Химически избирательное устройство формирования изображений для формирования изображений флюида в подземном пласте и способ его использования
Изобретение относится в целом к оценке пласта. Более конкретно, настоящее раскрытие изобретения относится к методам оценки пласта, таким как получение изображений подземных пластов и находящихся в них флюидов. Техническим результатом является повышение точности оценки подземных пластов. Устройство содержит корпус, имеющий боковую стенку, образующую проходной канал для приема через него пробы керна подземного пласта, причем корпус выполнен с возможностью располагаться в скважинном инструменте, так чтобы устройство формирования изображения могло функционировать, когда скважинный инструмент размещен в стволе скважины, и корпус имеет впускное отверстие для приема флюида из подземного пласта в проходной канал; постоянный магнит, расположенный в боковой стенке корпуса, ориентированный для направления магнитного поля через проходной канал; радиочастотную катушку, расположенную в боковой стенке корпуса между постоянным магнитом и проходным каналом, причем радиочастотная катушка ориентирована для направления радиочастотного поля через проходной канал; градиент магнитного поля, расположенный в боковой стенке корпуса между постоянным магнитом и радиочастотной катушкой для избирательного направления поля градиента через проходной канал; и блок химически избирательного формирования изображения, выполненный с возможностью создавать независимые изображения углеводородов и флюидов на водной основе в пробе керна и функционально связанный с радиочастотной катушкой для избирательной подачи импульсов частот, используя импульсную последовательность быстрого получения с улучшением релаксации (RARE) в сочетании со сжатым зондированием, посредством чего генерируются отдельные измерения флюида пробы керна и на основе различий химического сдвига в спектре ядерного магнитного резонанса (ЯМР) генерируются контрастные изображения указанных углеводородов и флюидов на водной основе. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил., 7 табл.
Уровень техники
Настоящее раскрытие изобретения относится в целом к оценке пласта. Более конкретно, настоящее раскрытие изобретения относится к методам оценки пласта, таким как получение изображений подземных пластов и находящихся в них флюидов.
Разведку месторождения можно использовать для обнаружения ценных углеводородов, таких как нефть и газ. Буровые установки расположены на буровых площадках для бурения стволов скважин и развертывания инструментов в глубине скважин для обнаружения подземных резервуаров. Скважинные инструменты, такие как буровые инструменты, продвигаются вглубь ствола скважины. Скважинные инструменты, такие как тросовые инструменты, развертываются с помощью троса вглубь ствола скважины для сбора глубинных проб для оценки.
Скважинные инструменты часто снабжаются каротажными устройствами, такими как зонд ядерно-магнитного каротажа для получения изображений подземных пластов. Кроме того, скважинные инструменты снабжены пробоотборными инструментами, такими как каротажные зонды, для отбора проб подземных флюидов в скважинный инструмент и инструментами для отбора кернов, такими как осевые и боковые устройства для отбора кернов, для вырезания проб подземных пластов. Примеры скважинных инструментов приведены в патентах США № 6047239 и 6897652.
Собранные пробы собирают в скважинный инструмент и извлекают на поверхность. Пробы отправляют в лаборатории для испытаний. Испытания проводят на пробах для определения наличия углеводородов. В некоторых случаях пробы кернов могут быть испытаны с использованием ядерного магнитного резонанса. Примеры испытаний приведены в патентах США № 9133709, 8499856, 6220371 и 4769602.
Несмотря на развитие в области испытаний и отбора образцов, по-прежнему существует потребность в методах и инструментах, способных производить точную оценку подземных пластов.
Сущность изобретения
По меньшей мере в одном аспекте настоящее изобретение относится к устройству формирования изображений для формирования изображений флюида в подземном пласте. Устройство формирования изображений содержит корпус, имеющий боковую стенку, определяющую проходной канал для приема через него пробы керна из подземного пласта. Корпус помещен в скважинном инструменте и имеет впускное отверстие для флюида для приема флюида из подземного пласта в проходной канал. Устройство формирования изображений также содержит постоянный магнит, расположенный в боковой стенке корпуса, ориентированный для направления магнитного поля через проходной канал, радиочастотную катушку, расположенную в боковой стенке корпуса между постоянным магнитом и проходным каналом, ориентированную для направления радиочастотного поля через проходной канал, градиент магнитного поля, расположенный в боковой стенке корпуса между постоянным магнитом и радиочастотной катушкой для избирательного направления поля градиента через проходной канал, и химически избирательное устройство формирования изображений, функционально связанное с радиочастотной катушкой, для избирательной подачи импульсов частот в соответствии с последовательностью импульсов, посредством чего генерируются отдельные измерения флюида в отношении пробы керна.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу формирования изображений флюида, расположенного в подземном пласте. Способ включает в себя позиционирование пробы керна из подземного пласта в проходном канале устройства формирования изображений в скважинном инструменте, заливание жидкостью пробы керна путем пропускания пробы флюида из пласта в проходной канал и формирование изображения пробы керна. Формирование изображения включает в себя направление магнитного поля через проходной канал в направлении вдоль продольной оси проходного канала, избирательное направление поля градиента через проходной канал, избирательную подачу импульсов путем направления радиочастотного поля через проходной канал в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля и продольной оси проходного канала, и генерирование изображений флюида в пробе керна во время подачи импульсов.
И наконец, в другом аспекте настоящее изобретение относится к способу формирования изображения флюида, расположенного в подземном пласте. Способ включает в себя позиционирование пробы керна из подземного пласта в проходном канале устройства формирования изображений, заполненном флюидом, направление магнитного поля через проходной канал в направлении вдоль продольной оси проходного канала, избирательное направление поля градиента через проходной канал, направление радиочастотного поля через проходной канал в направлении вдоль продольной оси проходного канала, выборочное получение измерений флюида методом ядерного магнитного резонанса в пробе керна путем избирательной подачи импульсов частот радиочастотного поля в пробу керна и применение градиента магнитного поля к пробе керна в соответствии с заранее определенным графиком выборки каонного пространства и генерирование изображений флюида в пробе керна путем выполнения сжатого зондирования на основе полученных измерений ядерного магнитного резонанса.
Краткое описание графических материалов
Более конкретное описание раскрытия, изложенное выше в сущности изобретения, может быть предоставлено посредством ссылки на его варианты реализации изобретения, которые проиллюстрированы на прилагаемых графических материалах. Следует, однако, отметить, что прилагаемые графические материалы иллюстрируют приведенные в качестве примера варианты реализации настоящего изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие его объем. Фигуры не обязательно должны быть представлены с соблюдением масштаба, и некоторые характерные признаки и некоторые виды фигур могут быть проиллюстрированы в увеличенном масштабе или схематически с целью ясности и краткости подачи.
На фиг. 1А представлена схема, иллюстрирующая буровую площадку со скважинным инструментом, размещенным в стволе скважины, проникающего в подземный пласт, который содержит флюид, причем скважинный инструмент содержит устройство формирования изображений.
На фиг. 1В проиллюстрирован развернутый вид порового канала в подземном пласте.
На фиг. 2 представлена схема, иллюстрирующая устройство формирования изображений для формирования изображений проб керна, отобранных из подземного пласта.
На фиг. 3А и 3В представлены схемы, иллюстрирующие способы формирования изображений для формирования изображений флюида в пробе керна.
На фиг. 4A–4C представлены схемы, иллюстрирующие одномерные, двухмерные и трехмерные последовательности импульсов, соответственно, генерируемые во время формирования изображений.
На фиг. 5A–5C представлены изображения флюидов в пробе керна.
На фиг. 6 представлена блок-схема, изображающая способ формирования изображений флюида в подземном пласте.
Подробное описание сущности изобретения
В нижеследующем описании изложено множество подробностей для обеспечения понимания настоящего раскрытия изобретения. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее раскрытие изобретения может быть реализовано без этих подробностей и что возможны многочисленные варианты или модификации описанных вариантов реализации изобретения.
Раскрыты методы химически избирательного формирования изображений подземного пласта. Эти методы включают в себя формирование изображений с помощью магнитного резонанса (MRI) (или изображений ядерного магнитного резонанса (ЯМР)) проб керна из подземного пласта. Формирование изображений может быть выполнено в условиях пласта и/или на поверхности с использованием устройства, выполненного с возможностью избирательной подачи импульсов магнитного поля, осциллирующих на радиочастоте в пробах керна. Химически избирательное формирование изображений может отображать любые ЯМР-активные виды элементов (например, 1H или 23Na) с использованием одно- или многоканальных зондов. Для сравнения также можно выполнить формирование контрастный изображений (например, уменьшение напряжения и/или диффузия).
Формирование изображений может быть выполнены для выборочного измерения различных флюидов, таких как углеводороды (например, сырая нефть или додекан) и флюиды на водной основе (например, вода, насыщенный минеральный раствор и т.д.) в пробе керна. Такие методы могут быть использованы для формирования изображений различных флюидов в пласте отдельно или в сочетании друг с другом. В частности, формирование изображений может использоваться для различения флюидов на водной основе и углеводородов в пробах керна. Эти изображения могут использоваться, например, для характеристики параметров флюида, таких как скорость потока и тип добываемых углеводородов. Информация, полученная благодаря такому формированию изображений, может быть использована, например, для определения конкретных флюидов, отдельного изображения флюидов, оценки пласта, содержащего флюид, определения внутрискважинных параметров, обнаружения ценных углеводородов, предоставления информации для планирования операций в нефтяных месторождениях и т.д.
Изображенные флюиды могут быть выборочно отображены с использованием, например, одномерных, двухмерных или трехмерных последовательностей импульсов. Для содействия формированию изображений (например, сокращения времени получения изображений) могут использоваться различные последовательности изображений, такие как быстрое формирование изображений (быстрое получение данных с использованием методом стимулирования уменьшения напряжения (RARE)) для сбора уменьшенных размеров выборки данных и сжатого зондирования (CS) для восстановления изображений из уменьшенных размеров выборки. Методы быстрого формирования изображений могут использоваться в сочетании со сжатым зондированием для сокращения времени получения изображений, что может быть использовано, например, для минимизации времени, в течение которого инструмент находится в глубине скважины, выполняя формирование изображений.
На фиг. 1А представлена схема, иллюстрирующая буровую площадку 100 для выполнения операций в недрах. Буровая площадка 100 расположена возле подземного пласта 102, имеющего пластовый резервуар 104 с содержащимся в нем флюидом. Пласт 102 содержит один или более поровых каналов 108 с содержащимся в них флюидом. Как проиллюстрировано на фиг. 1В, развернутый вид порового канала 108, часть 106а флюида может быть расположена по центру внутри порового канала 108, а часть 106b может быть расположена в углублениях 110 порового канала 108. Центральная часть 106а может представлять собой извлекаемые флюиды, а часть 106b может представлять собой изолированные флюиды внутри порового канала 108.
Как показано, буровая площадка 100 содержит буровую установку 112, скважинный инструмент 114 и наземный блок 116. Скважинный инструмент 114 размещен в стволе 118 скважины для измерения параметров подповерхностного слоя. Скважинный инструмент 114, как показано, представляет собой тросовый инструмент, размещенный в стволе 118 скважины посредством каротажного кабеля 120, но может использоваться любой скважинный инструмент (например, буровой инструмент, гибкие НКТ, инструмент промыслового каротажа и/или другой инструмент). Каротажный кабель 120 соединен с возможностью связи с наземным блоком 116 для передачи ему сигналов. Наземный блок 116 может использоваться для сбора данных от скважинного инструмента 114 и/или для передачи сигналов (например, питания, команд и т.д.) в скважинный инструмент 114.
Скважинный инструмент 114 по фиг. 1А может содержать множество компонентов для выполнения различных операций. Как показано, скважинный инструмент 114 содержит электронное оборудование 122a, пробоотборник 122b флюида, пробоотборник 122c керна, устройство формирования изображений 122d изображения и коллектор 122e. Электронное оборудование может содержать различные устройства, такие как силовые установки, устройства управления, обработки, связи (например, телеметрия) и/или другие устройства, используемые в скважинных операциях.
Пробоотборник 122b флюида может быть обычным инструментом для отбора проб, выполненным с возможностью извлечения проб флюида из подземного пласта в скважинный инструмент 114. Пробоотборник 122c керна может быть обычным керноотборником боковой стенки, выполненным с возможностью вырезания проб 125b керна из стенки ствола скважины, окружающего пласт. Хотя на фиг. 1А проиллюстрирован пример керноотборника боковой стенки, в скважинном инструменте 114 может быть предусмотрен осевой керноотборник. Коллектор 122е может быть приемником для хранения собранных проб. Пример каротажного инструмента с функциями отбора проб представлен в патенте США № 6047239.
Устройство формирования изображений 122d, как показано, содержит корпус 124 с боковой стенкой 126, определяющей проходной канал 128, пролегающий через нее. Пробоотборник 122b флюида и пробоотборник 122c керна могут быть размещены возле (например, вверх по стволу скважины от) устройства формирования изображений 122d для передачи проб 125a флюида и проб 125b керна, соответственно, через входное отверстие 128a в проходной канал 128 для измерения, как схематично показано стрелками. Устройство 122d формирования изображения может включать, например, устройство для формирования изображений методом магнитного резонанса (MRI), выполненное с возможностью приема проб 125а,b флюида и керна, как описано далее в настоящем документе.
Проба 125b керна может быть отображена с помощью устройства 122d формирования изображения. Проба 125b керна может проходить через входное отверстие 128a проходного канала (например, створку), расположенное в корпусе, предназначенном для приема пробы керна в проходной канал, после чего проба керна может быть расположена в проходном канале 128 устройства 122d формирования изображения. Проба 125b керна может быть насыщена пробой флюида (или другим флюидом) 125a путем заливания жидкостью керна, как указано стрелками. Пробы 125a,b флюида и керна могут быть выпущены (например, выброшены) из проходного канала 128 через выпускное отверстие 128b (например, створку) в коллектор 122е для хранения и/или извлечения. Скважинный инструмент 114 может быть снабжен различными устройствами для облегчения и/или контроля отбора проб и/или формирования изображений. Например, проба 125a флюида может свободно проходить через устройство 122d формирования изображения или управляться с помощью устройств управления флюидом, таких как подводные трубопроводы, клапаны и т.д.
Устройство 122d формирования изображения может быть выполнено с возможностью выполнять методом магнитного резонанса (MRI) пробы керна внутри скважинного инструмента 114. Проба 125b керна может быть насыщена отобранным в качестве пробы флюидом во время формирования изображений. Результаты измерений, выполненных устройством 122d формирования изображения, могут собираться наземным блоком 116 и выводами 129, например в виде графиков, могут генерироваться на основании их, как описано далее в настоящем документе.
Дополнительные измерения могут проводиться с использованием датчика (датчиков) и/или других устройств для определения различных параметров подповерхностного слоя, таких как скважинные условия, параметры пласта, параметры флюида и т.д. Например, скважинный инструмент 114 может быть снабжен оптическими анализаторами флюида, датчиками, спектрометрами, преобразователями и т.д., которые могут собирать результаты дополнительных измерений, такие как состав, температура, давление и т.д. Собранные изображения и/или результаты измерений могут быть оценены для определения различных параметров подповерхностного слоя.
На фиг. 2 проиллюстрирован вид в поперечном сечении устройства 222 формирования контрастного изображения, которое может быть расположено в скважины (см., например, устройство 122d формирования изображения по фиг. 1A) или на поверхности (например, в виде автономного, лабораторного оборудования и т.д.). Как показано в этом виде, устройство 222 формирования контрастного изображения содержит корпус 224 с боковой стенкой 226, образующей проходной канал 228, и оно может быть подобно устройству 122d формирования изображения на фиг. 1А. Устройство формирования изображения может быть ориентировано в любом направлении для облегчения работы.
Проходной канал 228 сформирован для приема пробы 225b керна (например, пробы 125b керна на фиг. 1A) и пробы 225a флюида (например, пробы 125a флюида по фиг. 1A). Проба 225b керна может быть пробой цилиндрической формы, которая может располагаться в линейном проходном канале 228 корпуса 224, как показано, или других форм и/или размеров. Могут быть предусмотрены устройства для автоматического введения внутрь и/или удаления одной или более проб из проходного канала 228.
Флюид 225а может проходить через проходной канал 228 во время испытания, как указано осевой стрелкой. Могут быть предусмотрены подводной трубопровод и/или другие устройства управления потоком для выборочного пропускания флюида 225a в проходной канал 228 для обеспечения требуемого заливания жидкостью керна. Флюид 225а может проходить через проходной канал 228 с требуемым расходом или заключаться в нем, чтобы оставаться неподвижным во время испытаний. Флюид 225а при необходимости может быть выброшен из проходного канала 228. Флюид 225а может быть любым флюидом, прошедшим через пробу 225b керна во время испытаний. В примере флюид 225а представляет собой пластовый флюид в пласте, используемом для воспроизведения подповерхностных условий.
Как показано изогнутой стрелкой, устройство формирования изображения и/или проба 225b керна могут дополнительно вращаться (например, вращающимся валом, приводимым в движение двигателем), чтобы изменять ориентацию пробы 225b керна от угла α1 до угла α2 во время формирования изображения. Вращение пробы 225b керна относительно корпуса 224 позволяет выбирать сигнал вдоль координат в зависимости от ориентации в направления от полей B0 и B1 к ориентации пробы 225b керна при ее вращении.
Корпус 224 имеет матрицу датчиков, включающую в себя постоянный магнит 230a, радиочастотную катушку 230b и применимый градиент (градиенты) 230c магнитного поля. Постоянный магнит 230a расположен в боковой стенке 226 и размещен в радиальном направлении по отношению к проходному каналу 228 для окружения в нем пробы 225b керна. Постоянным магнитом 230a может быть любой постоянный магнит, такой как магнит Халбаха, выполненный с возможностью генерирования магнитного поля (B0), ориентированного по оси z проходного канала 228.
Радиочастотная катушка 230b расположена в боковой стенке 226 и размещена в радиальном направлении по отношению к проходному каналу 228 для окружения в нем пробы 225b керна. Радиочастотная катушка 230b расположена между проходным каналом 228 и постоянным магнитом 230a. Радиочастотная катушка 230b может быть катушкой, выполненной с возможностью генерирования магнитного поля B1, осциллирующего на радиочастоте вдоль оси x или y проходного канала 228. Градиенты 230c магнитного поля расположены между постоянным магнитом 230a и радиочастотной катушкой 230b.
Корпус 224 может быть снабжен или соединен с блоком 216 формирования изображения (например, наземным блоком 116 на фиг. 1А) для обеспечения питания, сбора данных и/или отправки команд в устройство 222 формирования изображения. Магнитная катушка 230a, радиочастотная катушка 230b и градиенты 230c магнитного поля могут быть соединены с блоком 216 формирования изображения для обеспечения измерений. Устройство 222 формирования изображения и/или блок 216 формирования изображения могут быть снабжены средствами связи, такими как проводная и/или беспроводная связь, для установления связи между ними.
Блок 216 формирования изображения может иметь обычный дисплей, выполненный с возможностью преобразовывать измерения в изображения для отображения. Блок 216 формирования изображения может включать, например, процессор, базу данных, телеметрический блок, блок питания и/или другое электронное оборудование для работы с устройством 222 формирования изображения. Блок 216 формирования изображения может быть включен в электронное оборудование скважинного инструмента (например, 122а на фиг. 1А) и/или наземный блок 116 (фиг. 1А). Собранные измерения могут использоваться для генерирования выходных данных, таких как график 229. Дополнительно для выполнения измерений могут быть предусмотрены один или более зондов 234 и/или датчиков S. Например, зонд (зонды) 234 радиочастотной катушки 230b может быть выборочно обеспечен одиночными и/или множественными резонансными частотами, например, чтобы обеспечить возможность обнаружения нескольких видов атомных ядер.
Блок 216 формирования изображения может использоваться для сбора параметров изображения (например, распределения флюидов, остаточной нефтенасыщенности и т.д.) от устройства 222 формирования изображения и параметров подповерхностного слоя (например, состава, температуры, давления и т.д.) от датчиков (S). Измерения формирования изображений и/или собранные результаты измерений могут использоваться для выполнения различных оценок пласта, таких как формирование изображений, анализ флюидов, анализ выходящих потоков, сжатое измерение и т.д. Например, собранные данные могут использоваться для получения параметров подповерхностного слоя, таких как удельное сопротивление и проницаемость.
Формирование контрастного изображения
Оценки могут выполняться с помощью различных методов формирования контрастного изображения, таких как формирование изображений с уменьшением напряжения и диффузии. Такие методы могут включать, например, анализ временных промежутков уменьшения напряжения T1 и T2 для генерируемых изображений. Параметры формирования изображений могут генерироваться с использованием, например, методов, которые основаны на различиях в измеряемых количествах ЯМР, таких как временные промежутки уменьшения напряжения и коэффициенты диффузии (D), чтобы обеспечить контрастное различие между углеводородами и флюидами на водной основе. Измерение ЯМР может включать базовое измерение, используемое при петрофизических работах, такое как время уменьшения напряжения T2. T2 может быть мерой спада объемной намагниченности, создаваемой в системе за счет применения радиочастотных возбуждений. Спад магнитной когерентности может быть вызван взаимодействием ядерных спинов с различными магнитными полями, создаваемыми неоднородностями статического поля, а также меж- и внутримолекулярными движениями.
В пористой горной среде углеводороды и флюиды на водной основе могут иметь аналогичные Т2. Следовательно, методы, используемые для обеспечения контрастного различия между жидкими фазами, могут определять свойства вторичного флюида зонда, такие как время уменьшения напряжения T1 и коэффициенты диффузии соответствующих флюидов. T1 может быть мерой того, насколько хорошо молекулы флюида обмениваются энергией с окружающей средой. Длинный T1 может указывать на слабую связь, а короткий T1 может указывать на сильную связь. Таким образом, временные промежутки уменьшения напряжения T1 могут зависеть от молекулярных свойств, таких как размер, и более крупные молекулы углеводородов могут иметь более длинные T1. Коэффициенты самодиффузии флюидов, таких как флюид на водной основе, жидкие углеводороды и газообразные углеводороды, могут быть совершенно разными и могут использоваться для дифференциации жидких фаз, присутствующих в пробе горной породы. В этих случаях для обеспечения требуемого контрастного различия могут использоваться многомерные измерения уменьшения напряжения, изображающие на графике T1 в зависимости от T2 или D в зависимости от T2.
Оценки изображений могут быть выполнены с использованием анализа керна методом ЯМР и/или спектроскопических способов. Такие оценки могут быть использованы для обеспечения требуемой дифференциации жидкой фазы в массовых пробах. Эти оценки могут быть выполнены, например, для стандартных последовательностей формирования сигнала спинового эха, таких как спиновый изгиб. Примеры спинового изгиба описаны в работе Edelstein, W. A., Hutchison, J. М. S., Johnson, G. & Redpath, T., «Spin warp NMR imaging and applications to human whole-body imaging», Physics in Medicine and Biology 25, 751 (1980)].
Чтобы предоставить информацию о пространственном распределении этих флюидов, можно использовать одномерные пространственно разрешенные распределения Т2 для обеспечения дифференциации флюидов во время заливания жидкостью керна. Для обеспечения требуемого разделения в случае, когда контраст T2 между флюидами является незначительным, могут быть выполнены многомерные измерения уменьшения напряжения, такие как D-T2 и T1-T2. Они могут обеспечить массовые измерения. Дополнительная информация о распределении углеводородов и флюидов на водной основе, превышающих относительные объемы, может быть получена так, как описано далее в настоящем документе.
Пространственное распределение фаз в отдельном цилиндре керна можно определить путем использования химических добавок в закачанном флюиде на водной основе, чтобы обеспечить контрастное различие уменьшения напряжения. В качестве примера можно использовать такие химические добавки, содержащие такие элементы, как Cu2+, Mn2+ или Gd3+. Эти вещества могут использоваться для сокращения времени уменьшения напряжения флюида на водной основе и обеспечения дифференциации между различными флюидами, такими как флюид на водной основе и углеводороды.
В другом примере, в системах, которые имеют различные значения T1, обнуление T1 может быть использовано для подавления сигнала от одной из сред T1, присутствующих в пробе. Временной интервал импульсов возбуждения радиочастоты может быть установлен таким образом, что намагниченность и результирующий МРI-сигнал из одной среды Т1 являлся подавляемым сигналом. Проба керна может быть насыщена несколькими жидкими фазами посредством флюида пробы, такого как флюид, имеющий один четко определенный Т1.
В еще одном примере химическая избирательность измерений ЯМР может быть использована для дифференциации пластовых флюидов. ЯМР-отклик заданного вида зависит от гиромагнитного отношения этого спина, количества, которое уникально для каждого активного ЯМР-вида элемента. В первом случае может быть использован D2O вместо H2O в закачанном насыщенном минеральном растворе во избежание участия флюида на водной основе в формировании изображения. В другом случае формирование изображения может быть выполнено на основе водорода (или другого ЯМР-активного ядра, такого как натрий, 23Na или углерод 13C), присутствующего в пластовом флюиде.
Примеры формирования контрастных изображений представлены в работе Mitchell, J., Chandrasekera, T.C., Holland, D.J., Gladden, L.F. и Fordham, E.J., Magnetic resonance imaging in petrophysical core analysis, Physics Reports, 526, pp. 165-225 (2013). Для оценки могут быть использованы другие существующие методы, такие как описанные в патентах США № 9133709, 8499856, 6220371 и 4769602.
Химически избирательное формирование изображений
Оценки также могут быть выполнены с использованием методов химически избирательного формирования изображений для генерирования независимых изображений флюидов, таких как углеводород и флюид на водной основе (насыщенный минеральный раствор), внутри пласта с использованием устройства формирования изображения (например, устройство формирования изображения 122d и 222 по фиг. 1A и 2, соответственно). В методе химически избирательного формирования изображений используется разница в химическом сдвиге в спектре ЯМР для дифференциации флюидов в пробе керна.
Химически избирательное формирование изображений включает в себя: 1) создание контрастных различий в изображениях углеводородов и изображениях флюидов на водной основе (насыщенный минеральный раствор) на основании различий в химическом сдвиге в спектре ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и 2) получение одномерных, двухмерных или трехмерных изображений на шкале времени, которая уменьшает размытость элементов отображения между последовательными изображениями нефти-воды во время дренажных экспериментов и экспериментов пропитывания погружением при типичных скоростях потока в пластовом резервуаре (например, в случае, когда vi = 1 фут/день-1 (0,304 м/день-1)). Для достижения этой цели последовательности импульсов МРI (например, быстрое получение с усилением уменьшения напряжения (RARE)) могут использоваться в сочетании со сжатым зондированием (CS).
На фиг. 3A и 3B представлены блок-схемы, иллюстрирующие химически избирательные способы 300a,b формирования изображения, которые могут быть выполнены с использованием устройств 122d и 222 формирования изображения, соответственно, по фиг. 1A и/или 2 для изображения флюидов в пробе керна. Способ 300a на фиг. 3A включает в себя фазу 336a измерения, фазу 336b выбора сигнала, фазу 336c получения изображения и фазу 336d отображения изображения. Способ 300a может быть выполнен для одного или более флюидов в пробе керна. Как показано пунктирными и плавными стрелками 337a,b, часть способа или весь способ 300a может быть выборочно повторен(а) для одного или более флюидов (например, 337a – флюид на водной основе, 337b – углеводород) в пробе керна.
Фаза 336а измерения включает в себя сбор результатов измерений, таких как график 229 на фиг. 2, сгенерированный блоком 216 формирования изображения. График 229, как показано, графически отображает интенсивность сигнала (единица поглощения) (ось y) в зависимости от частоты (Гц) (ось x), генерируемого устройством 222 формирования изображения. Полученная в результате этого линия содержит пики 340a,b, которые соответствуют составу флюида. В показанном примере пики 340а,b соответствуют флюиду на водной основе (W) и углеводороду (D-додекану) с пиками при 0 Гц и при 300 Гц, соответственно.
Фаза 336b выбора сигнала включает в себя избирательное возбуждение намагниченности либо от водной, либо от углеводородной фазы. Выбор может быть сделан для указания того, какой флюид должен быть отображен. Например, при выполнении способа 300a для флюида на водной основе согласно линии 337a может быть выбран пик 340a воды с использованием модуля 342a. В другом примере при осуществлении способа 300a для углеводородов согласно линии 337b может быть выбран пик 340b углеводорода с использованием модуля 342b.
Фаза 336c получения изображений включает в себя получение необработанных данных 344 каонного пространства, соответствующих распределению флюида по всей пробе керна с использованием последовательностей MRI-импульсов. Образец 344 пробы представляет собой график kp1 m-1 (ось y) в зависимости от kp2 m-1 (ось x), который указывает точки данных, которые должны быть измерены во время получения изображения. Точки данных на графике 344 указывают местоположения точек, которые должны быть получены. Интенсивность светлых областей указывает на то, где данные отбираются; а темные области указывают на отсутствие выборки данных. Эти данные могут быть получены с использованием быстрого сбора данных и воссозданы с использованием сжатого зондирования для генерирования изображений, как описано далее в настоящем документе.
Фаза 336d отображения изображения включает в себя генерирование изображения 346 пластового флюида внутри пробы керна. В зависимости от доступного времени изображение 346 может быть получено с использованием стандартного метода формирования изображения или с использованием изображения, сгенерированного быстрым получением с воссозданием сжатого зондирования полученных данных. Хотя показано трехмерное изображение 346, изображение может быть одномерным или двухмерным изображением. Можно отобразить одно или более изображений одного или более флюидов, как описано далее в настоящем документе. При формировании изображений фаза 336c получения изображения может дополнительно выполняться под разными углами.
Как показано на фиг. 3В, способ 300b может включать в себя последовательность импульсов 400. Способ 300b включает в себя ту же самую фазу 336a измерений, комбинированную выборку сигнала и фазу 336b,c получения изображения, а также фазу 336d отображения изображения. Часть способа 300b повторяется, как показано стрелками 337a,b для различных флюидов.
Поскольку последовательность 400 импульсов может выборочно захватывать данные для определенных флюидов, последовательность импульсов 400 может использоваться для определения того, для каких флюидов формируются изображения. Способ 300b может быть повторен на разных частотах импульсов для возбуждения выбранного флюида, такого как вода 346а и углеводород 346b, как показано на фигуре.
На фиг. 4А-4С представлены графики, изображающие различные последовательности 400а,b,с импульсов, которые могут использоваться во время фазы 336с получения изображения для получения необработанных данных распределения углеводорода и водной фазы по фиг. 3. На фиг. 4А проиллюстрирована одномерная последовательность. На фиг. 4В проиллюстрирована двухмерная последовательность. На фиг. 4С проиллюстрирована трехмерная последовательность.
Каждая из последовательностей 400a-c импульсов включает в себя радиочастотные импульсы (rf) от радиочастотных катушек и один или более применяемых градиентов магнитного поля (GR, GP/GP1, GS/GP2) (например, 230b,c по фиг. 2). Последовательности импульсов могут применяться для избирательного возбуждения определенного химического вещества (например, нефти или насыщенного минерального раствора), присутствующего в пробе. Магнитные поля содержат считываемый градиент (GR) и фазовые градиенты (GP/GP1, GS/GP2), которые применяются в течение некоторого периода времени для обеспечения пространственного кодирования ядерных спинов.
Каждая из последовательностей импульсов также содержит участок 449а, который представляет собой химически избирательное предварительное обуславливание и участки 449b, представляющие собой участок возбуждения импульсов. Последовательности 400a-c импульсов выполняются в различных формах и в различной степени, чтобы генерировать различные перспективные изображения пробы, которая отображается. Каждая из последовательностей импульсов содержит: PSEL – импульс избирательного возбуждения, PEX – импульс неизбирательного возбуждения, PREF – импульс перефокусировки. Например, для последовательности импульсов, используемой при быстром получении, радиочастотные импульсы перефокусировки на 180° могут повторяться NRF раз для отбора множественной линии каонного пространства из одного возбуждения системы.
Как показано на фиг. 4A–4C, каждая последовательность импульсов имеет разные формы. Радиочастотные импульсы создают спиновые эхо-сигналы 450, которые создаются поляризованными атомами H. Для обеспечения пространственного кодирования спинов могут использоваться различные фазовые градиенты (GP/GP1, GS/GP2).
Как показано в одномерном варианте на фиг. 4А, последовательность 400a импульсов содержит радиочастотный импульс для возбуждения и считываемый градиент (GR), чтобы обеспечить предоставление пространственно-разрешенной информации только в направлении считываемого градиента. Радиочастотное поле может быть добавлено к магнитному полю в импульсах с длительностью в микросекундах. Форма импульсов на радиочастотной линии (r.f.) содержит прямоугольные импульсы с широким диапазоном частот, которые влияют на все импульсы. Считываемый градиент GR повторяется только один раз для создания одномерного изображения.
На фиг. 4В проиллюстрирована двухмерная версия последовательности 400b импульсов, включающая радиочастотный импульс и импульс GR, с дополнительными импульсами GP и GS. Форма импульсов на радиочастотной линии r.f. является гауссовой формой линии, чтобы влиять только на отдельные участки пробы. В этой версии также показаны итерации S1, S2 градиента вдоль линии GP градиента.
Эти итерации градиента показывают, что GP повторяется для генерирования двухмерного изображения. Градиент фазы (GP) повторяется NRF раз для итераций S1, S2. Импульс перефокусировки 180° может повторяться NRF раз. Информация может быть получена по мере необходимости путем изменения интенсивности различных градиентов. Каждый раз, когда считываемый градиент (GR) и градиент среза (GS) совпадают, амплитуда градиента фазы (GP) может быть изменена, а затем итерирована через различные значения градиентов (S1 и S2) для генерирования двухмерного изображения.
На фиг. 4С проиллюстрирована трехмерная версия последовательности 400c импульсов, содержащая радиочастотные импульсы и считываемый градиент GR, с дополнительными градиентами первого и второго фазового кодирования, GP1 и GP2. В этой версии каждый импульс GP1 и GP2 содержит итерации градиента S1, S2, указывающие, что эти импульсы повторяются NRF раз, чтобы генерировать требуемое трехмерное изображение. Для трехмерных изображений все комбинации GP1 и GP2 могут быть итерированы с одним и тем же считываемым градиентом.
Последовательности 400a,b,c импульсов изображают приведенные в качестве примера химически избирательные последовательности импульсов RARE. Последовательности 400a-c импульсов содержат частоты каонного пространства, закодированные в направлении считывания (kR), и фазу, закодированную в kP1 и kP2, как показано на изображении 344 на фиг. 3A. При применении считываемого градиента (GR) и фазовых градиентов (GP/GP1, GS/GP2) генерируются точки графика 344. Для трехмерной последовательности импульсов (фиг. 4С) амплитуда градиентов фазового кодирования GP1 и GP2 определяет, какие точки данных отбираются на графике 344. Фаза 336d отображения изображения использует сжатое зондирование для воссоздания изображения флюида из изображения керна. Длительность и амплитуда градиентов могут варьироваться для управления полученной пространственно разрешенной информацией. Путем их изменения поле, представленное в виде, а также область изображения и разрешение могут быть отрегулированы так, чтобы обеспечить требуемый уровень фокусировки относительно пробы.
Методы получения данных методом МРI могут использоваться для выборочных данных, чтобы сократить время сбора данных, а сжатое зондирование может использоваться для воссоздания полного изображения на основании выборочных данных. Методы получения изображения могут включать, например, ускоренное получение с усилением уменьшения напряжения (RARE), планарную визуализацию с использованием эхо-сигнала (EPI), спиновый изгиб и/или другие методы получения данных), а временное разрешение может быть дополнительно улучшено за счет использования субдискретизации и воссозданий сжатого зондирования. Примеры RARE описаны в работе Hennig, J., Nauerth, A. & Friedburg, H, RARE imaging: a fast imaging method for clinical MR. Magnetic resonance in medicine: official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine/Society of Magnetic Resonance in Medicine 3, 823–833 (1986); примеры EPI описаны в работе Mansfield, P. Multi-planar image formation using NMR spin echoes, Journal of Physics C: Solid State Physics 10, L55–L58 (1977); и примеры спинового изгиба описаны в работе Edelstein, W. A., Hutchison, J. М. S., Johnson, G. & Redpath, T., Spin warp NMR imaging and applications to human whole-body imaging, Physics in Medicine and Biology 25, 751 (1980).
Сжатое зондирование в МРI основано, например, на следующих требованиях: 1) искажения в результате смешивания эффектов (например, данные пробы) в линейном воссоздании должны быть некогерентными и шумоподобными; 2) требуемое изображение имеет разреженность преобразования Фурье; и 3) изображение воссоздается с использованием нелинейного алгоритма, который обеспечивает разреженность и согласованность с полученными данными каонного пространства.
Предполагают, что воссозданное изображение задается x, которое связано с полученными измерениями каонного пространства с помощью следующего уравнения (1):
 , |
(1) |
где S представляет собой образец субдискретизации, F представляет собой преобразование Фурье, которое отображает изображение на каонном пространстве, v представляет собой нормально распределенный шум (стандартное отклонение σ и нулевое среднее значение), а y представляет собой вектор, который содержит полученные измерения каонного пространства.
Из-за субдискретизации и наличия шума уравнение 1 может быть некорректно поставленной задачей и, следовательно, способы воссоздания линейного изображения, такие как обратное преобразование Фурье, которое может быть использовано для воссоздания изображения полностью дискретизированного набора данных каонного пространства, могут привести к формированию изображения, содержащего искажения в результате смешивания эффектов из-за нарушения критерия Найквиста. Поэтому приближенное к х решение можно искать с помощью подхода вариационной регуляризации, уравновешивающего модель (уравнение 1) и предварительных предположений x в единицах функционала регуляризации J, заданного уравнением:
 ,при условии, что  . |
(2) |
Роль ограничения в форме неравенства обеспечивает согласованность с полученными данными каонного пространства, а член регуляризации J включает предварительную информацию о воссоздании xσ, который может потребоваться для противодействия любой некорректности задачи.
В случае воссоздания CS предыдущая информация заключается в том, что изображение может быть представлено в малозаполненном виде или в соответствующей области преобразования. Выбор функционала регуляризации (J), который используется для отображения изображения в области преобразования, может зависеть от характера воссоздаваемого изображения. Например, неплавный регуляризатор, такой как полная вариация (TV), может быть более подходящим для изображения с резкими краями, а плавный регуляризатор, такой как вейвлет-преобразование Добеши, хорошо подходит для изображений, в которых пиксельные интенсивности изменяются более плавно. В настоящем исследовании TV использовалась в качестве функционалов регуляризации J(x), как будет обсуждаться далее.
Полная вариация забраковывает 1-норменную из 2-норменной конечной различной аппроксимации градиента (
 . |
(3) |
В этом случае были установлены граничные условия Неймана для воссоздания CS. Могут использоваться другие функции регуляризации, такие как вейвлет-преобразования.
Как правило, схема регуляризации Тихонова для аппроксимации x записывается так, как показано ниже:
|
(4) |
и параметр регуляризации α (всегда положительный) взвешивает влияние членов достоверности регуляризации в уравнении 4. В настоящем исследовании была выполнена модификация уравнения 5 для включения итераций Брегмана, как описано в уравнениях (5a), (5b):
 , |
(5а) |
 . |
(5b) |
С помощью метода Брегмана ряд задач каонного пространства (уравнение 5a) решается с остатком, добавленным к данным каонного пространства, y, после каждой итерации (уравнение 5b). См., например, М. Benning, L.F. Gladden, D.J. Holland, C.-B. Schonlieb, T. Valkonen, Phase reconstruction from velocity-encoded MRI measurements – a survey of sparsity-promoting variational approaches, Journal of Magnetic Resonance. 238 (2014) 26–43.
Сжатое зондирование может использоваться в комбинации с последовательностями MRI импульсов, например CS-RARE, в которых каонное пространство подлежит выборке. Ппримеры сжатого зондирования (CS) описаны в работе Lustig, M., Donoho, D. L., Santos, J. М. & Pauly, J. M, Compressed Sensing MRI. IEEE Signal Processing Magazine 25, 72–82 (2008); и Lustig, M., Donoho, D. & Pauly, J. M., Sparse MRI: The application of compressed sensing for rapid MR imaging. Magnetic resonance in medicine: official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine/Society of Magnetic Resonance in Medicine 58, 1182–95 (2007).
Методы получения изображений и сжатого зондирования могут использоваться в сочетании с формированием изображений подповерхностных материалов. Примеры формирования изображений подповерхностных материалов включают работы Chang, C.T., Edwards, C.M., 1993, Proton MR Two-Component Chemical Shift Imaging of Fluids in Porous Media, The Log Analyst, 34, pp. 20-28; Dereppe, J.M., Moreaux, C., Chemical Shift Imaging of Fluid Filled Porous Rocks, Magnetic Resonance Imaging, 9, pp. 809-813 (1991); Dereppe, J.M., Moreaux, C., 2D Spin-Echo and 3D Chemical-Shift-Imaging Techniques for Analysis of Oil-Water Replacement in Limestone. Journal of Magnetic Resonance, 91, pp. 596-603 (1991); Maudsley, A.A., Hila,l, S.K., Perman, W.H., Simon, H.E., Spatially Resolved High Resolution Spectroscopy by “Four-Dimensional” NMR. Journal of Magnetic Resonance, 51, pp. 147-152 (1983); и Dechter, James J., Komoroski, Richard A., Ramaprasad, S., Use of Presaturation for Chemical-Shift Selective Imaging of Individual Fluids in Sandstone and Carbonate Cores, Journal of Magnetic Resonance, 93, с. 142-150 (1991).
Для облегчения получения данных могут использоваться секция 449а химически избирательного предварительного обуславливания и секция 449b последовательности импульсов RARE-изображений. Благодаря использованию химически избирательных радиочастотных импульсов (r.f.) и одинаково сдвинутых градиентов сигнал от различных флюидов (например, углеводорода и флюида на водной основе) может быть эффективно подавлен до секции формирования изображения последовательности импульсов.
На фиг. 4B и 4C проиллюстрированы RARE последовательности импульсов для двухмерных и трехмерных получений данных, соответственно. Для двухмерных вариантов применения может выполняться субдискретизация каонного пространства в направлении фазового кодирования (P1), тогда как для последнего может быть выполнена субдискретизация каонного пространства в обоих направлениях фазового кодирования (P1 и P2). В обоих случаях каонное пространство полностью подлежит выборке в направлении считывания (R). Субдискретные данные каонного пространства воссоздаются с использованием сжатого зондирования.
В примере двумерной последовательности импульсов химически избирательная секция 449b на фиг. 4В включает в себя гауссовский радиочастотный импульс (r.f.), используемый для избирательного возбуждения одной из фаз с последующими одинаково сдвинутыми градиентами (GR, GP, GS) для устранения намагниченности. Для демонстрации химически избирательного формирования изображения были получены двухмерные изображения срезов. Первое изображение может включать в себя опорное изображение флюида на водной основе и углеводорода, без химически избирательного предварительного обусловливания. Второе изображение может включать в себя флюид на водной основе и углеводород независимо. В таблице 1 представлены экспериментальные параметры, используемые для генерирования двухмерных изображений:
Таблица 1. Двухмерное
| Опорное изображение | Химически избирательные изображения | ||
| Флюид на водной основе и додекан | Флюид на водной основе | Додекан | |
| Поле обзора (y) / мм | 80 | 80 | 80 |
| Поле обзора (x) / мм | 50 | 50 | 50 |
| Толщина среза (z) / мм | 2 | 2 | 2 |
| Разрешение в плоскости (y) / мм пиксель-1 | 0,39 | 0,39 | 0,39 |
| Разрешение в плоскости (x) / мм пиксель-1 | 0,31 | 0,31 | 0,31 |
| Длительность импульса возбуждения, PEX /µс | 512 | 512 | 512 |
| Длительность импульса перефокусировки, PREF /µс | 512 | 512 | 512 |
| Мощность импульса возбуждения, PLEX / дБ | 27 | 27 | 27 |
| Мощность импульса перефокусировки, PLREF / дБ | 21 | 21 | 21 |
| Длительность избирательного импульса возбуждения, PSEL /µс | - | 8192 | 8192 |
| Ширина полосы избирательного возбуждения, BWSEL / Гц | - | 530 | 530 |
| Мощность избирательного импульса возбуждения, PLSEL / дБ | - | 44 | 44 |
| Смещение избирательного импульса возбуждения, OSEL / Гц | - | -350 | 0 |
Таблица 1 показывает, что путем подавления сигнала от углеводородов обнаруживается только флюид на водной основе. И наоборот, путем подавления сигнала от флюида на водной основе обнаруживаются только углеводороды.
Количество импульсов перефокусировки на 180°, применяемых для каждого получения, может определяться коэффициентом RARE (NRF), а общее количество радиочастотных возбуждений (NEX), необходимое для выборки каонного пространства, определяется общим количеством точек в направлениях двухфазного кодирования, NP1,2, деленных на NRF. Изображения могут быть сгенерированы с использованием быстрого управления последовательностью с использованием быстрых формирований изображений последовательностей, таких как RARE, EPI и т.д., а временное разрешение может быть дополнительно улучшено за счет использования субдискретизации и последующего использования сжатого зондирования для воссозданий изображений. Временное разрешение стандартных последовательностей формирования изображений также может быть усилено за счет использования сжатого зондирования, такого как CS-RARE. И RARE, и EPI могут использовать несколько линий каонного пространства, полученных от отдельного возбуждения. Практический предел количества линий данных, которые могут быть получены от каждого возбуждения и, соответственно, ускорения времени получения, могут определяться временными отрезками уменьшения напряжения исследуемой пробы. Ожидается, что временные отрезки поперечного уменьшения напряжения для проб керна горной породы, заполненных флюидом, которые являются предметом настоящего изобретения, находятся в диапазоне от десятков до сотен миллисекунд. Принимая во внимание RARE-получение насыщенного водой керна горной породы, где T2 = 150 мс, время эхо-сигнала TE = 4 мс, может быть разумным предположить, что из каждого возбуждения можно получить 64 линии каонного пространства.
Путем использования сжатого зондирования (CS) сигнал с разреженным представлением, таким как изображение, может быть воссоздан из ряда измерений, выбранных ниже по критерию Найквиста. Таким образом, применение CS в случаях сверхбыстрых получений MRI при выборке каонного пространства может привести к дальнейшему сокращению временных отрезков получения изображений, что позволит изучить динамические процессы, такие как заливание жидкостью керна в лабораторных условиях, когда временное разрешение еще больше.
В трехмерном примере, показанном на фиг. 4C, могут быть предусмотрены различные конфигурации импульсов, например, когда требуется получить информацию о распределении флюида внутри керна горной породы. Ниже приведено сравнение методов спинового изгиба, методов RARE и CS-RARE, применяемых к протоколу MRI для контроля за распределением флюида в лабораторном эксперименте по заливанию жидкостью керна:
Таблица 2. Трехмерное изображение
| 1) Спиновый изгиб | 2) RARE | 3) CS-RARE | |
| Пиксели в направлении считывания, NR / - | 256 | 256 | 256 |
| Пиксели в направлении первого фазового кодирования, NP1 / - | 128 | 128 | 128 |
| Пиксели в направлении второго фазового кодирования, NP2 / - | 128 | 128 | 128 |
| Количество линий каонного пространства, отбираемых для каждого возбуждения, NEX / - | 1 | 64 | 64 |
| Циклическая задержка, TR / с | 1,6 | 1,6 | 1,6 |
| Количество сканирований, NS / - | 8 | 8 | 8 |
| Доля выборки каонного пространства, SF / % | 100 | 100 | 25 |
Общее время получения изображения (TACQ) может быть рассчитано с помощью уравнения 6:
|
(6) |
Путем использования уравнения 6 в таблице 3 показано общее время получения для каждого из методов по таблице 2:
Таблица 3
| 1) Спиновый изгиб | 2) RARE | 3) CS-RARE | |
| Время получения, TACQ / мин | 3495 | 55 | 14 |
Общее время получения данных может быть минимизировано с использованием CS-RARE. С этой целью количество жидкости, закачанной в течение трех временных отрезков получения, может быть рассчитано для случая теоретического заливания жидкостью керна, как показано в таблице 3. Соответствующие свойства проб и условия эксперимента приведены в таблице 4:
Таблица 4
| Диаметр керна, D / мм | 38 |
| Длина керна, л / мм | 76 |
| Объем керна, V / мл | 87 |
| Пористость породы, φ/ % | 23 |
| Объем пористых каналов, P.V. / мл | 20 |
| Скорость движения флюида в пласте, vi / фут/день-1 | 1 |
| Расход вводимого вещества, Q / мл/мин-1 | 0,06 |
Общее количество объемов пористых каналов (N.P.V) флюида, закачанного в ходе получения изображения для каждого из трех рассмотренных случаев, может быть рассчитано с помощью уравнения 7 и суммировано в таблице 5.
|
(7) |
Общее количество объемов пористых каналов (N.P.V) флюида, закачанного в ходе получения изображений для каждого из трех рассмотренных случаев, рассчитывается с помощью уравнения 8 и суммируется в таблице 5:
Таблица 5
| 1) Спиновый изгиб | 2) RARE | 3) CS-RARE | |
| Количество закачанное в P.V., N.P.V / мл | 10,50 | 0,16 | 0,04 |
В таблице 5 показано, что значительное сокращение объема пробы может быть достигнуто с помощью быстрого формирования изображения со сжатым зондированием, такого как CS-RARE, и что такие изображения могут быть более характерными для насыщения флюида в определенные моменты времени при заливании жидкостью керна.
На фиг. 5A–5C более подробно проиллюстрировано трехмерное изображение 346. Эти изображения могут использоваться для отдельного отображения каждого из флюидов, размещенных в поровых каналах пласта. Как показано на этих фигурах, химически избирательный способ трехмерного MRI CS-RARE реализуется для независимого изображения углеводородов и флюида на водной основе в пробе керна с использованием устройства 222 формирования изображения по фиг. 2 в проводимом в лабораторных условиях эксперименте по заливанию жидкостью керна в типичных условиях пластового резервуара. Трехмерная последовательность импульсов, показанная на фиг. 4С, используется для генерирования MRI-измерений в соответствии с графиком 344 по фиг. 3А. Белые пиксели 344 определяют значения GP1, GP2, которые в свою очередь определяют, какие точки данных должны быть получены. Затем данные обрабатываются с помощью сжатого зондирования для генерирования изображений по фиг. 5А-5С. На фиг. 5С проиллюстрированы комбинированные изображения флюида, генерируемые по этому методу.
Первоначальный керн горной породы разрезали на две части, причем одна половина была насыщена во флюиде на водной основе, а другая половина - в углеводороде в условиях окружающей среды. На фиг. 5А проиллюстрировано трехмерное изображение 346а флюида водной фазы в пробе керна, сгенерированное во время применения способа 300, повторяющегося вдоль линии 337b для углеводородной фазы. На фиг. 5В проиллюстрирована первая половина трехмерного изображения 346b флюида углеводородной фазы в пробе керна, полученной во время применения способа 300a, повторяющегося вдоль линии 337b для углеводородной фазы. На фиг. 5С проиллюстрирована вторая половина пробы керна водной и углеводородной фаз 346 a,b на одном и том же участке/графике.
В примере, проиллюстрированном на фиг. 5A-5C, производится химически избирательное трехмерное получение CS-RARE для избирательного формирования изображений a) додекана и b) флюида на водной основе, впитываемого в цилиндр керна из известняка. Время получения для а) и b) составляет 14 минут на изображение. Оба изображения были объединены для обеспечения общего изображения флюида на водной основе и углеводорода.
В таблице 6 ниже приведены экспериментальные параметры пробы керна, используемого при формировании изображений по фиг. 5A-5C:
Таблица 6
| Химически избирательные изображения | ||
| Флюид на водной основе (фиг. 5А) | Углеводород (фиг. 5В) |
|
| Поле обзора (z) / мм | 80 | 80 |
| Поле обзора (x) / мм | 50 | 50 |
| Толщина среза (y) / мм | 50 | 50 |
| Разрешение в плоскости (z) / мм пиксель-1 | 0,39 | 0,39 |
| Разрешение в плоскости (x) / мм пиксель-1 | 0,31 | 0,31 |
| Разрешение в плоскости (y) / мм пиксель-1 | 0,31 | 0,31 |
| Длительность импульса возбуждения, PEX /µc | 512 | 512 |
| Длительности импульса перефокусировки, PREF /µс | 512 | 512 |
| Мощность импульса возбуждения, PLEX / дБ | 27 | 27 |
| Мощность импульса перефокусировки, PLREF / дБ | 21 | 21 |
| Длительность избирательного импульса возбуждения, PSEL/µс | 4096 | 4096 |
| Ширина избирательной полосы частот возбуждения, BWSEL/Гц | 560 | 560 |
| Мощность избирательного импульса возбуждения, PLSEL /дБ | 40,6 | 40,6 |
| Смещение избирательного импульса возбуждения, OSEL / Гц | -425 | 5 |
В таблице 7 ниже показаны свойства горных пород пробы керна, используемого для генерирования изображений по фиг. 5A-5C:
Таблица 7
| Флюид на водной основе | Углеводород | |
| Тип породы | Известняк Estaillades | Известняк Estaillades |
| Диаметр керна, D / мм | 38 | 38 |
| Длина керна, л / мм | ~35 | ~35 |
| Объем керна, V / мл | 40 | 40 |
| Впитанный объем / мл | 9,7 | 10,6 |
Изображения, сгенерированные с использованием химически избирательного способа 300a,b формирования изображений по фиг. 3А,3В можно сравнить со способами формирования изображений уменьшения напряжения для проверки. Может быть выполнен один или более способов формирования изображений. Например, химически избирательный способ формирования изображений может быть использован в тех случаях, когда нежелательно использовать D2O, любую ионную добавку или другую жидкость, которая может отрицательно повлиять на состояние пробы горной породы, в случаях, когда могут присутствовать сигналы низкой частоты (например, из-за низкой распространенности в природе или низкого гиромагнитного отношения), в тех случаях, когда некоторые радиочастотные зонды могут быть предпочтительными, чтобы избежать длительных периодов получения данных от стандартных одиночных последовательностей эхо-изображений и т.д. Другие варианты, которые могут повлиять на выбор формирования изображений, могут включать подавление сигнала от видов элементов, которые имеют разные значения Т1 посредством обнуления T1 и стандартных последовательностей формирования изображения с помощью эхо-сигнала, в которых может быть получена одна линия двухмерного каонного пространства для каждого начального радиочастотного возбуждения.
Могут быть выполнены изменения способом 300a,b. Например, способ может быть осуществлен на других активных ядрах ЯМР, таких как водород, натрий и т.д. Его можно использовать вместо отбора углеводородов или насыщенного минерального раствора на основании разделения за счет химического сдвига. Для проверки результатов можно сравнить различные последовательности импульсов, измерения, изображения и/или другие данные. Например, результаты формирования изображений уменьшения напряжения можно сравнить с результатами химически избирательного формирования изображений.
Изображения могут использоваться в сочетании с измерениями, измеренными датчиком S, таким как анализатор флюида, так что можно определить распределение углеводорода и флюидов насыщающих растворов в пористых каналах. Анализ выходящего из пласта потока флюида также может быть выполнен с использованием измерений, полученных оптическим анализатором флюидов. Оценка пласта может быть использована для планирования операций на месторождении, таких как проектирование увеличенной добычи нефти (EOR) (например, путем закачивания) для облегчения добычи.
На фиг. 6 показана блок-схема, изображающая приведенный в качестве примера способ 600 выполнения операций по добыче углеводородов. Способ 600 может быть выполнен, например, с помощью устройство формирования изображения 122d, 222 по фиг. 1А и/или 2. Способ включает в себя блок 654 -– позиционирование пробы керна из пласта в устройстве формирования изображения (см., например, фиг. 1А и 2). Способ также включает в себя блок 655 – формирование изображений пробы керна путем направления магнитного поля через проходной канал в магнитном направлении вдоль продольной оси проходного канала, избирательное направление поля градиента через проходной канал, направление радиочастотного поля через пробу в проходном канале в направлении, перпендикулярном продольной оси проходного канала, и избирательную подачу частот импульсов радиочастотного поля (фиг. 2).
Способ также включает в себя блок 656 – избирательное получение измерений ядерного магнитного резонанса флюида в пробе керна путем избирательной подачи частот импульсов радиочастотного поля в пробу керна и применения градиента магнитного поля к пробе керна в соответствии с заранее определенным графиком выборки каонного пространства. Избирательное получение может включать в себя быстрое получение, например RARE. Способ может также включать блок 657 – генерирование изображения пластового флюида в пробе керна путем выполнения сжатого зондирования при полученных измерениях ядерного магнитного резонанса.
Избирательное получение 656 и/или генерирование 657 может быть выполнено путем получения спектрального изображения флюида на основании формирования изображения, выбора фазы для химически избирательного формирования изображения, получения изображения путем выбора точек выборки из графика, генерируемого из избирательной подачи импульсов, и выполнения воссоздания пластового флюида внутри пробы керна с использованием сжатого зондирования выбранных точек выборки. Способ может также включать в себя блок 658 – выполнение химически избирательного формирования изображений для выделения флюидов, таких как углеводород, из изображения флюида и блок 660 – проверку достоверности изображения путем генерирования опорных изображений с использованием формирования контрастных изображений и сравнения сгенерированных изображений с опорными изображениями, а также выполнение операции на месторождении (например, EOR) на основании проверенного на достоверность изображения.
Способ может быть выполнен в любом порядке и при необходимости повторен. Можно выполнить часть способа или весь способ. Могут также выполняться другие дополнительные этапы, например, также может включаться блок 656 – вращение пробы и повторение формирования изображений под разными углами (фиг. 2).
Хотя варианты реализации изобретения описаны со ссылкой на различные варианты реализации и эксплуатации, следует понимать, что эти варианты реализации изобретения являются иллюстративными и что объект настоящего изобретения не ограничивается ими. Возможны многие варианты, модификации, дополнения и улучшения. Например, одно или более изображений могут быть выполнены с использованием одного или более из приведенных в настоящем документе методов. Могут быть использованы различные комбинации предложенных в настоящем документе методов.
Множественные случаи могут быть предоставлены для компонентов, операций или конструкций, описанных в настоящем документе как один случай. В общем, конструкции и функциональные возможности, представленные в виде отдельных компонентов в приведенных в качестве примера конфигурациях, могут быть реализованы как объединенная конструкция или компонент. Аналогичным образом, конструкции и функциональные возможности, представленные как один компонент, могут быть реализованы как отдельные компоненты. Эти и другие варианты, модификации, дополнения и улучшения могут подпадать под объем предмета изобретения.
Настоящее раскрытие изобретения может быть модифицировано и реализовано различными, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, извлекающими преимущества в соответствии с принципами настоящего изобретения. Кроме того, никакие ограничения не предназначены для деталей конструкции или конструкции, показанных в настоящем документе. Хотя системы и способы описаны в таких терминах, как «содержащие», «включающие в себя» или «включающие» различные компоненты или этапы, способы также могут «состоять, по существу, из» или «состоять из» различных компонентов и этапов. Всякий раз, когда раскрывается числовой диапазон с нижним пороговым значением и верхним пороговым значением, конкретно раскрывается и любое число и любой включенный диапазон, попадающие в данный диапазон. В частности, каждый диапазон значений (формы «от a до b» или, эквивалентно, «от a-b»), раскрытый в данном документе, следует понимать так, чтобы задавать каждое число и диапазон, охватываемые более широким диапазоном значений. Каждый раз, когда раскрывается числовой диапазон, имеющий только определенное нижнее пороговое значение, раскрывается только конкретное верхнее пороговое значение или конкретное верхнее пороговое значение и конкретное нижнее пороговое значение, данный диапазон также включает любое числовое значение «около» указанного нижнего порогового значения и/или указанного верхнего порогового значения.
1. Устройство формирования изображения для формирования изображения флюида в подземном пласте, содержащее:
корпус, имеющий боковую стенку, образующую проходной канал для приема через него пробы керна подземного пласта, причем корпус выполнен с возможностью располагаться в скважинном инструменте, так чтобы устройство формирования изображения могло функционировать, когда скважинный инструмент размещен в стволе скважины, и корпус имеет впускное отверстие для приема флюида из подземного пласта в проходной канал;
постоянный магнит, расположенный в боковой стенке корпуса, ориентированный для направления магнитного поля через проходной канал;
радиочастотную катушку, расположенную в боковой стенке корпуса между постоянным магнитом и проходным каналом, причем радиочастотная катушка ориентирована для направления радиочастотного поля через проходной канал;
градиент магнитного поля, расположенный в боковой стенке корпуса между постоянным магнитом и радиочастотной катушкой для избирательного направления поля градиента через проходной канал; и
блок химически избирательного формирования изображения, выполненный с возможностью создавать независимые изображения углеводородов и флюидов на водной основе в пробе керна и функционально связанный с радиочастотной катушкой для избирательной подачи импульсов частот, используя импульсную последовательность быстрого получения с улучшением релаксации (RARE) в сочетании со сжатым зондированием, посредством чего генерируются отдельные измерения флюида пробы керна и на основе различий химического сдвига в спектре ядерного магнитного резонанса (ЯМР) генерируются контрастные изображения указанных углеводородов и флюидов на водной основе.
2. Устройство формирования изображения по п. 1, отличающееся тем, что радиочастотная катушка распределена радиально вокруг проходного канала и ориентирована для направления радиочастотного поля в направлении, перпендикулярном продольной оси проходного канала.
3. Устройство формирования изображения по п. 1 или 2, отличающееся тем, что указанные импульсы частот получены при использовании одномерной, или двухмерной, или трехмерной импульсной последовательности.
4. Устройство формирования изображения по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что проходной канал имеет выходное отверстие для пропускания пробы керна и пластового флюида из проходного канала.
5. Устройство формирования изображения по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащее входное отверстие проходного канала, расположенное в корпусе, размещенном для приема пробы керна в проходной канал.
6. Устройство формирования изображения по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащее блок формирования изображения, функционально соединенный с устройством формирования изображения, причем блок формирования изображения выполнен с возможностью отображения изображения флюида в пробе керна.
7. Способ формирования изображения флюида подземного пласта, включающий:
позиционирование пробы керна подземного пласта в проходном канале устройства формирования изображения в скважинном инструменте;
заливание жидкостью пробы керна путем пропускания флюида из пласта в проходной канал;
формирование изображения залитой жидкостью пробы керна путем:
направления магнитного поля через проходной канал в направлении вдоль продольной оси проходного канала;
выборочного направления поля градиента через проходной канал;
избирательной подачи импульсов радиочастотного поля через проходной канал в направлении, перпендикулярном продольной оси проходного канала; и
генерирования независимых изображений углеводородов и флюидов на водной основе в пробе керна во время избирательной подачи импульсов, посредством избирательной подачи импульсов частот, используя импульсную последовательность быстрого получения с улучшением релаксации (RARE) в сочетании со сжатым зондированием, в результате чего на основе различий химического сдвига в спектре ядерного магнитного резонанса (ЯМР) генерируют контрастные изображения углеводородов и флюидов на водной основе.
8. Способ по п. 7, дополнительно включающий вращение пробы керна для изменения ориентации пробы керна во время формирования изображения и повторение избирательной подачи импульсов.
9. Способ по п. 7, дополнительно включающий в себя проверку генерируемых изображений путем генерирования опорных изображений пробы керна с использованием изображения релаксации и сравнения опорных изображений со сгенерированными изображениями.
10. Способ формирования изображения флюида подземного пласта, включающий:
позиционирование пробы керна из подземного пласта в заполненном флюидом проходном канале устройства формирования изображения;
направление магнитного поля через проходной канал в направлении вдоль продольной оси проходного канала;
выборочное направление поля градиента через проходной канал;
направление радиочастотного поля через проходной канал в направлении, перпендикулярном продольной оси проходного канала;
избирательное получение измерений ядерного магнитного резонанса флюида в пробе керна путем избирательной подачи частот импульсов радиочастотного поля в пробу керна и применение градиента магнитного поля к пробе керна в соответствии с заранее определенным графиком выборки в k-пространстве; и
генерирование изображений флюида в пробе керна путем выполнения избирательной подачи импульсов частот, используя импульсную последовательность быстрого получения с улучшением релаксации (RARE) в сочетании со сжатым зондированием на полученных измерениях ядерного магнитного резонанса.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что позиционирование включает в себя позиционирование устройства формирования изображения в скважинном инструменте и развертывание скважинного инструмента в стволе скважины.
12. Способ по п. 11, дополнительно включающий последующее позиционирование пробы керна в проходном канале устройства формирования изображения, пропускание флюида из пласта в проходной канал для заполнения проходного канала.
