Отправлено: 21.11.07 14:06. Заголовок: РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОМОГРАФИЯ КАК МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОМОГРАФИЯ КАК МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Ю.М. Лопушняк Научный руководитель ведущий научный сотрудник Е.А. Жуковская ОАО ТомскНИПИнефть ВНК, г. Томск, Россия
На вооружении геологов-нефтяников института «ТомскНИПИнефть ВНК» с февраля 2005 года находится новый опытный образец современного аналитического модуля для рентгеновской томографии керна ПИК/ЭПАК-2003. Данный прибор создан в Новосибирском государственном университете по предложению и техническому заданию «ТомскНИПИнефть ВНК». Использование рентгеновской томографии полноразмерного керна при комплексном его исследовании позволяет находить ответы на многие вопросы, связанные с его внутренней структурой и распределением породы по плотности относительно всего объема исследуемого образца. Рентгеновский томограф ПИК/ЭПАК-2003 позволяет проводить экспресс-анализ полноразмерного, изолированного керна высотой до 1 метра и диаметром до 100 миллиметров. Технические характеристики томографа ПИК/ЭПАК-2003 приведены в работе [1]. Процесс получения информации, как количественной, так и качественной состоит из двух этапов: первый – этап непосредственного рентгеновского облучения исследуемого керна с записью информации, поступающей от детектора; второй – этап преобразования полученной от детектора информации в определѐнный файл, просматривая который мы и можем получить всю интересующую нас информацию о внутреннем строении керна. После преобразования данные хранятся в виде трехмерной матрицы плотности в запакованном виде, размером 512×512×5120 вокселов на один метр керна, либо 512×512×400 вокселов на один оборот; размер воксела 0,4 мм по всем координатам. Программно-вычислительный комплекс рентгеновского томографа позволяет получать различную информацию о керне, такую, как наличие внутренних трещин и пустот, наличие различного типа неоднородностей, объѐм и длину этих трещин, пустот и неоднородностей. Получение информации о керне происходит по принципу различия в плотности пород, которые содержаться в данном исследуемом интервале. Породы с высокой плотностью проявляются на томограмме как яркие, светлые участки, породы с низкой плотностью проявляются как серые участки. Пустоты и трещины проявляют себя как очень тѐмные участки. Вследствие этого, картина получившейся томограммы в случае, если керн был неоднороден, выглядит очень контрастной, причѐм мы можем построить и трѐхмерную цветную картину интересующего нас участка с присвоением цвета каждому типу неоднородностей определѐнной плотности. На рис. 1 представлена рентгеновская томограмма керна исследуемого месторождения.
Рис. 1. Рентгеновская томограмма керна (уголь): а – фотоснимок в дневном свете; b – продольный срез рентгеновской томограммы; c – поперечный срез рентгеновской томограмм Визуальный осмотр керна (рис. 1а), представленного углем, не выявил различий в его структуре. После проведения рентгеновской томографии (рис.1 b, c) установлено, что данный керн представляет собой набор участков с различной внутренней структурой. Так, нижний участок является полностью однородным по плотности, средний – перенасыщен включениями рудного минерала (пирита), в верхнем – присутствуют прослои пирита, расположенные под некоторым углом к оси керна. Благодаря полученной при помощи рентгеновской томографии дополнительной информации о различии в структуре исследуемого образца появилась возможность более точного описания данного керна. На рис. 2 представлена рентгеновская томограмма сильно сидеритизированных бокситоподобных пород-коллекторов.
а b с
Рис. 2. Рентгеновская томограмма керна сидеритизированных бокситоподобных пород-коллекторов:
а – фотоснимок в дневном свете; b – продольный срез рентгеновской томограммы;
c – поперечный срез рентгеновской томограммы
При интерпретации полученной томограммы, изображѐнной на рис. 2 b,c, выявлено неравномерное распределение каверн и бобовин в керне: нижний и средний участки содержат большое число каверн различной формы и размеров; в свою очередь, верхний участок менее кавернозный. Также необходимо отметить различие в плотностных характеристиках данного интервала: несмотря на наличие большего, по сравнению с остальными участками, количества каверн и бобовин, средняя часть нижнего участка является более плотной, чем остальные. В свою очередь, верхний участок, практически не обладающий кавернами, имеет плотность ниже, чем средний или нижний участки.
В настоящее время находится в разработке технология процесса интерпретации полученных рентгеновских томограмм, включающая в себя выделение различных типов неоднородностей, встречающихся в исследуемом керне. Это могут быть пустоты, трещины, каверны, вкрапления, различные типы структурных неоднородностей. К примеру, на рис. 3 представлена рентгеновская томограмма участка аргиллита с неоднородностями весьма редкой формы и ориентировкой перпендикулярно напластованию: это два субпараллельных, практически цилиндрических стержня длиной 120 мм и диаметром 11 мм. Данная томограмма представлена в трѐхмерном изображении. Эти неоднородности выполнены рудным минералом (марказит) и проинтерпретированы геологами как ходы роющих организмов.
Нами уже выделено семь морфологических типов неоднородностей, присутствующих в керне: пустоты, трещины, намывы, прослои, вкрапления, каверны, крупные неоднородности. Каждый тип подразделяется на несколько подтипов, отличающихся друг от друга размерами, формой и текстурой.
Что же касается целей, для которых проводиться рентгеновская томография, то они весьма разнообразны. Исследуя горные породы, содержащие различные минералы, отличающиеся по плотностным характеристикам, мы можем, не нарушая целостности керна, сказать,– в действительности ли эти породы различны по плотности, либо отличие только визуальное, а плотность одинаковая. Также не дезинтегрируя керн, мы можем исследовать его внутреннюю структуру. Цель, которую в настоящее время преследуют сотрудники «ТомскНИПИнефть ВНК», более конкретна: определение типа коллектора исследуемого керна: кавернозный, трещиноватый или смешанный. В решении
данного вопроса рентгеновская томография находит своѐ исчерпывающее применение. После проведения исследования можно сделать аргументированное итоговое заключение о типе коллектора с приложением фактического материала.
Для примера, на рис. 4 показан фрагмент томограммы керна в трѐхмерном исполнении, тип коллектора – кавернозный.
Таким образом, в процессе работы рентгеновского томографа ПИК/ЭПАК-2003 было показано, что комплекс позволяет работать с ориентированным, изолированным, сильно трещиноватым керном, не извлекая его из стеклопластиковых тубусов – контейнеров, не подвергая воздействию атмосферы и не разрушая его целостности.
Полученная информация о трѐхмерной структуре керна, распределении плотности и трещиноватости керна незаменима для геологов. Возможность сохранения данных в LAS – формате, который воспринимается другими программами для просмотра каротажа, и включение его в общую базу данных переводит на качественно новый уровень решение задач геологического и гидродинамического моделирования нефтяных резервуаров.
Литература
1. Vladimir I. Bidzhakov, Elena A. Zhukovskaya, Andrey Yu. Burlev et all. Employment of X-Ray Tomography for Scanning Full-Diameter Semiconsolidated Geological Core // Aizu, Japan, 2005.– V.1.– P.285 – 290.

http://www.tpu.ru/files/nu/ignd/section2-06.pdf