Экспресс-метод оценки содержания и состава нефтяных битумов прямо в керне с использованием ЯМР-релаксации (ядерный магнитный резонанс) разработали ученые Казанского федерального университета. Новая методика позволяет неинвазивно определить состав нефтяного битума буквально за полчаса, тогда как традиционные способы занимают до месяца и влекут за собой разрушение извлекаемого образца. Соответствующая статья будет опубликована в журнале Journal of Petroleum Science and Engineering.

Как рассказал заведующий кафедрой разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов, ведущий научный сотрудник Научного центра мирового уровня «Рациональное освоение запасов жидких углеводородов планеты» Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета Михаил Варфоломеев, работа была выполнена учеными КФУ совместно с АО «Зарубежнефть» и Сколковским институтом науки и технологий.

«Экспресс-метод оценки содержания и состава нефти прямо в керне важен с точки зрения оценки запасов углеводородов, а также подбора оптимальных технологий для их извлечения. Применяемые сейчас традиционные методики занимают продолжительное время (исследование может длиться несколько недель или даже месяц) и подразумевают экстракцию. Существуют и более быстрые методы, но они разрушают сам образец. Используемый нами метод ЯМР-релаксации позволяет быстро и без нанесения ущерба образцу определить важные параметры прямо в керне. Эта методика очень важна, прежде всего, для нефтедобывающих компаний. Интерес к работе со стороны российской нефтяной индустрии уже есть», – сообщил Варфоломеев.

Как пояснил завкафедрой, анализ битума по новой методике КФУ в совокупности занимает менее часа.

«Само измерение длится несколько минут, далее следует обработка данных, и в течение буквально 30 минут мы получаем цифру, которая традиционными методами вычисляется неделями. Важно, что в нашем методе все автоматизировано, нет человеческого фактора – в итоге результаты получаются более правильными и достоверными», – отметил он.

По словам ученого, в качестве места апробации новой методики был выбран керн со скважины месторождения Бока де Харуко на Кубе.

«Мы успешно провели исследование, определили состав и содержание битума на разной глубине и сравнили с традиционными методами. Результаты наглядно продемонстрировали эффективность нашей методики при указанных выше преимуществах», – подчеркнул он.

В свою очередь проректор по направлениям нефтегазовых технологий, директор Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета Данис Нургалиев уточнил, что затраты предприятий, которые предпочтут использовать разработанный учеными КФУ метод, будут на порядок ниже в сравнении с использованием традиционных методик. Причем это касается как денежных затрат, так и временных.

«Наша технология позволяет не экстрагировать образец, а прямо в образце проанализировать групповой состав битума. Эта технология очень выгодна для предприятий и по временным затратам, значительно ускоряя процесс разработки, разведки месторождения, – подчеркнул проректор КФУ. – Метод ЯМР-релаксации позволяет сразу после того, как пробурили скважину и достали керн, исследовать и определить, каков состав битума, каково содержание асфальтенов, какая вязкость может быть, какие технологии лучше использовать для разработки битума и т.д.».

Главное достижение ученых КФУ, новизна в использовании ЯМР для анализа битумов – разработка оригинальной методики измерения и обработки информации.

«Мы провели исследование 20 образцов, применяя классические методики и метод ЯМР – результаты практически не отличаются. Однако по времени и стоимости методики отличаются на порядок – наша разработка экономит и время, и деньги для нефтедобывающих предприятий», – подчеркнул Нургалиев.

«Оценки содержания органического вещества (ОВ), каковым для данного месторождения является битум, в 20 образцах, взятых с различных глубин скважины 3001, по нашим данным, настолько хорошо совпадают с величинами содержания (ОВ), полученными методами ТГА и пиролиза Rock-Eval, что мы вправе говорить о том, что нам удалось разработать новый альтернативный метод для геохимической характеристики горных пород», – сообщил старший научный сотрудник НИЛ методов увеличения нефтеотдачи НЦМУ Борис Сахаров.

Еще одним автором научной статьи стал сотрудник Научного центра мирового уровня КФУ Ранэль Галеев.

«Кроме быстрой и точной оценки эффективности применения методов увеличения нефтеотдачи, метод позволяет контролировать весь процесс применения МУН, а именно изменение качественного и количественного состава битума в породе. Процессы, происходящие внутри породы с битумом, становятся понятнее. Метод заменяет длительные химические анализы, также учитывает неоднородность пород-коллекторов при съемке цельных образцов керна», – дополнил лаборант-исследователь НИЛ методов увеличения нефтеотдачи НЦМУ Р.Галеев.

По словам Галеева, поскольку предыдущие методы основаны на химическом анализе с использованием растворителей, это могло нанести ущерб здоровью исследователя.

«Суть нашего метода ЯМР-релаксации состоит в том, что мы помещаем образец битумонасыщенной породы, содержащий протоны, внутрь прибора, который имеет постоянное магнитное поле. Магнитный момент протонов ориентируется по направлению магнитного поля. После ориентировки мы запускаем импульс, который меняет магнитный момент протонов, на определенный угол. Когда импульс проходит, протоны начинают ориентироваться обратно по магнитному полю прибора. Время, за которое происходит этот процесс, и называется временем релаксации, – пояснил ученый. – Как известно, битум состоит из компонентов, каждый из которых имеет свое собственное время релаксации. На основе этого явления мы можем разложить спад релаксации на несколько компонентов (асфальтены, смолы, насыщенные и ароматические углеводороды) и оценить их количество в образце».

Галеев подчеркнул, что ученым КФУ удалось определить содержание этих компонентов внутри породы.

«Мы не экстрагировали битум из породы для анализа, а провели исследование неинвазивным способом», – заявил он.

Как сообщил Варфоломеев, большой вклад в проект внес ушедший из жизни Владимир Яковлевич Волков, который активно работал над развитием применения метода ЯМР-релаксации при изучении нефтяных систем в Институте геологии и нефтегазовых технологий Казанского университета. Ранее аналогичная методика была разработана для экспресс-определения состава жидкой нефти. Работы по определению состава жидкой нефти и нефтепродуктов с использованием метода ЯМР-релаксации уже ведутся совместно с ПАО «Транснефть» и таможенными службами.