Что такое керн? Добыча и исследование образцов
Первоначально керны использовались для изучения дна океана. Однако вскоре стала очевидной их ценность не только для океанической, но и другой геологической истории. На сегодняшний день сотни тысяч образцов были собраны со дна всех океанов планеты и на обширной площади суши. Что же такое керн и в чем его польза?
Информационная ценность
Значение керна для науки трудно представить. Эти образцы являются лучшим прямым источником данных о подземной геологии. Поскольку они представляют собой самые большие подземные пробы (обычно 10 см в диаметре и часто сотни метров в глубину), то показывают структуры и типы пород. При отборе керны дают данные о составе породы, пористости, проницаемости и качестве ресурса. Ни один другой тип геологического образца не предоставляет столько данных, охватывая широкий круг общественных потребностей и научных проблем.
Разрабатываются новые аналитические методы, улучшились возможности компьютерного моделирования, позволяя геологам лучше представлять динамику недр и развивать научные концепции. Хотя мы не можем знать, как и когда используют данные из кернов, их следует сохранять. Они необходимы для экономического развития, защиты окружающей среды, планирования землепользования и обеспечения качества жизни наших граждан сегодня и завтра.
Добыча керна
Образец керна представляет собой цилиндрический участок вещества, встречающегося в природе. Большинство получают путем бурения с помощью специальных сверл в веществе, например, осадке или породе, с помощью полой стальной трубы, называемой керновым сверлом. Отверстие, сделанное для образца керна, называется керноприемник. Существует множество пробоотборников для различных сред при разных условиях. В процессе бурения образец более или менее вдавливается в трубу. Извлеченный в лаборатории, он проверяется и анализируется различными методами и оборудованием в зависимости от типа требуемых данных.
Могут быть взяты пробы для проверки свойств искусственных материалов, таких как бетон, керамика, некоторые металлы и сплавы, особенно более мягкие. Также существуют керны живых существ, в том числе людей. В медицине, к примеру, берут образцы костей человека для микроскопического исследования. Велика вероятность, что такой керн содержит то, что поможет диагностировать заболевание.
Геологические коллекции
Существует множество образцов керна. Некоторые выставлены публично, другие лежат в специальных кернохранилищах. Одной из самых больших считается геологическая коллекция в Институте океанографии им. Скриппса. Она представляет собой физическую библиотеку бесценных образцов, полученных с морского дна и Мирового океана. Здесь хранится около 7500 глубинных океанических кернов, более 3500 морских и около 40 000 слайдов морских микроископаемых, а также около 10 000 образцов горных пород и окаменелостей в учебной коллекции.
Геологические коллекции в институте являются одними из старейших и крупнейших в США, они постоянно пополняются. Образцы доступны океанографам по всему миру, которые изучают различные области, включая геологию, геохимию, геобиологию, палеоокеанографию, геофизику и многое другое, что делает коллекции неотъемлемой частью многих междисциплинарных проектов.
Mining World Russia 2020
Мероприятия
| 03.12.2020 04.12.2020 | TECH MINING RUSSIA |
| 24.03.2021 25.03.2021 | Горнорудная промышленность России: Строительство и Модернизация 2020 |
| 26.04.2021 30.04.2021 | ГЕОКАЛИНИНГРАД 2021 |
| 26.04.2021 29.04.2021 | Национальный нефтегазовый форум и выставка «Нефтегаз-2021» |
| 01.06.2021 04.06.2021 | УГОЛЬ РОССИИ и МАЙНИНГ 2021 |
Новости
Отбор керна: размер имеет значение
Образец породы, извлечённый из скважины, даёт информацию, которая представляется для добывающих компаний едва ли не истиной в последней инстанции — некоторые характеристики пласта иными методами получить просто невозможно. Причём чем большего размера — тем лучше.
Крупные образцы дают геологам и инженерам больше возможностей для более точного определения геологического строения, геомеханических и петрофизических характеристик пород. Всё чаще для поиска новых месторождений применяют технологию разработки нетрадиционных залежей. Поэтому отбор репрезентативных образцов пород, не связанный с большими затратами и неэффективностью традиционных методов керноотбора, стал насущной задачей.
Методы отбора керна
В нефтегазовой отрасли их два: вырезание цельных кернов при помощи буровой компоновки и отбор бокового керна. Традиционный метод чаще всего позволяет получить качественные образцы керна, но в отличие от обычных операций бурения он является дорогостоящим и длительным процессом.
Экономической альтернативой служит боковой отбор керна — дополнительный способ получения данных там, где это невозможно при помощи традиционных способов. За один рейс можно извлечь до 90 образцов на выбранных глубинах, что позволяет охватить сразу несколько целевых интервалов.
«У геологов и инженеров появилась возможность использовать большие керны для исследования нетрадиционных залежей и определения механических свойств горных пород. При большом количестве доступного для анализа кернового материала нефтегазодобывающие компании имеют намного больше шансов успешной разработки нетрадиционных залежей», — указали в статье «Rotary Sidewall Coring—Size Matters» для компании «Schlumberger Limited» Abhishek Agarwal, Robert Laronga и Larissa Walker.
Речь идёт о методах ударного или вращательного бокового отбора керна.
«Хотя ударный метод является экономичным и быстрым, его применение может вызвать некоторые осложнения. В результате удара бойков о породу может произойти повреждение керна. И твёрдые, и мягкие породы разрушаются под действием удара бойка, и это приводит к изменениям свойств образца. Слабоцементированные породы при ударе бойка подвергаются сжатию, а глинистая корка с внутренней стенки скважины может вдавливаться в скелет породы керна, изменяя тем самым его характеристики. Добывающие и сервисные компании знают об ограничениях ударного метода и мирятся с этими ограничениями на протяжении почти пятидесяти лет. Это положение изменилось в 80-х годах прошлого века, когда появились первые вращательные керноотборники», — сообщают авторы статьи.
По словам специалистов, преимущество этого метода в том, что он позволяет сохранить поровую структуру породы и исключить механические повреждения керна.
Детали
Основные требования к процессу заключаются в обеспечении стопроцентного выноса, скорости бурения и максимальном количестве метров за рейс.
«Наше оборудование позволяет собрать сколько угодно секций, в зависимости от тех требований, которые предъявляет геолог. Например, он предполагает, что на глубине от 1000 до 1020 м может быть нефть. Эти самые 20 метров можно пройти одной секцией, или двумя секциями за один рейс. А два рейса — это лишние средства. Максимально за рейс мы отбирали 56 метров.
Сейчас заказчики предъявляют новое требование — отбор на глубине 18 метров. Для этих целей был разработан КСК с 6-метровой секцией. Отбирая по три секции, можно получить эти 18 метров. Геологи увеличивают интервал отбора, одна из тенденций — отбирать за рейс 27, 36 метров. Причём разработки новых конструкций касаются не только длины, но и совершенствования внутренних частей», — поделился руководитель направления «Керн» ООО «ВНИИБТ-БИ» Степан Макаров.
Во время проходки нагрузку на долото устанавливают на поверхности, перед спуском в скважину. При низкой нагрузке отбор происходит излишне долго. А при слишком высокой может произойти прихват долота с преждевременным прекращением работ.
В «изолятор»
Чтобы минимизировать повреждения керна и добиться более точного анализа, инженер по отбору должен использовать технологию изолированного герметизированного керна.
Неоднородные проблемы
Неоднородность пропластков предполагает сминание и расслоение породы, что приводит к заклинке, поэтому всё чаще заказчики обращают внимание на наличие гидравлического индикатора заклинки керна. При выходе на поверхность керн должен «не растерять» все флюиды нефти и газа. Для этого применяются специальные клапаны подачи изолирующего агента.
«По мере того, как керн поднимается наверх, за счёт того, что внизу избыточное давление достаточно большое, газ начинает отделяться от керна. Для того, чтобы не возникало декомпрессии и выделяющийся газ своевременно стравливался с керна, мы применяем клапан сброса давления», — прокомментировал представитель «Бурсервиса».
Хранение и транспортировка
Для дополнительной защиты используют технологию укладки керна не просто в одноразовую трубу, но ещё и в гель, который создаёт своеобразный вакуум и обеспечивает более высокую информативность для исследования в лаборатории.
«Мы предоставляем тёплый контейнер, чтобы предотвращать разрушение керна, так как он содержит флюиды, в том числе, воду, которая при минусе превращается в лёд. Также для безопасной транспортировки используются виброгасящие прокладки на ящике, либо специальная пена. Керн укладывается в ящики, затем специальным образом запенивается, чтобы в процессе транспортировки не подвергаться вибрационным нагрузкам», — рассказал Эдуард Зарипов.
Отбор керна: размер имеет значение
Причём чем большего размера — тем лучше.
Крупные образцы дают геологам и инженерам больше возможностей для более точного определения геологического строения, геомеханических и петрофизических характеристик пород.
Всё чаще для поиска новых месторождений применяют технологию разработки нетрадиционных залежей. Поэтому отбор репрезентативных образцов пород, не связанный с большими затратами и неэффективностью традиционных методов керноотбора, стал насущной задачей.
Методы отбора керна
В нефтегазовой отрасли их два: вырезание цельных кернов при помощи буровой компоновки и отбор бокового керна.
Традиционный метод чаще всего позволяет получить качественные образцы керна, но в отличие от обычных операций бурения он является дорогостоящим и длительным процессом.
Экономической альтернативой служит боковой отбор керна — дополнительный способ получения данных там, где это невозможно при помощи традиционных способов.
За один рейс можно извлечь до 90 образцов на выбранных глубинах, что позволяет охватить сразу несколько целевых интервалов.
«У геологов и инженеров появилась возможность использовать большие керны для исследования нетрадиционных залежей и определения механических свойств горных пород.
При большом количестве доступного для анализа кернового материала нефтегазодобывающие компании имеют намного больше шансов успешной разработки нетрадиционных залежей», — указали в статье «Rotary Sidewall Coring—Size Matters» для компании «Schlumberger Limited» Abhishek Agarwal, Robert Laronga и Larissa Walker.
Речь идёт о методах ударного или вращательного бокового отбора керна.
«Хотя ударный метод является экономичным и быстрым, его применение может вызвать некоторые осложнения.
В результате удара бойков о породу может произойти повреждение керна.
И твёрдые, и мягкие породы разрушаются под действием удара бойка, и это приводит к изменениям свойств образца.
Слабоцементированные породы при ударе бойка подвергаются сжатию, а глинистая корка с внутренней стенки скважины может вдавливаться в скелет породы керна, изменяя тем самым его характеристики.
Добывающие и сервисные компании знают об ограничениях ударного метода и мирятся с этими ограничениями на протяжении почти пятидесяти лет. Это положение изменилось в 80-х годах прошлого века, когда появились первые вращательные керноотборники», — сообщают авторы статьи.
По словам специалистов, преимущество этого метода в том, что он позволяет сохранить поровую структуру породы и исключить механические повреждения керна.
Детали
Основные требования к процессу заключаются в обеспечении стопроцентного выноса, скорости бурения и максимальном количестве метров за рейс.
«Наше оборудование позволяет собрать сколько угодно секций, в зависимости от тех требований, которые предъявляет геолог.
Например, он предполагает, что на глубине от 1000 до 1020 м может быть нефть. Эти самые 20 метров можно пройти одной секцией, или двумя секциями за один рейс.
А два рейса — это лишние средства.
Максимально за рейс мы отбирали 56 метров.
Сейчас заказчики предъявляют новое требование — отбор на глубине 18 метров.
Для этих целей был разработан КСК с 6-метровой секцией. Отбирая по три секции, можно получить эти 18 метров.
Геологи увеличивают интервал отбора, одна из тенденций — отбирать за рейс 27, 36 метров. Причём разработки новых конструкций касаются не только длины, но и совершенствования внутренних частей», — поделился руководитель направления «Керн» ООО «ВНИИБТ-БИ» Степан Макаров.
Во время проходки нагрузку на долото устанавливают на поверхности, перед спуском в скважину. При низкой нагрузке отбор происходит излишне долго. А при слишком высокой может произойти прихват долота с преждевременным прекращением работ.
Второе требование касается технико-экономических показателей и имеет целью удешевление оказываемых услуг.
К нему относится увеличение длины секции керноотборного снаряда — для того, чтобы за один рейс можно было отобрать наибольшее количество метров», — объяснил руководитель сектора по отбору керна АО «НПП «Бурсервис» Эдуард Зарипов.
В «изолятор»
Чтобы минимизировать повреждения керна и добиться более точного анализа, инженер по отбору должен использовать технологию изолированного герметизированного керна.
«При бурении и заборе керна необходимо добиться его полной изоляции от фильтрата бурового раствора, чтобы он обладал естественной насыщенностью флюидов и не содержал сторонние примеси.
Мы используем клапан изолирующего состава.
Сам керн обволакивается изолирующим агентом — таким образом обеспечивается его сохранность и первозданность», — заметил Эдуард Раисович.
Неоднородные проблемы
Неоднородность пропластков предполагает сминание и расслоение породы, что приводит к заклинке, поэтому всё чаще заказчики обращают внимание на наличие гидравлического индикатора заклинки керна.
При выходе на поверхность керн должен «не растерять» все флюиды нефти и газа. Для этого применяются специальные клапаны подачи изолирующего агента.
«По мере того, как керн поднимается наверх, за счёт того, что внизу избыточное давление достаточно большое, газ начинает отделяться от керна. Для того, чтобы не возникало декомпрессии и выделяющийся газ своевременно стравливался с керна, мы применяем клапан сброса давления», — прокомментировал представитель «Бурсервиса».
Хранение и транспортировка
Для дополнительной защиты используют технологию укладки керна не просто в одноразовую трубу, но ещё и в гель, который создаёт своеобразный вакуум и обеспечивает более высокую информативность для исследования в лаборатории.
«Мы предоставляем тёплый контейнер, чтобы предотвращать разрушение керна, так как он содержит флюиды, в том числе, воду, которая при минусе превращается в лёд.
Также для безопасной транспортировки используются виброгасящие прокладки на ящике, либо специальная пена.
Керн укладывается в ящики, затем специальным образом запенивается, чтобы в процессе транспортировки не подвергаться вибрационным нагрузкам», — рассказал Эдуард Зарипов.