«Рентген» для сланца
Российские ученые научились видеть невидимое в нефтеносных породах
Фото: Getty Images
Фото: Getty Images
«Сланцевые породы, особенно такие, как баженовская свита, доманиковые отложения, богаты органическим веществом и в последние годы активно исследуются как учеными, так и специалистами нефтяной отрасли. Однако исследование таких пород остается сложной задачей. Нефть, битум, кероген и вода сосуществуют в очень мелких порах, что затрудняет их идентификацию и количественную оценку. При этом традиционные методы анализа — например, пиролиз RockEval или экстракция, требуют длительной подготовки, разрушают образец и работают с очень малыми количествами вещества»,— рассказал первый автор статьи, научный сотрудник НИЛ методов увеличения нефтеотдачи Марсель Фазлыйяхматов.
В основе технологии — придуманный и запатентованный нефтяниками КФУ способ определения количества керогена и извлекаемого углеводородного сырья в породе с помощью низкопольной ЯМР-релаксометрии — метода, основанного на явлении ядерного магнитного резонанса и позволяющего определять времена релаксации ядерной намагниченности.
«Мы развиваем наш метод, основанный на низкопольной ЯМР-релаксометрии и позволяющий улавливать сигналы от водородных ядер в различных компонентах породы,— говорит Марсель Фазлыйяхматов.— С помощью особого сочетания сигналов ССИ (спад свободной индукции) и КПМГ (последовательность Карра—Парсела—Мейбума—Гилла) удается “увидеть” в образце керна размером 8,5 на 13,5 мм практически все ядра водорода, включая те, которые содержатся в твердом битуме и даже в керогене. Это значительное достижение, ведь эти компоненты традиционно “невидимы” для стандартных ЯМРметодов».
Для того чтобы выяснить, сколько в сланцевой породе содержится керогена, а сколько — битума, исследователи использовали растворитель — дейтерированный хлороформ. С его помощью битум растворяется и переводится в жидкое состояние, не затрагивая при этом твердый кероген.
«Мы предложили новую импульсную последовательность, а потом дополнили исследование введением растворителя — дейтерированного хлороформа (CDCl3)»,— объяснил суть новой технологии старший научный сотрудник лаборатории Борис Сахаров.
Разработка позволяет дифференцировать кероген, асфальтены, смолы, ароматические и насыщенные углеводороды.
«В отличие от пиролиза, где образец разрушается, с помощью нашей технологии можно исследовать цельный керн (это особенно важно для редких или ценных образцов), без измельчения, причем не потребуется значительного количества химических реактивов. Этот подход можно применять как в лабораторных, так и в полевых условиях для быстрой предварительной оценки качества сланцевых пород и принятия решений о целесообразности их дальнейшего изучения или разработки»,— считает Борис Сахаров.
По мнению авторов, их технология необходима на ранних этапах нефтеразведки, когда критически важно знать, сколько органического вещества содержит порода, какого она типа и насколько зрелая, так как от этого зависит, будет ли сланцевая порода давать нефть.
«Сегодня в нефтегазовой отрасли важно иметь возможность, с одной стороны, быстро, а с другой — максимально полно изучать и получать характеристики нефтематеринских образцов и других объектов, относящихся к запасам трудноизвлекаемых углеводородов. Предложенный нами способ с меньшими затратами по времени по сравнению со всеми остальными существующими методами позволяет не только определить количество и тип углеводородного сырья, но и дает информацию о его детальном фракционном составе, свойствах, содержании воды в рамках одного измерения. Мы успешно применили его к исследованию очень разных объектов и уверены, что он будет полезен в отрасли»,— подытожил директор технологического парка «Малотоннажные химические технологии», руководитель направления методов увеличения нефтеотдачи ИГиНГТ КФУ Михаил Варфоломеев.
Марсель Фазлыйяхматов, научный сотрудник НИЛ методов увеличения нефтеотдачи Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета, кандидат технических наук, ответил на вопросы «Ъ-Науки»:
— В чем главное преимущество новой технологии перед традиционными методами анализа?
— Главное преимущество — отсутствие сложной пробоподготовки: образец можно исследовать в цельном виде, без измельчения и разрушения. Это особенно важно для редких или ценных кернов, которые нельзя потратить на традиционный пиролиз или экстракцию.
— Как исследователям удалось «увидеть» невидимые ранее компоненты, такие как кероген и твердый битум?
— Ученые предложили подход, при котором измерения проводятся дважды: сначала — на исходном образце, а затем — после обработки растворителем, который извлекает жидкий битум. Разница сигналов позволяет выделить вклад керогена и твердого битума. Более того, процесс растворения битума в пробирке можно отслеживать почти в реальном времени, что открывает новые возможности для изучения его свойств.
— Для чего в методе используется дейтерированный хлороформ и как это помогает?
— Дейтерированный хлороформ применяется как растворитель органического вещества. Его особенность в том, что он не содержит протонов и не дает собственного сигнала на протонном ЯМР. Благодаря этому прибор фиксирует только отклик от вещества породы, а не от растворителя, что не искажает результаты измерения.
— В каких практических ситуациях новая разработка будет наиболее востребована и какой принципиально новый объем информации она предоставляет?
— Наиболее критично эта технология необходима на ранних этапах разведки. В этот момент важно быстро и точно оценить потенциал породы: определить общее количество органики, ее тип и зрелость, чтобы принять решение о дальнейших работах.
Что касается нового объема данных, то в рамках одного неразрушающего измерения мы получаем комплексную характеристику: общее содержание органического вещества, его состав по типам (кероген, битум) и количество извлекаемого углеводородного сырья. Перспективы развития метода также сулят получение данных о пористости и распределении пор по размерам.
Применять разработку будут в первую очередь в лабораториях, занимающихся исследованием керна. Здесь наш метод может стать полноценной заменой или мощным дополнением к традиционной деструктивной аналитике, что позволит получать больше информации существенно быстрее, дешевле и информативнее.