Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН (ИГиЛ СО РАН) совместно с Новосибирским государственным университетом (НГУ) в рамках консорциума «Синхротронное излучение для нефтегазовых технологий» и программы «Приоритет 2030» разработали и проводят испытания рентгенопрозрачного кернодержателя, который будет использоваться на одной из станций ЦКП «СКИФ».
Кернодержатель — это устройство для исследования физических свойств кернов горных пород. В ходе экспериментов ученые получают данные для моделирования процессов фильтрации жидкостей и газов через горные породы, распространения упругих волн и трещинообразования. Эти исследования способствуют повышению эффективности нефтеотдачи пласта. Установка, созданная по заказу ИГиЛ СО РАН и НГУ, будет использоваться на станции «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне» ЦКП «СКИФ».
Для проведения исследований образец керна помещается в рентгенопрозрачную камеру кернодержателя, где создаются условия, приближенные к пластовым (давление и температура). Затем ученые исследуют фильтрационно-емкостные свойства образца, пропуская через него флюиды для имитации нефтедобычи. Также они могут проводить испытания на механическое разрушение и изучать прохождение упругих волн для геофизических и геомеханических исследований.
Прибор способен давать данные для построения моделей, однако его ключевая характеристика — возможность совмещения стандартных измерений физических свойств с непрерывным контролем состояния образца методом рентгеновской томографии. Сейчас такие исследования проводятся с лабораторными томографами, но они имеют ограничения: не позволяют различать среды с близкой плотностью и требуют длительного времени для получения сканов.
Использование кернодержателя на станции ЦКП «СКИФ» открывает новые возможности для исследователей.
Во-первых, синхротронное излучение (СИ) позволяет увеличить контрастность сканов, что позволяет точнее различать материалы с близкой плотностью, такие как нефть и вода.
Во-вторых, СИ имеет широкий энергетический спектр и большую интенсивность, что позволяет проводить томографию образца в динамике. Это дает значительный прирост информации, особенно в сочетании с измерением физических свойств. На основе полученных данных специалисты могут создавать динамическую 3D-визуализацию многофазной фильтрации, например, наблюдать в реальном времени процесс вытеснения одного флюида другим.
Кроме того, на лабораторных источниках для получения скана требуется несколько часов, а на источнике синхротронного излучения — всего несколько минут.
«Благодаря таким исследованиям мы можем изучать в динамике, что происходит с керном в реальном процессе нефтедобычи. Более того, томографические изображения могут быть использованы для математического моделирования процессов в керне. В таких цифровых экспериментах можно менять пластовые условия и жидкости, что позволит значительно сократить расходы на лабораторные исследования множества кернов», — рассказал младший научный сотрудник Лаборатории моделирования гетерофазных материалов ИГиЛ СО РАН Алексей Новоселов.
На данный момент специалисты испытывают установку и проводят отладку методик. «Сейчас тесты проходят без томографии, так как сначала нужно убедиться в корректности измерения физических свойств образцов по сравнению с известным оборудованием и исследованиями. Мы используем образцы и данные от коллег для проверки», — пояснил Алексей Новоселов.
