “Method for determining the spatial distribution of effective pore space in core material.” The essence of the invention lies in a method for determining the spatial distribution of the effective pore space in the core material, according to which a contrast X-ray substance is pumped into the core sample, the sample is scanned using X-ray tomography, histograms are obtained, characterized in that a mixture is pumped into the core sample as a contrast X-ray substance gelatin and iodine-containing substances in a concentration of at least 10 percent by weight of the prepared solution.

Выявленные аналоги совпадают с заявленным техническим решением по отдельным совпадающим признакам, поэтому прототип не выявлен, и формула изобретения составлена без ограничительной части.The identified analogues coincide with the declared technical solution according to individual matching features, therefore the prototype has not been identified, and the claims are drawn up without a restrictive part.

Технической пользой заявленного технического решения является возможность оценки изменения характеристик пустотного пространства керновой или насыпной модели пласта при проведении физико-химического моделирования высокотемпературной (до +400 °C) паротепловой обработки. The technical benefit of the claimed technical solution is the ability to assess changes in the characteristics of the void space of a core or bulk reservoir model when conducting physico-chemical modeling of high-temperature (up to +400 °C) thermal steam treatment.

Техническим результатом заявленного технического решения является оценка изменения характеристик пустотного пространства керновой или насыпной модели пласта при проведении физико-химического моделирования паротепловой обработки с применением рентгенопрозрачного кернодержателя - проницаемости и коэффициента пустотности образца. The technical result of the claimed technical solution is the assessment of changes in the characteristics of the void space of a core or bulk reservoir model during physical and chemical modeling of steam-thermal treatment using an X-ray transparent core holder - permeability and void ratio of the sample.

Сущностью заявленного технического решения является способ оценки изменения характеристик пустотного пространства керновой или насыпной модели пласта при проведении физико-химического моделирования паротепловой обработки, заключающийся в том, что в рентгенопрозрачный кернодержатель помещают объект исследования - образец породы, создают модель пласта; проводят рентгеновскую компьютерную микротомографию рентгенопрозрачного кернодержателя, содержащего объект исследования, с целью первичного описания структуры пустотного пространства и определения начального коэффициента пустотности; помещают рентгенопрозрачный кернодержатель в установку для физико-химического моделирования фильтрационных процессов, определяют начальную проницаемость созданной модели пласта при постоянной суммарной объемной скорости фильтрации до достижения стационарного - установившегося состояния, фиксируемого по стабилизации показаний дифференциального манометра; создают в установке пластовые условия, проводят физико-химическое моделирование паротепловой обработки; определяют конечную проницаемость модели пласта при постоянной суммарной объемной скорости фильтрации до достижения стационарного - установившегося состояния, фиксируемого по стабилизации показаний дифференциального манометра; разбирают установку для физико-химического моделирования фильтрационных процессов и без нарушения целостности проводят повторную рентгеновскую компьютерную микротомографию модели пласта, помещенной в рентгенопрозрачный кернодержатель, с целью оценки изменения коэффициента пустотности образца. Способ по п.1, отличающийся тем, что модель пласта представляет собой керновую модель, составленную из стандартных выбуренных образцов керна. Способ по п.1, отличающийся тем, что модель пласта представляет собой запрессованную насыпную модель, составленную из предварительно перемолотой до фракции 0.1-1 мм породы. The essence of the claimed technical solution is a method for assessing changes in the characteristics of the void space of a core or bulk model of a formation during physical and chemical modeling of steam-thermal treatment, which consists in placing the object of study - a rock sample - in a radiolucent core holder, creating a model of the formation; carry out X-ray computed microtomography of a radiolucent core holder containing the object of study for the purpose of a primary description of the structure of the void space and determination of the initial void ratio; a radiolucent core holder is placed in an installation for physical and chemical modeling of filtration processes, the initial permeability of the created formation model is determined at a constant total volumetric filtration rate until a stationary - steady state is achieved, recorded by stabilization of the differential pressure gauge readings; formation conditions are created in the installation, physical and chemical modeling of steam and thermal treatment is carried out; determine the final permeability of the reservoir model at a constant total volumetric filtration rate until a stationary - steady state is achieved, recorded by stabilizing the readings of the differential pressure gauge; disassemble the installation for physical and chemical modeling of filtration processes and, without violating the integrity, carry out repeated X-ray computed microtomography of the formation model placed in an X-ray transparent core holder in order to assess the change in the void ratio of the sample. The method according to claim 1, characterized in that the formation model is a core model composed of standard drilled core samples. The method according to claim 1, characterized in that the formation model is a pressed bulk model composed of rock previously ground to a fraction of 0.1-1 mm.

Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг.1, Фиг. 2.The claimed technical solution is illustrated in Fig. 1, Fig. 2.

На Фиг.1 представлены снимки насыпной модели пласта в рентгенопрозрачном кернодержателе до (сверху) и после (снизу) проведения физико-химического моделирования паротепловой обработки в проекции XZ. На снимке синим цветом отмечено пустотное пространство насыпной модели пласта. На нижнем рисунке наблюдается снижение пустотности (после проведения физико-химического моделирования паротепловой обработки).Figure 1 shows photographs of a bulk reservoir model in a radiolucent core holder before (top) and after (bottom) physical and chemical modeling of thermal steam treatment in the XZ projection. In the image, the void space of the bulk reservoir model is marked in blue. In the lower figure, a decrease in voids is observed (after carrying out physico-chemical modeling of thermal steam treatment).

На Фиг.2 представлены снимки керновой модели пласта в рентгенопрозрачном кернодержателе до (сверху) и после (снизу) проведения физико-химического моделирования паротепловой обработки в проекции XZ. На снимке синим цветом отмечено пустотное пространство керновой модели пласта. На нижнем рисунке наблюдается снижение пустотности (после проведения физико-химического моделирования паротепловой обработки).Figure 2 shows photographs of the core model of the formation in a radiolucent core holder before (top) and after (bottom) the physical and chemical modeling of thermal steam treatment in the XZ projection. In the image, the void space of the core reservoir model is marked in blue. In the lower figure, a decrease in voids is observed (after carrying out physico-chemical modeling of thermal steam treatment).

Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.Next, the applicant provides a description of the claimed technical solution.

Заявленный технический результат заключается в способе оценки изменения характеристик пустотного пространства керновой или насыпной модели пласта при проведении физико-химического моделирования паротепловой обработки с применением рентгенопрозрачного кернодержателя, включающий определение начальной и конечной проницаемости по инертному газу и исследование структуры порового пространства керновой или насыпной модели с помощью рентгеновской томографии без нарушения целостности модели пласта.The claimed technical result consists in a method for assessing changes in the characteristics of the void space of a core or fill model of a formation during physical and chemical modeling of thermal steam treatment using an X-ray transparent core holder, including determining the initial and final permeability to inert gas and studying the structure of the pore space of the core or fill model using X-ray tomography without violating the integrity of the reservoir model.

Для проведения физико-химического моделирования паротепловой обработки используется рентгенопрозрачный кернодержатель. Изготовленный кернодержатель обладает высокими прочностными и термостабильными свойствами (максимально допустимое давление определяется характеристиками внешней камеры высокого давления, в которую устанавливается рентгенопрозрачный кернодержатель; максимальная температура +400 °C), что обуславливает применимость при моделировании процессов, соответствующих высоким термобарическим пластовым условиям. Рентгенопрозрачный кернодержатель обеспечивает поддержание заданных термобарических условий, а также позволяет наблюдать за динамикой температурного поля и давления в модели пласта за счет снабжения датчиками температуры и давления. Кернодержатель конструктивно выполнен в виде цилиндрической трубы длиной рабочей части (в которую помещается исследуемая модель пласта) 300 мм, диаметром 50 мм и толщиной стенки 2 мм. Герметизация помещенной в кернодержатель модели пласта осуществляется за счет соединений фланцевого типа, предусматривающей соединение с подводящими и отводящими трубками для закачки агентов воздействия (например, пар). Все конструктивные детали изготовлены из сплава титана.To carry out physical and chemical modeling of thermal steam treatment, an X-ray transparent core holder is used. The manufactured core holder has high strength and thermal stability properties (the maximum permissible pressure is determined by the characteristics of the external high-pressure chamber into which the radiolucent core holder is installed; maximum temperature is +400 °C), which makes it applicable when modeling processes corresponding to high thermobaric reservoir conditions. The X-ray transparent core holder ensures the maintenance of specified thermobaric conditions, and also allows you to observe the dynamics of the temperature field and pressure in the reservoir model due to the provision of temperature and pressure sensors. The core holder is structurally made in the form of a cylindrical pipe with a working part length (in which the studied formation model is placed) of 300 mm, a diameter of 50 mm and a wall thickness of 2 mm. The formation model placed in the core holder is sealed using flange-type connections, which provide connection to inlet and outlet pipes for injection of influencing agents (for example, steam). All structural parts are made of titanium alloy.

Далее заявитель приводит описание использования рентгенопрозрачного кернодержателя в качестве оборудования для комплексного исследования пустотного пространства пород с применением компьютерной томографии.Next, the applicant describes the use of a radiolucent core holder as equipment for a comprehensive study of the void space of rocks using computed tomography.

Объект исследования (образец керновой модели либо насыпная модель) устанавливают в рентгенопрозрачный кернодержатель, создают модель пласта.The research object (core model sample or bulk model) is installed in a radiolucent core holder, and a formation model is created.

При этом возможно создание:In this case it is possible to create:

- керновой модели, составленной из стандартных выбуренных образцов керна в соответствии со способом, описанным в патенте «Уплотнение цилиндрического керна и способ сборки уплотнения в кернодержателе» (RU 2720208). Уплотнение цилиндрического керна характеризуется тем, что уплотняющий материал, выполненный из терморасширенного графита, измельченного до фракции не более 3 мм, помещен и уплотнен в зазоре между внутренней цилиндрической поверхностью кернодержателя и уплотняемой внешней поверхностью керна с возможностью герметичного заполнения указанного зазора с обеспечением возможности использования при тепловом воздействии на керн путем парогравитационного дренажа при высоких давлениях до 20 МПа и температурах до 400 °С;- a core model composed of standard drilled core samples in accordance with the method described in the patent “Sealing a cylindrical core and a method for assembling the seal in a core holder” (RU 2720208). The sealing of a cylindrical core is characterized by the fact that a sealing material made of thermally expanded graphite, crushed to a fraction of no more than 3 mm, is placed and sealed in the gap between the inner cylindrical surface of the core holder and the sealed outer surface of the core with the possibility of hermetically filling the specified gap, ensuring the possibility of use during thermal exposure to core by steam-gravitational drainage at high pressures up to 20 MPa and temperatures up to 400 °C;

- насыпной модели, составленной из предварительно перемолотой до фракции 0.1-1 мм породы, при создании которой (насыпной модели) производят запрессовку породы с помощью пресса.- bulk model, composed of rock previously ground to a fraction of 0.1-1 mm, during the creation of which (bulk model) the rock is pressed using a press.

Далее с целью первичного описания структуры пустотного пространства образца проводят рентгеновскую компьютерную микротомографию кернодержателя с установленным внутри объектом исследования. Порядок проведения рентгеновской компьютерной микротомографии заключается в следующем.Next, for the purpose of a primary description of the structure of the void space of the sample, X-ray computed microtomography of the core holder with the object of study installed inside is carried out. The procedure for performing X-ray computed microtomography is as follows.

Кернодержатель с установленным внутри образцом или насыпной моделью закрепляют в держателе внутри камеры рентгеновского компьютерного томографа. Далее камера закрывается и производится сканирование кернодержателя. После этого производится реконструкция 3D цифровой модели образца, на основе которой получают рентгенплотносные срезы образца в различных сечениях. Также в полученной цифровой модели производится сегментация пустот и определение коэффициента начальной пустотности образца.The core holder with a sample or bulk model installed inside is fixed in a holder inside the chamber of an X-ray computed tomograph. Next, the chamber is closed and the core holder is scanned. After this, a 3D digital model of the sample is reconstructed, on the basis of which X-ray dense sections of the sample are obtained in various sections. Also, in the resulting digital model, voids are segmented and the coefficient of initial voidness of the sample is determined.

Далее рентгенопрозрачный кернодержатель помещают в установку для физико-химического моделирования фильтрационных процессов и определяют начальную проницаемость созданной модели пласта по ОСТ 39-235-89 «Нефть. Метод определения фазовых проницаемостей в лабораторных условиях при совместной стационарной фильтрации».Next, the X-ray transparent core holder is placed in an installation for physical and chemical modeling of filtration processes and the initial permeability of the created reservoir model is determined according to OST 39-235-89 “Oil. Method for determining phase permeabilities in laboratory conditions during joint stationary filtration.”

После чего в установке создают пластовые условия (температура, давление) с целью получения наиболее достоверных результатов и прогнозирования эффективности в условиях реального объекта. Пластовая температура создается с помощью электронагревателей, расположенных по всей длине кернодержателя. Пластовое давление создается путем закачки инертного газа (например, азот) с целью недопущения химического взаимодействия со средой созданной модели пласта.After that, reservoir conditions (temperature, pressure) are created in the installation in order to obtain the most reliable results and predict efficiency under the conditions of a real object. Reservoir temperature is created using electric heaters located along the entire length of the core holder. Reservoir pressure is created by injecting an inert gas (for example, nitrogen) in order to prevent chemical interaction with the environment of the created reservoir model.

Далее проводят физико-химическое моделирование паротепловой обработки, включающее прокачку через модель пласта, помещенную в рентгенопрозрачный кернодержатель, пара, при этом максимальная температура пара может составлять +400 °C.Next, physicochemical modeling of thermal steam treatment is carried out, including pumping steam through a formation model placed in a radiolucent core holder, with a maximum steam temperature of +400 °C.

По окончании фильтрационных исследований определяют конечную проницаемость модели пласта по ОСТ 39-235-89 «Нефть. Метод определения фазовых проницаемостей в лабораторных условиях при совместной стационарной фильтрации».Upon completion of filtration studies, the final permeability of the reservoir model is determined according to OST 39-235-89 “Oil. Method for determining phase permeabilities in laboratory conditions during joint stationary filtration.”

Далее разбирают установку для физико-химического моделирования фильтрационных процессов и без нарушения целостности проводят повторную рентгеновскую компьютерную микротомографию образца керновой или насыпной модели, помещенной в рентгенопрозрачный кернодержатель, с целью оценки изменения коэффициента пустотности образца.Next, the installation for physical and chemical modeling of filtration processes is disassembled and, without violating the integrity, a repeated X-ray computed tomography of a sample of a core or bulk model placed in a radiolucent core holder is carried out in order to assess the change in the void ratio of the sample.

Для этого кернодержатель с установленным внутри образцом керновой или насыпной модели вновь устанавливают в держатель внутри камеры рентгеновского компьютерного томографа. Далее камера закрывается и производится сканирование кернодержателя. После этого производится реконструкция 3D цифровой модели образца, на основе которой получают рентгенплотносные срезы образца в различных сечениях. Также в полученной цифровой модели производится сегментация пустот и определение коэффициента конечной пустотности образца.To do this, the core holder with a sample of the core or bulk model installed inside is again installed in the holder inside the chamber of the X-ray computed tomograph. Next, the chamber is closed and the core holder is scanned. After this, a 3D digital model of the sample is reconstructed, on the basis of which X-ray dense sections of the sample are obtained in various sections. Also, in the resulting digital model, voids are segmented and the coefficient of final voidness of the sample is determined.

Далее заявителем приведены примеры осуществления заявленного технического решения.Next, the applicant provides examples of the implementation of the claimed technical solution .

Пример 1. Оценка изменения характеристик пустотного пространства насыпной модели пласта при проведении физико-химического моделирования паротепловой обработки. Example 1. Assessment of changes in the characteristics of the void space of a bulk reservoir model during physical and chemical modeling of thermal steam treatment.

Предварительно перемолотую до фракции 0.1-1 мм породу поместили в рентгенопрозрачный кернодержатель, создали насыпную модель пласта.The rock, previously ground to a fraction of 0.1-1 mm, was placed in a radiolucent core holder, and a bulk model of the formation was created.

Далее с целью первичного описания структуры пустотного пространства провели рентгеновскую компьютерную микротомографию кернодержателя, содержащего перемолотую до фракции 0.1-1 мм породу. Получили снимки насыпной модели пласта, после этого произвели реконструкцию 3D цифровой модели образца, на основе которой получили рентгенплотносные срезы образца в различных сечениях. В полученной цифровой модели произвели сегментацию пустот и определили коэффициент начальной пустотности образца, равный 7,25% (см. Фиг. 1). Обработка и расчеты характеристик объемной модели производились в специализированной программе.Next, for the purpose of a primary description of the structure of the void space, an X-ray computed tomography of the core holder containing rock ground to a fraction of 0.1-1 mm was carried out. We obtained photographs of the bulk model of the formation, after which we reconstructed a 3D digital model of the sample, on the basis of which we obtained X-ray dense sections of the sample in various sections. In the resulting digital model, the voids were segmented and the initial void ratio of the sample was determined to be 7.25% (see Fig. 1). Processing and calculations of the characteristics of the volumetric model were carried out in a specialized program.

Далее рентгенопрозрачный кернодержатель поместили в установку для физико-химического моделирования фильтрационных процессов и определили начальную проницаемость созданной модели пласта по ОСТ 39-235-89 «Нефть. Метод определения фазовых проницаемостей в лабораторных условиях при совместной стационарной фильтрации», равную 81,4 мД.Next, the X-ray transparent core holder was placed in an installation for physical and chemical modeling of filtration processes and the initial permeability of the created reservoir model was determined according to OST 39-235-89 “Oil. Method for determining phase permeabilities in laboratory conditions with joint stationary filtration” equal to 81.4 mD.

Далее в установке создали пластовые условия (+400 °С, 9 МПа), провели физико-химическое моделирование паротепловой обработки.Next, reservoir conditions were created in the installation (+400 °C, 9 MPa), and physicochemical modeling of thermal steam treatment was carried out.

По окончании фильтрационных исследований определили конечную проницаемость модели пласта по ОСТ 39-235-89 «Нефть. Метод определения фазовых проницаемостей в лабораторных условиях при совместной стационарной фильтрации», равную 75,7 мД.Upon completion of filtration studies, the final permeability of the reservoir model was determined according to OST 39-235-89 “Oil. Method for determining phase permeabilities in laboratory conditions with joint stationary filtration” equal to 75.7 mD.

Далее разобрали установку для физико-химического моделирования фильтрационных процессов и без нарушения целостности провели повторную рентгеновскую компьютерную микротомографию насыпной модели, помещенной в рентгенопрозрачный кернодержатель, с целью оценки изменения структуры пустотного пространства породы. Получили снимки насыпной модели пласта, после этого произвели реконструкцию 3D цифровой модели образца, на основе которой получили рентгенплотносные срезы образца в различных сечениях. В полученной цифровой модели произвели сегментацию пустот и определили коэффициент конечной пустотности образца, равный 5,47% (см. Фиг. 1). Обработка и расчеты характеристик объемной модели производились в специализированной программе.Next, we disassembled the installation for physical and chemical modeling of filtration processes and, without violating the integrity, carried out repeated X-ray computed microtomography of the bulk model placed in an X-ray transparent core holder in order to assess changes in the structure of the void space of the rock. We obtained photographs of the bulk model of the formation, after which we reconstructed a 3D digital model of the sample, on the basis of which we obtained X-ray dense sections of the sample in various sections. In the resulting digital model, voids were segmented and the final void ratio of the sample was determined to be 5.47% (see Fig. 1). Processing and calculations of the characteristics of the volumetric model were carried out in a specialized program.

В результате паротеплового воздействия на насыпную модель пласта при +400 °C оценили изменение характеристик пустотного пространства, а именно - изменение проницаемости и коэффициента пустотности породы, равное соответственно -5,7 мД и -1,78%.As a result of the thermal steam effect on the bulk reservoir model at +400 °C, a change in the characteristics of the void space was assessed, namely, a change in the permeability and void ratio of the rock, equal to -5.7 mD and -1.78%, respectively.

Пример 2. Оценка изменения характеристик пустотного пространства керновой модели пласта при проведении физико-химического моделирования паротепловой обработки. Example 2. Assessment of changes in the characteristics of the void space of the core model of the formation during physical and chemical modeling of steam and thermal treatment.

Стандартные выбуренные образцы керна поместили в рентгенопрозрачный кернодержатель, создали керновую модель пласта.Standard drilled core samples were placed in a radiolucent core holder and a core model of the formation was created.

Далее с целью первичного описания структуры пустотного пространства провели рентгеновскую компьютерную микротомографию кернодержателя, содержащего стандартные выбуренные образцы керна. Получили снимки насыпной модели пласта, после этого произвели реконструкцию 3D цифровой модели образца, на основе которой получили рентгенплотносные срезы образца в различных сечениях. В полученной цифровой модели произвели сегментацию пустот и определили коэффициент начальной пустотности образца, равный 5,51% (см. Фиг. 2). Обработка и расчеты характеристик объемной модели производились в специализированной программе.Next, for the purpose of a primary description of the structure of the void space, an X-ray computed tomography of a core holder containing standard drilled core samples was carried out. We obtained photographs of the bulk model of the formation, after which we reconstructed a 3D digital model of the sample, on the basis of which we obtained X-ray dense sections of the sample in various sections. In the resulting digital model, the voids were segmented and the initial void ratio of the sample was determined to be 5.51% (see Fig. 2). Processing and calculations of the characteristics of the volumetric model were carried out in a specialized program.

Далее рентгенопрозрачный кернодержатель поместили в установку для физико-химического моделирования фильтрационных процессов и определили начальную проницаемость созданной модели пласта по ОСТ 39-235-89 «Нефть. Метод определения фазовых проницаемостей в лабораторных условиях при совместной стационарной фильтрации», равную 73,8 мД.Next, the X-ray transparent core holder was placed in an installation for physical and chemical modeling of filtration processes and the initial permeability of the created reservoir model was determined according to OST 39-235-89 “Oil. Method for determining phase permeabilities in laboratory conditions with joint stationary filtration” equal to 73.8 mD.

По окончании фильтрационных исследований определили конечную проницаемость модели пласта по ОСТ 39-235-89 «Нефть. Метод определения фазовых проницаемостей в лабораторных условиях при совместной стационарной фильтрации», равную 65,2 мД.Upon completion of filtration studies, the final permeability of the reservoir model was determined according to OST 39-235-89 “Oil. Method for determining phase permeabilities in laboratory conditions with joint stationary filtration” equal to 65.2 mD.

Далее разобрали установку для физико-химического моделирования фильтрационных процессов и без нарушения целостности провели повторную рентгеновскую компьютерную микротомографию керновой модели, помещенной в рентгенопрозрачный кернодержатель, с целью оценки изменения структуры пустотного пространства породы. Получили снимки насыпной модели пласта, после этого произвели реконструкцию 3D цифровой модели образца, на основе которой получили рентгенплотносные срезы образца в различных сечениях. В полученной цифровой модели произвели сегментацию пустот и определили коэффициент начальной пустотности образца, равный 2,90% (см. Фиг. 2). Обработка и расчеты характеристик объемной модели производились в специализированной программе.Next, we disassembled the installation for physical and chemical modeling of filtration processes and, without violating the integrity, repeated X-ray computed microtomography of the core model placed in a radiolucent core holder in order to assess changes in the structure of the void space of the rock. We obtained photographs of the bulk model of the formation, after which we reconstructed a 3D digital model of the sample, on the basis of which we obtained X-ray dense sections of the sample in various sections. In the resulting digital model, the voids were segmented and the initial void ratio of the sample was determined to be 2.90% (see Fig. 2). Processing and calculations of the characteristics of the volumetric model were carried out in a specialized program.

В результате паротеплового воздействия на керновую модель пласта при +400 °C оценили изменение характеристик пустотного пространства, а именно - изменение проницаемости и коэффициента пустотности породы, равное соответственно -8,6 мД и -2,61%.As a result of the thermal steam effect on the core model of the formation at +400 °C, a change in the characteristics of the void space was assessed, namely, a change in the permeability and void ratio of the rock, equal to -8.6 mD and -2.61%, respectively.

Таким образом, из приведенного выше можно сделать вывод, что заявителем достигнут заявленный технический результат, а именно - разработан способ оценки изменения характеристик пустотного пространства керновой или насыпной модели пласта при проведении физико-химического моделирования паротепловой обработки с применением рентгенопрозрачного кернодержателя, а именно - изменения проницаемости и коэффициента пустотности образца.Thus, from the above we can conclude that the applicant has achieved the stated technical result , namely, a method has been developed for assessing changes in the characteristics of the void space of a core or bulk reservoir model when conducting physico-chemical modeling of steam-thermal treatment using a radiolucent core holder, namely changes in permeability and void ratio of the sample.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как при определении уровня техники не выявлено техническое решение, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) совокупности признаков, перечисленных в формуле изобретения, включая характеристику назначения.The claimed technical solution complies with the “novelty” patentability condition imposed on inventions, since when determining the level of technology, a technical solution was not identified that has features identical (that is, identical in the function they perform and the form in which these features are performed) to the set of features listed in the formula invention, including characteristics of the purpose.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.The claimed technical solution complies with the patentability condition “inventive step” imposed on inventions, since technical solutions have not been identified that have features that coincide with the distinctive features of the claimed invention, and the influence of the distinctive features on the specified technical result has not been established.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, так как может быть изготовлено с использованием известных материалов, комплектующих изделий, стандартных технических устройств и оборудования.The claimed technical solution meets the patentability requirement of “industrial applicability” for inventions, since it can be manufactured using known materials, components, standard technical devices and equipment.

Claims

1. A method for assessing changes in the characteristics of the void space of a core or bulk reservoir model during physical and chemical modeling of steam and thermal treatment, which consists in the fact that

the object of study - a rock sample - is placed in a radiolucent core holder, and a formation model is created;

carry out X-ray computed microtomography of a radiolucent core holder containing the object of study for the purpose of a primary description of the structure of the void space and determination of the initial void ratio;

place an X-ray transparent core holder in an installation for physical and chemical modeling of filtration processes, determine the initial permeability of the created formation model at a constant total volumetric filtration rate until a stationary - steady state is achieved, recorded by stabilization of the differential pressure gauge readings;

create reservoir conditions in the installation, carry out physico-chemical modeling of steam-thermal treatment;

determine the final permeability of the reservoir model at a constant total volumetric filtration rate until a stationary - steady state is achieved, recorded by stabilization of the differential pressure gauge readings;

disassemble the installation for physical and chemical modeling of filtration processes and, without violating the integrity, carry out repeated X-ray computed microtomography of the formation model placed in an X-ray transparent core holder in order to assess the change in the void ratio of the sample.

2. The method according to claim 1, characterized in that the reservoir model is a core model composed of standard drilled core samples.

3. The method according to claim 1, characterized in that the formation model is a pressed bulk model composed of rock previously ground to a fraction of 0.1-1 mm.