(57) Реферат / Формула:
Системы и способы определения подвижности флюида в образцах породы посредством метода отслеживания испускающих позитроны частиц с периодической регистрацией данных.
Евразийское <21) 201391224 <13) Al
патентное
ведомство
<12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
<43) Дата публикации заявки <51) Int. Cl. E21B 47/00 (2012.01)
2014.06.30 E21B 47/10 (2012.01)
<22) Дата подачи заявки 2012.03.05
<54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНОСТИ ФЛЮИДА В ОБРАЗЦЕ ПОРОДЫ
<31) <32)
13/040,396
2011.03.04
<33) US
<8б) PCT/US2012/027749
<87) WO 2012/122110 2012.09.13
<71) Заявитель:
ЛЭНДМАРК ГРАФИКС
КОРПОРЕЙШН (US)
<72) Изобретатель:
Маучек Марко (US)
<74) Представитель:
Хмара М.В., Рыбаков В.М., Новоселова С.В., Дощечкина В.В., Липатова И.И. (RU)
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНОСТИ ФЛЮИДА В ОБРАЗЦЕ
ПОРОДЫ
5 Перекрестные ссылки на родственные заявки
Данная заявка притязает на приоритет патентной заявки США № 13/040 396, поданной 4 марта 2011 года, полное содержание которой включается в настоящее изобретение путем ссылки.
10 Указания на исследования, спонсируемые из федерального бюджета
Не применимо
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам и способам определения 15 подвижности флюида в образцах породы. В частности, настоящее изобретение относится к системам и способам определения подвижности флюида в образцах породы посредством метода отслеживания частиц, испускающих позитроны (РЕРТ, от англ. positron emission particle tracking), с периодической регистрацией данных.
20 Предшествующий уровень техники
Одной из самых трудно решаемых задач при определении подвижности флюида в образцах горных пород является оценка проницаемости пород, имеющих микрослоистую структуру, например сланцевых пород. Сланцы существенно отличаются от всех других горных пород по размеру зерен, который соответствует 25 очень низким значениям пористости (Ф) и проницаемости (к).
Известны следующие широко применяемые методы определения подвижности флюида в образцах породы:
• метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР);
• трехмерная компьютерная томография (КТ), которая позволяет получить 30 контуры границ сред с разной плотностью в виде контрастного изображения на
снимке;
• метод дифракции рентгеновских лучей; и
• анализ растровым электронным микроскопом (от англ. SEM- scanning electron microscope).
35 Один из основных недостатков известных методов состоит в том, что эти
методы подразумевают анализ только малообъемных образцов породы -
кернов, - которые характеризуются лишь некоторыми, а не всеми свойствами пласта, из которого они были взяты. Другими словами, подвижность флюида, определенная такими методами, в полной мере не отражает свойство горной породы в месте ее залегания и, следовательно, требует дополнительного 5 уточнения. Определение подвижности флюида любым из вышеуказанных известных методов может быть усовершенствовано путем "математического обобщающего масштабирования" (от англ. "upscaling"), при котором осуществляется экстраполяция петрофизических свойств от размера керна до задаваемого размера сетки геологической модели. Известно множество применяемых на практике
10 методов математического обобщающего масштабирования, например определение степенного среднего, перенормировка, схема решения математических задач, использующая процедуры коррекции величин по давлению, тензорный метод и метод псевдофункции. Таким образом, при математическом обобщающем масштабировании некоторое количество разнородных ячеек сетки с высокой
15 точностью информации заменяется одной эквивалентной однородной ячейкой с пониженной точностью информации. Суть известных методов математического обобщающего масштабирования сводится к усреднению и экстраполяции, что, в свою очередь, приводит к потере информации и размытости пространственно непрерывных экстремумов, таких как глинистые экраны и открытые трещины.
20 Добыча нефти и газа, по большей части, обуславливается пространственной соединяемостью экстремумов (сверхнизких значений) проницаемости, которыми характеризуются микропоры сланцев. Таким образом, разработка систем и способов определения подвижности флюида в образцах породы без использования математического обобщающего масштабирования является актуальной задачей.
25 Прочие известные методы определения подвижности флюида в образцах
породы включают следующее: i) измельчение образцов породы; и) обезвоживание образцов породы; и iii) нагнетание гелия или ртути в образцы породы. Однако данные методы не относятся к оптимальным, так как приводят к искажению исходных геомеханических свойств образца породы до определения подвижности
30 флюида и могут требовать математического обобщающего масштабирования в отношении малообъемных образцов породы (кернов).
С некоторых пор появились технологии, основанные на регистрации позитронного излучения, которые выделились из широко распространенных в медицине методов сканирования путем позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
35 При типовой ПЭТ данные двухмерного или трехмерного изображения хранятся в виде синограмм, состоящих из рядов и столбцов, в которых содержатся выборки
данных в полярной системе координат. Необработанные данные предварительно сортируются аппаратными средствами для представления их в формате синограммы. В результате предварительной сортировки данные в формате синограммы имеют более низкое разрешение по сравнению с разрешением 5 исходных необработанных данных, что приводит к потере важной информации о сканированном объекте. В формате синограммы полученные данные в каждом ряду сжимаются (суммируются) вдоль глубины объекта и, следовательно, для восстановления информации, соответствующей этому направлению, эти данные необходимо "распаковать". Полученные данные каждого ряда, хранящиеся в
10 формате синограммы, сжимаются (суммируются) вдоль глубины объекта и для восстановления информации, соответствующей этому направлению, эти данные должны быть распакованы. В статье "Nonmedical Applications of a Positron Cameras" (Применение позитронных камер в немедицинской сфере) (авторы: М. R. Hawkesworth и др.), опубликованной в 1991 г. в периодическом издании
15 "Nuclear Instruments and Methods in Physics Research А310" (Средства и способы ядерно-физических исследований, том 310, секция А) на стр. 423-434, описано применение ПЭТ с целью создания изображений каждые десять (10) минут для регистрации потока флюида в образцах породы. Однако данная технология имеет ограничения в применении, так как получаемые данные хранятся в виде синограмм,
20 при этом на их обработку требуется больше времени, нежели при хранении исходных необработанных данных в виде списка. В результате, частота получения изображения низка (1 кадр за 10 минут), что приводит к уменьшению разрешения изображения.
В статье "Porosity and Pathway Determination in Crystalline Rock by Positron 25 Emission Tomography and Neuron Radiography" (Определение пористости кристаллических пород и путей движения флюидов в этих породах при помощи позитронно-эмиссионной томографии и нейтронной радиографии) (авторы: О Degueldre и др.), опубликованной в 1996 г. в периодическом издании "Earth and Planet Science Letters 140" (Сборник статей, посвященных вопросам 30 землеведения, том 140) на стр. 213-225, описаны аспекты изучения пористости образцов кристаллических пород и путей движения флюидов в этих породах при помощи гамма-камеры высокого разрешения, которая, по результатам проведенных исследований, позволяет определить исходные характеристики водоносности на примере кусков гранодиорита размером 20 см и моделей со значениями пористости 35 порядка 20 %. В статье "Positron Emission Tomography of Large Rock Samples Using a Multiring PET Instrument (Позитронно-эмиссионная томография крупных
образцов породы с применением многокольцевого прибора регистрации гамма-излучения) (авторы: R. P. Maguire и др.), опубликованной в 1997 г. в периодическом издании "IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 44, No. 1" (Сборник научных трудов по вопросам ядерной физики института инженеров по электротехнике и 5 электронике, том 44, номер 1) на стр. 26-30, описано использование ПЭТ и многокольцевой гамма-камеры и показано, что измерение пористости крупных образцов породы (21,5 см) с применением средств трехмерной визуализации практически осуществимо. Следует отметить, что указанные методы ограничиваются получением изображений структуры образца породы и,
10 следовательно, не дают представления о динамике распространения флюида в образце породы. Кроме того, эти методы также имеют недостатки вышеупомянутых методов, связанные охранением полученных данных в формате синограммы.
Настоящее исследование, проведенное в Кейптаунском университете (находящемся в Южной Африке), затрагивает аспекты применения метода РЕРТ с
15 периодической регистрацией данных, при котором для определения подвижности частицы породы в растворе и жидкости, помещенных в колонку со стеклянными бусами, в образцы породы с частицами размером до 20 мкм и жидкостями вводятся изотопные индикаторы (меченые нуклиды) со значениями активности около 100 Ки. В данном случае активность изотопного индикатора выражается радиоактивным
20 распадом, при котором нестабильное (то есть (радио)активное) атомное ядро выделяет энергию при испускании одной или нескольких ионизирующих частиц (то есть энергию ионизации). При применении метода РЕРТ используются (радио)активные изотопные индикаторы излучают позитроны. Поскольку полученные данные хранятся в виде списка, изображения могут создаваться с
25 частотой более одного кадра в секунду. В результате, благодаря улучшенному качеству изображения, подвижность флюида может определяться с большей точностью. Следует отметить, что в данном исследовании не осуществлялось определение подвижности флюида в образцах породы, характеризующейся малым размером пор (проницаемостью менее единицы микродарси), например сланцевой
30 породы, так как изотопный индикатор, используемый для частиц, имеет слишком большие размеры для точного определения подвижности флюида (газа и жидкости).
Сущность изобретения
Предложенные настоящим изобретением системы и способы определения 35 подвижности флюида в образцах породы посредством метода отслеживания испускающих позитроны частиц с периодической регистрацией данных
удовлетворяет вышеописанные потребности и позволяет устранить один или несколько недостатков известного уровня техники.
В одном варианте осуществления изобретения предложен способ определения подвижности флюида в образце породы посредством метода 5 отслеживания испускающих позитроны частиц с периодической регистрацией данных, включающий следующие этапы: i) выбор образца пористой породы; и) выбор флюида для образца породы; iii) выбор изотопного индикатора для флюида; iv) помещение образца породы в герметизируемый контейнер; v) введение флюида и изотопного индикатора в поры образца породы; vi) регистрация
10 посредством камеры для позитронно-эмиссионной томографии (далее называемой "гамма-камера") гамма-излучения, испускаемого изотопным индикатором по мере его просачивания с флюидом через поры образца породы; vii) преобразование данных, соответствующих зарегистрированному гамма-излучению, в изображения с частотой более одного кадра в секунду; и viii) визуализация этих изображений.
15 В другом варианте осуществления изобретения предложен способ
определения подвижности флюида в образце породы посредством метода отслеживания испускающих позитроны частиц с периодической регистрацией данных, включающий следующие этапы: i) выбор образца пористой породы с проницаемостью менее одной единицы микродарси; и) выбор флюида в виде газа
20 для образца породы; iii) выбор изотопного индикатора в виде вышеупомянутого газа или другого газа для указанного флюида; iv) помещение образца породы в герметизируемый контейнер; v) введение флюида и изотопного индикатора в поры образца породы; vi) регистрация, с записью в файл списка данных, посредством гамма-камеры гамма-излучения, испускаемого изотопным индикатором по мере его
25 просачивания с флюидом через поры образца породы; vii) преобразование данных, соответствующих зарегистрированному гамма-излучению, в изображения; и viii) визуализация этих изображений.
Дополнительные аспекты, преимущества и варианты осуществления настоящего изобретения должны быть понятны специалисту после ознакомления с
30 нижеприведенным описанием различных вариантов осуществления настоящего изобретения и соответствующими чертежами.
Перечень фигур, чертежей
Ниже приведено описание настоящего изобретения со ссылками на 35 прилагаемые чертежи, на которых сходные элементы имеют сходные позиционные обозначения.
Фиг. 1 иллюстрирует метод РЕРТ с отслеживанием одного изотопного индикатора.
Фиг. 2 показывает функциональную схему, иллюстрирующую один вариант
осуществления предложенной системы, реализующей настоящее изобретение.
5 Фиг. 3 иллюстрирует процесс подсчета совпадающих событий.
Фиг. 4 показывает блок-схему алгоритма, иллюстрирующую один вариант осуществления предложенного способа, реализующего настоящее изобретение.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
10 Объект настоящего изобретения описан на основе конкретных вариантов
осуществления изобретения, однако данное описание никоим образом не ограничивает объем настоящего изобретения. Таким образом, объект настоящего изобретения может быть реализован по-иному и может включать различные этапы или различные сочетания этапов, схожих с описанными в данном документе, вкупе с
15 другими технологиями. Кроме того, слово "этап" (с учетом его парадигмы) может использоваться в данном документе для описания моментов и периодов времени, относящихся к выполнению различных процессов, происходящих в рамках предложенных способов, однако данное слово не подразумевает какой-либо определенной последовательности действий, если это прямым текстом не указано в
20 отношении какого-то конкретного порядка действий. Нижеприведенное описание изобретения относится к нефтегазовой отрасли промышленности, однако системы и способы, предложенные настоящим изобретением, не ограничиваются применением только в этой отрасли промышленности, и могут в равной степени применяться в других отраслях промышленности.
25 Метод РЕРТ в общем виде подразумевает регистрацию траектории одного
или нескольких изотопных индикаторов, которые могут использоваться для пометки твердой частицы или флюида. Изотопным индикатором может выступать любой радиоактивный нуклид (радионуклид), который может испускать позитроны. Например, на фиг. 1 показана траектория перемещения одной частицы породы,
30 помеченной радиоизотопным индикатором, причем данное изображение получено посредством гамма-камеры при использовании метода РЕРТ. При распаде радиоизотопного индикатора он испуская позитрон. Позитрон является античастицей по отношению к электрону. Позитрон, испускаемый при радиоактивном распаде, сталкивается с электроном, при этом происходит
35 аннигиляция электрон-позитронной пары, в результате которой излучается пара гамма-квантов с энергией по 511 кэВ, расходящихся в почти противоположных
направлениях. При регистрации этих гамма-квантов в двух различных точках через эти точки можно проложить линию ответа (от англ. LOR- line of response), при этом начальная точка гамма-излучения должна находиться на этой линии. Другими словами, линия ответа фактически соответствует линии, соединяющей пару 5 противоположных детекторов гамма-излучения.
Местонахождение радиоизотопного индикатора может быть определено в области обзора гамма-камеры на основе небольшого количества зарегистрированных линий ответа. При этом для точной регистрации траектории движения изотопного индикатора должно быть определено достаточное количество
10 линий ответа, поэтому активность изотопного индикатора должна быть довольно высокой. В частности, для точного определения подвижности флюида в сверхмалых порах сланцевой породы при применении метода РЕРТ должны использоваться изотопные индикаторы достаточно малых размеров. Теоретически, для регистрации гамма-излучения достаточно только двух детекторов, однако могут использоваться
15 дополнительные парные детекторы, то есть расположенные напротив друг друга на линии, проходящей через центр гамма-камеры. Благодаря тому, что посредством гамма-камеры каждую секунду можно регистрировать десятки тысяч гамма-квантов и обрабатывать полученную информацию, имеется осуществимая возможность определения местонахождения одного или нескольких быстро двигающихся
20 радиоизотопных индикаторов. Таким образом, для определения подвижности флюида в образцах породы путем введения в флюид одного или нескольких радиоизотопных индикаторов может быть использован метод РЕРТ.
Описание системы
25 Настоящее изобретение может быть реализовано посредством выполняемой
компьютером программы, содержащей, например программные модули, обычно называемые программными приложениями или прикладными программами, выполняемыми компьютером. Программные средства могут содержать, например подпрограммы, программы, объекты, компоненты и блоки данных, выполняющие
30 определенные задания или реализующие конкретные абстрактные типы данных. Программными средствами формируется интерфейс для взаимодействия компьютера с источниками входных сигналов. Программные средства также могут взаимодействовать с другими кодами для выполнения различных заданий в ответ на получение данных от соответствующих источников. Программные средства могут
35 храниться и/или переноситься на различных запоминающих устройствах, например на компактных дисках, магнитных дисках, запоминающих устройствах на
цилиндрических магнитных доменах и запоминающих устройствах на полупроводниковых приборах (например, на постоянном запоминающем устройстве или оперативном запоминающем устройстве). Кроме того, программные средства и результаты их действия могут передаваться при помощи различных средств 5 передачи данных, например по оптическому волокну, металлическим проводам и/или посредством любой компьютерной сети, например через Интернет.
Кроме того, специалисту должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано различными компьютерными системами, в том числе переносными устройствами, многопроцессорными системами, средствами
10 микропроцессорной или программируемой пользователем техники, миникомпьютерами, большими универсальными компьютерами и т. п. При использовании настоящего изобретения может применяться любое количество компьютерных систем и компьютерных сетей. Настоящее изобретение может быть реализовано в средах распределенных вычислений, в которых задания
15 выполняются удаленными обрабатывающими устройствами, соединенными между собой в сеть передачи данных. В среде распределенных вычислений программные модули могут находиться как на локальном, так и на удаленном компьютерном запоминающем устройстве. Настоящее изобретение, таким образом, может осуществляться при использовании различных аппаратных средств, программных
20 средств в любом их сочетании посредством как компьютерной системы, так и другой вычислительной системы.
На фиг. 2 показана блок-схема, иллюстрирующая один вариант осуществления предложенной системы, предназначенной для реализации настоящего изобретения на компьютере. В систему входит вычислительный блок,
25 также называемый вычислительной системой, который содержит запоминающее устройство, прикладные программы, интерфейс пользователя, видеоинтерфейс, процессор и гамма-камеру 202. Вычислительный блок представляет собой лишь один пример подходящей компьютерной среды, при этом область применения или функциональность настоящего изобретения не ограничивается использованием
30 такого вычислительного блока.
Гамма-камера 202 может представлять собой типовую гамма-камеру, например гамма-камеру модели ЕСАТ 966 (или EXACT 3D) производства компании Siemens. Камера 202 имеет 48 стандартных детекторов, выполненных из германата висмута и сгруппированных в блоки 8x8, образующие детекторное кольцо
35 диаметром 82 см и осевой областью обзора 23,4 см. С учетом размеров камеры 202 ее применение предпочтительно по сравнению с использованием обычных камер.
Камера 202 может использоваться для длительной регистрации данных с частотой около 4 миллионов совпадающих событий в секунду. Кроме того, в силу своей конструкции камера 202 предназначена для трехмерного исследования цилиндрических систем и может использоваться для анализа крупных образцов 5 породы, что является неоспоримым преимуществом по сравнению с существующими возможностями лабораторного анализа физических свойств пород и петрофизических исследований кернов. Как показано на фиг. 2, образец 204 сланцевой породы, имеющий размеры около 50 см в высоту и около 20 см в толщину, может быть помещен в герметизируемый контейнер 206. В
10 герметизируемом контейнере 206 могут имитироваться давление и/или температура, соответствующие условиям, при которых образец 204 породы находится в месте залегания. Излучение, испускаемое парой регистрируемых гамма-квантов, фиксируется детекторами 208, 210, причем данные сигналы суммируются в цепи регистрации совпадающих событий за короткий интервал
15 времени. Таким образом, на основе данных о зарегистрированном излучении получается информация о местонахождении радиоизотопного индикатора без необходимости использования коллиматора (для получения пучков электронов). Для облегчения восприятия информации на фиг. 2 показана только пара детекторов 208, 210 гамма-камеры 202. На практике же все детекторы в детекторном кольце
20 203 напрямую соединены проводами с регистрирующим модулем. В ином случае все детекторы в детекторном кольце 203 могут соединяться с регистрирующим модулем беспроводным способом.
В ином случае гамма-камера 202 может иметь меньшие размеры и может быть размещена в бурильной колонне для применения внутри скважины.
25 Существующие технические средства, например сверлящие боковые грунтоносы RSCT и HRSCT производства компании Halliburton, могут быть модифицированы для встраивания в них малогабаритной гамма-камеры. Например, инструмент RSCT применяется для осуществления бурения перпендикулярно стволу скважины для извлечения образцов породы диаметром 0,9375 дюйма (23,8 мм) и длиной 1,75
30 дюйма (44,45 мм). Каждый образец породы может быть помещен в содержащийся в инструменте герметизируемый контейнер для ввода флюида, содержащего радиоизотопный индикатор. В зависимости от внутрискважинных условий в бурильной колонне с инструментом RSCT могут быть установлены гамма-камера 202 и вычислительный блок (без интерфейса пользователя/видеоинтерфейса). В
35 ином случае, при неблагоприятных условиях для установки в бурильной колонне вычислительного блока, в бурильную колонну с инструментом RSCT может быть
встроена только гамма-камера 202. Данные о подвижности флюида могут передаваться для анализа в интерфейс пользователя/видеоинтерфейс, находящийся на поверхности, например через высокоскоростную оптическую линию связи. После определения подвижности флюида в образце породы 5 соответствующие данные могут передаваться на запоминающий электроннолучевой прибор.
В запоминающем устройстве хранятся прикладные программы, которые также могут быть охарактеризованы как программные модули, содержащие выполняемые на компьютере команды, которые могут выполняться
10 вычислительным устройством для осуществления настоящего изобретения, описанного в данном документе и проиллюстрированного на фиг. 2-4. Таким образом, запоминающее устройство содержит регистрирующий модуль и модуль анализа и интерпретации данных на определенном интервале времени, посредством которых реализуются способы, описанные и проиллюстрированные со
15 ссылками на фиг. 4.
Регистрирующий модуль записывает необработанные данные (данные о зарегистрированном гамма-излучении) в файл, где они содержатся в виде списка. Гамма-излучение регистрируется в виде зафиксированных сигналов, записываемых в хронологическом порядке, при этом каждый сигнал характеризуется отметкой
20 времени и координатами каждого детектора. При фактическом совпадении или при фактическом наложении сигналов, поступающих от пары противоположных детекторов, регистрируется совпадающее событие. Этот режим записи необработанных данных проиллюстрирован на фиг. 3. В данном режиме совпадающие события записываются и в установленном порядке используются в
25 гамма-камере. По каналам 1 и 2, например, передаются два независимых сигнала, представляющие данные о паре противоположно направленных гамма-квантов, зарегистрированных в разное время парой расположенных напротив друг друга детекторов гамма-камеры. Сигналы, передаваемые по каналам 1 и 2, складываются в канале суммирования, при этом совпадающие события отделяются от других
30 событий (сигналов) и определяются события, совпадающие на заданном коротком интервале времени. Таким образом, регистрирующий модуль может быть откалиброван на усиление сигнала только в те интервалы времени, на которых амплитуды сигналов, передаваемых по каналам 1 и 2, фактически накладываются в течение определенного заданного короткого интервала времени. Следовательно,
35 совпадающее событие, выражающееся амплитудой усиленного сигнала, может соответствовать образованию противоположно направленных гамма-квантов,
зарегистрированных в течение заданного интервала времени. Все совпадающие события записываются в хронологическом порядке, при этом каждое совпадающее событие характеризуется отметкой времени и координатами каждого из двух расположенных напротив друг друга детекторов. На основе координат каждого из 5 двух расположенных напротив друг друга детекторов просто определить линию ответа. Регистрирующий модуль может записывать тысячи совпадающих событий в секунду. Таким образом, в файл с данными в виде списка заносится огромное количество информации, доступной в виде необработанных данных. Зачастую размер файла, содержащего данные в виде списка, значительно превышает размер
10 файла, в котором данные хранятся в формате синограммы, и может достигать сотен мегабайтов и даже гигабайтов. После записи данные, хранящиеся в файле в виде списка, должны быть преобразованы в изображения, которые могут использоваться для определения подвижности флюида.
Модуль анализа и интерпретации данных на определенном интервале
15 времени преобразует данные, хранящиеся в файле в виде списка, в изображения, которые могут использоваться для определения подвижности флюида. Это преобразование может осуществляться известными способами, например при помощи метода простой обратной проекции, метода фильтрованной обратной проекции или итерационными методами. Однако в модуле анализа и интерпретации
20 данных на определенном интервале времени используется иной метод преобразования данных, хранящиеся в файле в виде списка, в изображение. Каждый файл с данными, хранящимися в виде списка, разбивается на отрезки времени (обычно, имеющие длительность порядка миллисекунды). Сегментированные по времени данные триангулируются с целью получения
25 координат х, у, z, t для каждого изотопного индикатора, что позволяет отслеживать одновременно несколько изотопных индикаторов в области обзора гамма-камеры. Таким образом, данные отслеживания сразу нескольких изотопных индикаторов могут переводиться в изображение с оптимизацией размера матриц данных, соответствующих количеству элементов трехмерного изображения. Для
30 оптимизации качества изображения может применяться любое известное и широко распространенное средство обработки изображения. Дополнительно, для улучшения разрешения обрабатываемого трехмерного изображения, может быть задействована коррекция затухания с поправкой на так называемые разбросанные и случайные совпадения, которые вносят неопределенность при интерпретации
35 данных. Кроме того, неопределенность также сопряжена со скоростью движения изотопного индикатора. Полагается, что для медленно двигающихся и неподвижных
изотопных индикаторов неопределенность составляет около половины размера детектора (то есть около 2 мм). С увеличением скорости изотопного индикатора эта неопределенность пропорционально возрастает, в результате чего может потребоваться проведение дополнительного исследования. Следует отметить, что 5 для снижения этой неопределенности могут использоваться дискретные данные (то есть дискретизация распространения флюида/газа в (сверхкоротких временных рамках).
На фиг. 2 показано, что вычислительный блок имеет универсальное запоминающее устройство, однако вычислительный блок обычно содержит
10 несколько носителей считываемой компьютером информации. Например, носители считываемой компьютером информации могут представлять собой (но не ограничиваются таковыми) устройства хранения считываемой компьютером информации. Запоминающее устройство вычислительной системы может представлять собой устройство хранения считываемой компьютером информации в
15 виде энергозависимого и/или энергонезависимого запоминающего устройства, например постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) или оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). В ПЗУ обычно хранится базовая система ввода-вывода (от англ. BIOS- basic input/output system), содержащая основные команды, обеспечивающие передачу информации между элементами вычислительного
20 блока, например при запуске. В ОЗУ обычно содержатся данные и/или программные модули, к которым имеет произвольный доступ вычислительный блок и/или которые выполняются вычислительным блоком в текущий момент времени. Например, вычислительный блок может содержать (но не ограничивается таковым) операционную систему, прикладные программы, прочие программные модули и
25 программные данные.
Компоненты, показанные в запоминающем устройстве, также могут содержаться в других стационарных/сменных, энергозависимых/энергонезависимых устройствах хранения считываемой компьютером информации или могут быть задействованы в вычислительном блоке при помощи интерфейса прикладного
30 программирования (от англ. API- application program interface), который может находиться в отдельном вычислительном блоке, соединенном через компьютерную систему или сеть. Например, считывание данных из стационарного энергонезависимого магнитного носителя информации и запись данных в стационарный энергонезависимый магнитный носитель информации может
35 осуществляться через накопитель на жестких дисках; считывание данных из сменного энергонезависимого магнитного диска и запись данных в сменный
энергонезависимый магнитный диск может осуществляться через накопитель на магнитных дисках; считывание данных из сменного энергонезависимого оптического диска, например компакт-диска или другого оптического носителя информации, и запись данных в такой сменный энергонезависимый оптический диск может 5 осуществляться через накопитель на оптических дисках. К другим сменным/стационарным энергозависимым/энергонезависимым устройства хранения считываемой компьютером информации, которые могут использоваться в приведенной для примера операционной среде, относятся (но не ограничиваются таковыми) кассеты с магнитной лентой, карты флэш-памяти, универсальные
10 цифровые диски, видеокассеты, твердотельные ОЗУ, твердотельные ПЗУ и т. п. Устройства ввода носителей и соответствующие устройства хранения считываемой компьютером информации, указанные выше, обеспечивают хранение считываемых компьютером команд, структур данных, программных модулей и других данных, используемых в вычислительном блоке.
15 Пользователь может вводить команды и информацию в вычислительный
блок через интерфейс пользователя, который может представлять собой устройство ввода, например клавиатуру и указательное устройство в виде компьютерной мыши, шарового манипулятора или сенсорной панели. Устройство ввода может представлять собой микрофон, джойстик, спутниковую тарелку, сканер и т. п. Эти и
20 другие устройства ввода обычно соединяются с процессором через системную шину, но также могут соединяться через другие интерфейсные и шинные устройства, например через параллельный порт или универсальную последовательную шину (от англ. USB - universal serial bus).
Через специальный интерфейс, например видеоинтерфейс, к системной
25 шине может подключаться монитор или иное устройство отображения информации. Совместно с видеоинтерфейсом также может использоваться графический интерфейс пользователя (от англ. GUI- graphical user interface) для получения команд от интерфейса пользователя и для передачи команд в процессор. Помимо монитора в состав компьютера могут входить различные периферийные устройства
30 вывода, например акустические колонки и принтер, соединяющиеся через интерфейс для периферийных устройств вывода.
На прилагаемых чертежах не приведены все возможные внутренние компоненты вычислительного блока, однако такого рода компоненты и соединения между ними хорошо известны.
Описание способа
На фиг. 4 показана блок-схема, иллюстрирующая один вариант осуществления предложенного настоящим изобретением способа 400.
На этапе 402 выбирается образец пористой породы. Данный образец может 5 выбираться на основе различных критериев, включающих (но не ограничивающихся таковыми) характеристики пористости и проницаемости. Например, в качестве образца пористой породы может быть выбран сланец с проницаемостью меньше единицы микродарси.
На этапе 404 выбирается флюид для образца породы. Данный флюид может
10 выбираться на основе различных критериев, включающих (но не ограничивающихся таковыми) характеристики флюида, обычно содержащегося в выбранной породе в естественных условиях залегания этой породы. Таким образом, флюид может представлять собой газ или жидкость. При выборе в качестве образца сланцевой породы флюидом, обычно содержащимся в этой породе в естественных условиях,
15 может являться метан (СН4), являющийся одним из основных химических компонентов сланцевого газа.
На этапе 406 выбирается изотопный индикатор для флюида. Для достоверного определения подвижности флюида радиоизотопный индикатор должен находиться в том же агрегатном состоянии, что и флюид, в который
20 вводится этот радиоизотопный индикатор. Например, если флюид является жидкостью, радиоизотопный индикатор должен быть жидким, а если флюид является газом, радиоизотопный индикатор должен быть газообразным. Для получения наилучших результатов при определении подвижности флюида химический состав радиоизотопного индикатора должен быть максимально близок к
25 химическому составу флюида. При этом подвижность флюида с введенным в него радиоизотопным индикатором будет максимально близка к реальной подвижности флюида в образце породы без радиоизотопного индикатора. Следует отметить, что активность радиоизотопного индикатора зависит от его размера и состава. Таким образом, для сланца, если в качестве флюида выбран метан СН4, в качестве
30 предпочтительного радиоизотопного индикатора может быть выбран изотоп углерода Сц.
На этапе 408 образец породы помещается в герметизируемый контейнер.
Данный герметизируемый контейнер может быть сходным с герметизируемым
контейнером 206, показанным на фиг. 2.
35 На этапе 410 флюид и изотопный индикатор вводятся в поры образца
породы. Флюид и изотопный индикатор могут вводиться в поры образца породы
путем нагнетания флюида и изотопного индикатора в герметизированный контейнер с одного конца этого контейнера при постоянном давлении и постоянной температуре. В ином случае флюид и изотопный индикатор могут вводиться в поры образца породы путем нагнетания флюида и изотопного индикатора 5 непосредственно в поры образца породы до помещения этого образца в герметизированный контейнер, после чего данный образец с флюидом и изотопным индикатором может помещаться в герметизированный контейнер и подвергаться воздействию постоянного давления и постоянной температуры. Флюид метится изотопным индикатором при введении флюида с изотопным индикатором в поры
10 образца породы. При этом изотопный индикатор соединяется с флюидом по мере его просачивания с флюидом через поры образца породы и/или изотопный индикатор перемещается вместе с флюидом по мере его просачивания с флюидом через поры образца породы. Кроме того, в поры образца породы с флюидом могут вводиться несколько изотопных индикаторов. Флюид и изотопный индикатор
15 вводятся в поры образца породы с постоянным расходом потока, при постоянном давлении и при постоянной температуре. Указанные расход потока, уровень постоянного давления, уровень постоянной температуры, флюид и изотопный индикатор могут выбираться на основе расхода потока, давления и температуры, которыми характеризуется флюид, обычно содержащийся в такой породе в
20 естественных условиях залегания этой породы.
На этапе 412 регистрируются гамма-кванты, излучаемые изотопным индикатором, по мере его просачивания с флюидом через поры образца породы. Предпочтительно, что данные, соответствующие зарегистрированным гамма-квантам, записываются в файл в виде списка. Гамма-кванты могут фиксироваться
25 при помощи гамма-камеры 202 и регистрирующего модуля, описанных со ссылкой на фиг. 2.
На этапе 414 данные, соответствующие излучаемым гамма-квантам, зарегистрированным на этапе 412, преобразуются в изображения. Данные, соответствующие зарегистрированным гамма-квантам, могут преобразовываться в 30 изображения с частотой более одного кадра в секунду при помощи модуля анализа и интерпретации данных на определенном интервале времени, описанного со ссылкой на фиг. 2.
На этапе 416 полученные изображения визуализируются. Изображения могут показываться друг за другом или последовательно при помощи интерфейса 35 пользователя/видеоинтерфейса, описанного со ссылкой на фиг. 2. Таким образом, подвижность флюида и проницаемость образца породы могут определяться по
результатам просмотра визуализированных изображений или при помощи визуализированных изображений.
Предложенный метод РЕРТ с периодической регистрацией данных позволяет существенно усовершенствовать известный уровень техники, поскольку 5 обеспечивает фактическую визуализацию процесса распространения флюида в образце породы в условиях действия эффективных давлений. Кроме того, к преимуществам предложенного метода РЕРТ с периодической регистрацией данных следует отнести безошибочную визуализацию подвижности флюида с высоким разрешением изображения и возможность интерактивного сканирования
10 образцов мелкопористой породы, причем данная технология не имеет аналогов в существующих методах прикладной физики горных пород.
Технологии горизонтального бурения и осуществления гидроразрыва пласта позволяют извлекать огромные запасы природного газа, содержащегося в сланцевых породах. Целью манипуляций при гидроразрыве является вскрытие
15 максимальной возможной площади поверхности горной породы и обеспечение удовлетворительного притока содержащегося в этой породе флюида к добывающей скважине. Таким образом, гидроразрывы направлены на создание протяженных трещин с длинными крыльями и на улучшение гидропроводности трещины в породах с малыми проницаемостями - от микродарси до миллидарси. Кроме того,
20 технологии гидроразрыва направлены на извлечение углеводородов из сланцевых пород, относящихся к уплотненным породам и характеризующихся проницаемостью в несколько нанодарси. Проницаемость образца породы заключается в свойстве породы передавать флюиды через поры. Данное свойство влияет на скорость распространения потока, перемещение флюида и отбор флюида. Определение
25 проницаемости сланцевой породы эмпирическим путем при помощи типовых петрофизических лабораторных средств является сложнейшей задачей, решение которой требует много времени, поэтому вместо определения объемной проницаемости образца сланцевой породы практикуется определение коэффициента гидропроводности трещины Сг (от англ. FCR - fracture conductivity
30 ratio) согласно выражению:
Сkfracture ^fracture ,Л ч
г=? л ' (1)
г es er vo ir fracture
где kfracfure - трещинная проницаемость (измеряется в миллидарси); wfracfure - ширина трещины (измеряется в футах); kreservoir- проницаемость формации/пласта (измеряется в миллидарси); lecture - длина крыла трещины (измеряется в футах). 35 Произведение kfracture и wfracture обычно называют гидропроводностью трещины
(измеряется в миллидарси на фут).
Количественные данные о подвижности флюида, определенные посредством визуализации результатов, полученных методом РЕРТ с периодической регистрацией данных, напрямую дают информацию о параметрах kreservoir, wfracfure и 5 /fracture- Таким образом, применение метода РЕРТ с периодической регистрацией данных и последующей визуализацией полученных результатов позволяет дать количественную оценку изменению подвижности флюида при гидроразрыве, в частности при высоких значениях расхода нагнетаемого флюида, при которых применение типовой ПЭТ не эффективно. Кроме того, применение метода РЕРТ с
10 периодической регистрацией данных и последующей визуализацией полученных результатов позволяет уменьшить неопределенность при вычислении коэффициента гидропроводности трещины Сг и показателя естественной гидропроводности трещины (от англ. NFCI- natural fracture conductivity index) путем прямого взаимного сравнения подвижностей флюида в образцах породы до и
15 после его гидроразрыва. Таким образом, на основе оценки объема пласта с интенсифицированным притоком (от англ. SRV- stimulated reservoir volume), который является произведением площади интенсификации притока (от англ. Stimulated Area) и эффективной нефтегазонасыщенной мощности (от англ. Net Pay), обеспечивается более точное определение степени успешности
20 гидроразрыва. Типовая процедура расчета SRV, принятая в отрасли нефтегазодобычи, обычно характеризуется высокой степенью неопределенности и систематической погрешностью оценки объема, обуславливаемыми, в основном, неточностью и неопределенностью оценки гидропроводности трещины. Применение трехмерного метода РЕРТ для визуализации процесса распространения флюида
25 дает следующие преимущества: а) более точная оценка направленности гидроразрыва на основе распределения флюида в зависимости от времени; Ь) в большей степени безошибочная количественная оценка гидропроводности трещины; и с) улучшенная корреляция и уменьшенная погрешность при оценке SRV. Недавние лабораторные исследования некоторых образцов сланцевой
30 породы показали, что эффективная проницаемость сланцевой породы при гидроразрыве может меняться от уровня нанодарси до уровня микродарси. Это свидетельствует о том, что даже гидроразрывы, осуществляемые без применения проппанта, улучшающего проницаемость, могут способствовать интенсификации добычи углеводородов из сланцевых пород со сверхнизкой проницаемостью.
35 Полагается, что применение метода РЕРТ с периодической регистрацией данных и последующей визуализацией полученных результатов позволит производить
количественные (по меньшей мере эмпирические) оценки корреляции между эффективной проницаемостью породы, в отношении которой осуществляется гидроразрыв, расчетными значениями SRV и скоростью распространения фронта флюида непосредственно по созданному изображению, полученному путем 5 трехмерного метода РЕРТ. Кроме того, полагается, что применение метода РЕРТ с периодической регистрацией данных и последующей визуализацией полученных результатов позволит оптимизировать процесс проектирования гидроразрыва и осуществление процедур повторного гидроразрыва, увеличить их экономическую эффективность и уменьшить временные затраты на проектирование гидроразрыва
10 и осуществление процедур повторного гидроразрыва на основе более точной информации о корреляции распространения флюида и параметров гидроразрыва (например, напряжения, вызывающего смыкание трещины), параметров имитационного моделирования (например, наличие проппанта и его вид) и эксплуатационных параметров (например, уровень давления). Более того,
15 полагается, что применение метода РЕРТ с периодической регистрацией данных и последующей визуализацией полученных результатов позволит уменьшить неопределенность практических эксплуатационных и экономических показателей, таких как а) количество добываемых углеводородов (например, начальные геологические запасы газа в пласте); Ь) оптимальный интервал перфорации
20 скважины; с) площадь/объем дренирования скважин; о!) коэффициент отдачи; е) оптимальный интервал между скважинами; f) оптимальные параметры проводки, направления и углы бурения скважин.
Настоящее изобретение описано на примере предпочтительных вариантов его осуществления, однако специалисту должно быть понятно, что данные
25 варианты осуществления изобретения не ограничивают объем настоящего изобретения. Таким образом, подразумевается, что при реализации настоящего изобретения могут использоваться другие варианты его осуществления, а также в описанные варианты осуществления изобретения могут вноситься изменения, не противоречащие сути и объему настоящего изобретения, что определено формулой
30 настоящего изобретения и эквивалентными признаками настоящего изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ определения подвижности флюида в образце породы с 5 использованием метода отслеживания испускающих позитроны частиц с периодической регистрацией данных, в котором выбирают образец пористой породы; выбирают флюид для образца породы; выбирают изотопный индикатор для флюида; помещают образец породы в герметизируемый контейнер; вводят флюид и изотопный индикатор в поры образца породы; регистрируют, посредством гамма-
10 камеры, гамма-излучение, испускаемое изотопным индикатором по мере его просачивания с флюидом через поры образца породы, помещенного в герметизируемый контейнер; преобразуют данные, соответствующие зарегистрированному гамма-излучению, в изображения с частотой более одного кадра в секунду; и визуализируют эти изображения.
15 2. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что проницаемость породы в
образце составляет менее одной единицы микродарси.
3. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что флюид для образца породы является газом, а изотопный индикатор для указанного флюида является указанным газом или другим газом.
20 4. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что флюид для образца породы
является жидкостью, а изотопный индикатор для указанного флюида является указанной жидкостью или другой жидкостью.
5. Способ по пункту 3, отличающийся тем, что флюид для образца породы является метаном СН4, а изотопный индикатор для указанного флюида является
25 изотопом углерода Ci -\.
6. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что данные, соответствующие зарегистрированному гамма-излучению, записывают в файл списка данных.
7. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что флюид и изотопный индикатор вводят в поры образца породы путем нагнетания флюида и изотопного индикатора
30 в герметизированный контейнер с одного конца этого контейнера при постоянном давлении и постоянной температуре.
8. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что флюид и изотопный индикатор вводят в поры образца породы путем нагнетания флюида и изотопного индикатора непосредственно в поры образца породы до помещения этого образца в
35 герметизированный контейнер, а после помещения образца породы с флюидом и
изотопным индикатором в герметизированный контейнер подвергают этот образец воздействию постоянного давления и постоянной температуры.
9. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что флюид метят изотопным индикатором при введении флюида с изотопным индикатором в поры образца
5 породы.
10. Способ по пункту 9, отличающийся тем, что изотопный индикатор соединяют с флюидом по мере просачивания этого индикатора через поры образца породы.
11. Способ по пункту 9, отличающийся тем, что изотопный индикатор
10 перемещают вместе с флюидом по мере его просачивания с флюидом через поры
образца породы.
12. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что в поры образца породы
вводят несколько изотопных индикаторов с флюидом.
13. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что определяют проницаемость 15 породы в образце; производят гидроразрыв образца породы; определяют
проницаемость породы в образце, в отношении которого был произведен гидроразрыв; и сравнивают проницаемости породы в образце до и после гидроразрыва.
14. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что гамму-камеру размещают в 20 бурильной колонне.
15. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что флюид и изотопный
индикатор вводят в поры образца породы с постоянным расходом потока, при
постоянном давлении и при постоянной температуре.
16. Способ по пункту 15, отличающийся тем, что указанные постоянный
25 расход потока, постоянное давление, постоянную температуру, флюид и изотопный
индикатор выбирают на основе заданного флюида.
17. Способ по пункту 16, отличающийся тем, что заданный флюид является
флюидом, содержащимся в породе, образец которой взят, или флюидом, который
может содержаться в этой породе.
30 18. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что излучаемые гамма-кванты
испускаются парно, причем гамма-кванты каждой из этих пар испускаются в по
существу противоположных направлениях.
19. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что визуализированные
изображения показывают друг за другом.
35 20. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что визуализированные
изображения показывают последовательно.
21. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что подвижность флюида, тем
самым проницаемость образца породы, определяют по результатам просмотра
визуализированных изображений или при помощи визуализированных изображений.
22. Способ по пункту 5, отличающийся тем, что образец породы
5 представляет собой образец сланцевой породы.
23. Способ определения подвижности флюида в образце породы с использованием метода отслеживания испускающих позитроны частиц с периодической регистрацией данных, в котором выбирают образец пористой породы с проницаемостью менее одной единицы микродарси; выбирают флюид в
10 виде газа для образца породы; выбирают изотопный индикатор в виде указанного газа или другого газа для указанного флюида; помещают образец породы в герметизируемый контейнер; вводят флюид и изотопный индикатор в поры образца породы; посредством гамма-камеры регистрируют, с записью в файл списка данных, гамма-излучение, испускаемое изотопным индикатором по мере его просачивания с
15 флюидом через поры образца породы, помещенного в герметизируемый контейнер; преобразуют данные, соответствующие зарегистрированному гамма-излучению, в изображения; и визуализируют эти изображения.
24. Способ по пункту 23, отличающийся тем, что данные, соответствующие зарегистрированному гамма-излучению, преобразуют в изображения с частотой
20 более одного кадра в секунду.
25. Способ по пункту 23, отличающийся тем, что флюид для образца породы является метаном СН4, а изотопный индикатор для указанного флюида является изотопом углерода Сц.
26. Способ по пункту 23, отличающийся тем, что флюид и изотопный
25 индикатор вводят в поры образца породы путем нагнетания флюида и изотопного
индикатора в герметизируемый контейнер с одного конца этого контейнера при постоянном давлении и постоянной температуре.
27. Способ по пункту 23, отличающийся тем, что флюид и изотопный
индикатор вводят в поры образца породы путем нагнетания флюида и изотопного
30 индикатора непосредственно в поры образца породы до помещения этого образца в герметизированный контейнер, а после помещения образца породы с флюидом и изотопным индикатором в герметизированный контейнер подвергают этот образец воздействию постоянного давления и постоянной температуры
28. Способ по пункту 23, отличающийся тем, что флюид метят изотопным
35 индикатором при введении флюида с изотопным индикатором в поры образца
породы.
29. Способ по пункту 25, отличающийся тем, что образец породы представляет собой образец сланцевой породы.
30. Способ по пункту 23, отличающийся тем, что определяют проницаемость породы в образце; производят гидроразрыв образца породы; определяют
5 проницаемость породы в образце, в отношении которого был произведен гидроразрыв; и сравнивают проницаемости породы в образце до и после гидроразрыва.
Интерфейс пользователя
Видеоинтерфейс
Процессор
ФИГ. 2
Совпадающие события
ФИГ. 3
С Начало)
Выбор образца пористой породы
Выбор флюида для образца породы
Выбор изотопного индикатора для флюида
Помещение образца породы в герметизируемый контейнер
Введение флюида и изотопного индикатора в поры образца породы
Регистрация гамма-излучения, испускаемого изотопным индикатором по мере его просачивания с флюидом через поры образца породы
Преобразование данных, ссклБетствующих зарегистрированному гамма-излучению, в изображения
Визуализация изображений
-400 -402
-404 -406 -408 -410
-412
-414 -416
(_ Конец)
ФИП 4
