CC BY
30
УДК 550.4.01:550.4.02
ПРИМЕНЕНИЕ ЯМР-РЕЛАКСОМЕТРИИ ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ
Аман Хаирболдыевич Тураханов
Новосибирский государственный университет, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2, студент, e-mail: [email protected]
Вячеслав Николаевич Глинских
Новосибирский государственный университет, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2, доктор физико-математических наук, доцент кафедры геологии месторождений нефти и газа; Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, зав. лабораторией скважинной геофизики, тел. (383)330-45-05, e-mail: [email protected]
Владимир Аркадьевич Каширцев
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, доктор геолого-минералогических наук, чл.-корр. РАН, главный научный сотрудник лаборатории геохимии нефти и газа, тел. (383)335-64-23, e-mail: [email protected]
Елена Анатольевна Фурсенко
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории геохимии нефти и газа, тел. (383)330-26-76, e-mail: [email protected]
Мария Йоновна Шумскайте
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, младший научный сотрудник лаборатории скважинной геофизики, тел. (383)330-07-81, e-mail: [email protected]
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) сегодня широко используется при лабораторных и скважинных исследованиях для оценки фильтрационно-емкостных свойств нефтегазовых коллекторов. В работе изучаются возможности ЯМР-релаксометрии применительно к изучению физико-химических свойств жидких углеводородов. В частности, метод позволяет проводить экспресс-оценки коэффициента динамической вязкости и группового состава жидких углеводородов. Авторами предложен метод обработки экспериментальных данных, позволяющий выделять различные группы соединений и определять их содержание.
Ключевые слова: ядерный магнитный резонанс, релаксометрия, жидкие углеводороды, реологические свойства, групповой состав.
NMR RELAXOMETRY APPLICATION FOR EXPRESS CHARACTERIZATION OF LIQUID HYDROCARBONS PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES
Aman Kh. Turakhanov
Novosibirsk State University, 630090, Russia, Novosibirsk, 2 Pirogova St., student, e-mail: [email protected]
Vyacheslav N. Glinskikh
Novosibirsk State University, 630090, Russia, Novosibirsk, 2 Pirogova St., D. Sc., Associate Professor; Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Аkademik Koptyug Prospect, Head of the laboratory of borehole geophysics, tel. (383)330-45-05, e-mail: [email protected]
Vladimir A. Kashirtsev
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Аkademik Koptyug Prospect, D. Sc., Corresponding Member of RAS, Chief Researcher, tel. (383)335-64-23, e-mail: [email protected]
Elena A. Fursenko
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Аkademik Koptyug Prospect, Ph. D., Senior Researcher of the Laboratory of Petroleum Geochemistry, tel. (383)330-26-76, e-mail: [email protected]
Mariya Y. Shumskayte
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Аkademik Koptyug Prospect, Junior Researcher of the laboratory of borehole geophysics, tel. (383)330-07-81, e-mail: [email protected]
Nuclear magnetic resonance (NMR) is widely used in laboratory and borehole studies of rock porosity and permeability properties today. The paper is devoted to NMR relaxometry potential study applying to liquid hydrocarbons physicochemical properties investigating. In particular, the method allows one to carry out express estimations of dynamic viscosity coefficient and SARA analysis. Authors suggest a new approach of experimental data processing, which allows evaluating saturates, aromatics, resins and asphaltenes concentration.
Key words: nuclear magnetic resonance, relaxometry, liquid hydrocarbons, rheological properties, SARA analysis.
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) - метод, широко использующийся для изучения свойств, структуры и состояния вещества. Вслед за созданием скважинной аппаратуры импульсного ЯМР [1, 2] метод стал активно применяться в нефтегазовой отрасли для определения фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС), структуры порового пространства горных пород, а также типизации пластовых флюидов и оценки их вязкости [3, 4]. Поскольку существующие стандартные геохимические методы изучения углеводородов требуют достаточно много времени, данная работа направлена на изучение возможности использования данных ЯМР-релаксометрии для получения предварительных экспресс-оценок группового состава и вязкости жидких углеводородов.
Измерения образцов нефтесодержащих флюидов с месторождений Западной Сибири выполнены на ЯМР-релаксометре «МСТ-05», который позволяет исследовать не только керновый материал [5, 6], но и нефтесодержащие флюиды [7].
Характерные ЯМР-спектры образцов нефти различной вязкости приведены на рисунке. Непрерывный спектр (рисунок, а) позволяет оценить вязкость
флюида. В качестве параметра, характеризующего непрерывный ЯМР-спектр, широко используется величина среднее логарифмическое Т2Ш.
Т2Ш = ехр
(^
Хы
г=1а>
(1)
где Т2/ - время релаксации для ¡-й компоненты (мс), а - доля ¡-й компоненты в Т2 спектре.
Рис. Непрерывный (а) и дискретный (б) Т2 спектр для образцов нефти разной вязкости. Шифру линий соответствует номер образца. Вязкость образца 1 составляет 1.6 мПа-с, 2 - 9 мПа-с, 3 - 110 мПа-с
Из рисунка, а видно, что ЯМР-спектры образцов нефти зависят от вязкости флюида. На основе всех экспериментальных данных предложено эмпирическое
уравнение, связывающее ЯМР-параметр Т2М и коэффициент динамической
вязкости п:
Ъ = а^ТМ, (2) Т2
где п - коэффициент динамической вязкости (мПа-с), Т - температура, при которой проводятся измерения (°К), Т2М - среднее Т2 (мс), константа а = 2.31. Формула получена в результате аппроксимации экспериментальных данных (Я2 = 0.95).
Дискретные ЯМР-спектры образцов нефти различной вязкости приведены на рисунке, б. Полученные результаты позволяют определять соотношение основных групп химических соединений - асфальтенов и смол, ароматических
и насыщенных углеводородов. Возможности применения данного подхода обусловлены тем, что различные группы молекул характеризуются различной молекулярной подвижностью. Асфальтены и смолы представляют собой огромные надмолекулярные структуры, в которых свободное движение спинов затруднено, что приводит к ускорению релаксационных процессов и уменьшению Т2, соответственно. В случае ароматических и насыщенных углеводородов спины обладают большей подвижностью и, как следствие, характеризуются большими временами Т2.
Таким образом, ЯМР-релаксометрия демонстрирует себя как экспрессный информативный метод, не изменяющий свойства и структуру образцов флюидов при измерении. В целом ЯМР может использоваться для предварительных оценок реологических свойств и группового состава углеводородов. Дальнейшие исследования направлены на разработку алгоритмов и программ обработки данных ЯМР при изучении жидких углеводородов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Apparatus Including Multi-Wait Time Pulsed NMR Logging Method for Determining Accurate T2-Distributions and Accurate T1/T2 Ratios and Generating a More Accurate Output Record Using the Updated T2-Distributions and T1/T2 Ratios: USA patent № 5486762, patentee Schlum-berger, Inc. / R. Freedman, C. E. Morriss; 23.01.1996, USA.
2. Способ каротажа с использованием ядерно-магнитного резонанса и устройство для его осуществления: пат. №2181901 / Е. М. Митюшин, В. Ю. Барляев, Р. Т. Хаматдинов; заявка № 2001101813 от 19.01.2001; опубл. 27.04.2002.
3. Джафаров И. С, Сынгаевский П. Е., Хафизов С. Ф. Применение метода ядерного магнитного резонанса для характеристики свойства и распределения пластовых флюидов. -М. : Химия, 2002. - 439 с.
4. Коатес Дж., Хиао Л., Праммер М. Каротаж ЯМР. Принципы и применение / пер. с англ. и тех. ред. П. Е. Сынгаевского. - Хьюстон : Халлибуртон Энерджи Сервисез, 2001. -439 с.
5. Шумскайте М. И., Глинских В. Н. Анализ влияния объемного содержания и типа глинистых минералов на релаксационные характеристики песчано-алевритовых образцов керна // Каротажник. - 2015. - № 253. - С. 56-62.
6. NMR relaxometry potential for oil rheological properties evaluation and component composition determination / A. Turakhanov, M. Shumskayte, V. Glinskikh, E. Fursenko // Proceedings of the 8th International Siberian early career geoscientists conference. - Novosibirsk, 2016 -P.334-335.
7. Шумскайте М. И., Глинских В. Н. Экспериментальное исследование зависимости ЯМР-характеристик от удельной поверхности и удельного электрического сопротивления песчано-алеврито-глинистых образцов // Геология и геофизика. - 2016. - Т. 57, №10. -С.1911-1918.
© А. Х. Тураханов, В. Н. Глинских, Е. А. Фурсенко, М. Й. Шумскайте, 2017
