تعیین نفوذ پذیری سازند با استفاده از روش تشدیsdcد مغناطیسی پروتون

متن اصلی:
اصول و مفاهیم اولیه نموداری گیری PMR
امروزه از روش تصویرسازی تشدید مغناطیسی (MRI) بطورفراگیر در پزشکی استفاده می شود. شیمیدانان نیز برای تمایز عناصر مختلف از یکدیگر از تکنیک طیف سنجی تشدیدمغناطیسی هسته ای (NMRS) بسیار زیاد استفاده می کنند.
نمودارگیری تشدید مغناطیسی پروتون (PMR) ، ممان مغناطیسی هسته ئیدروژن (پروتون ها) را در آب و هیدروکربورها اندازه گیری می کند. پروتون ها حاوی یک بار الکتریکی مثبت می باشند و اسپین آنها ممان مغناطیسی ضعیفی ایجاد می کند. دستگاههای جدید نمودارگیری PMR از آهن رباهای دائمی استفاده می کنند که میدان قدرتمندی (چند برابر میدان مغناطیسی زمین) درون سازند ایجاد می کند. اعمال چنین میدان مغناطیسس باعث می شود تا پروتون های موجود در سیال منافذ قطبیده شوند که مدت زمان موردنیاز برای قطبیده شدن کامل، زمان آسایش طولی، T1 نام دارد. این زمان بیان می کند که پروتون ها با چه سرعتی در میدان مغناطیسی ایستا، مرتب یا قطبیده می شوند. قطبیدگی کامل پروتون ها در سیال منافذ تا چند ثانیه طول می کشد و درحین حرکت دستگاه نمودارگیری قابل انجام خواهد بود. T1 با اندازه منفذ موجود در سنگ رابطه مستقیم و با گرانروی سیال موجود در آن رابطه عکس دارد. پس از 1 تا 2 ثانیه اعمال میدان مغناطیسی، یک سری پالس های مغناطیسی رادیوفرکانسی از آنتن دستگاه نمودارگیری به داخل سازند اعمال می شود تا مرتب شدگی پروتون ها را به هم بریزد. پروتون ها تحت تأثیر این پالس ها حول جهت میدان مغناطیسی القایی قوی، (مانند حرکت فرفره در میدان جاذبه زمین) حرکت تقدیمی می کنند (شکل 1).


پوتون های دارای حرکت تقدیمی، میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می کنند که این میدان به نوبه خود یک جریان القایی ضعیف ولی قابل اندازه گیری را که برای مدتی کوتاه پایدار است در سیم پیچ موجود در سوند بوجود می آورد. فرکانس جریان القایی (فرکانس حرکت تقدیمی پروتون) توسط سیستم مخصوص اندازه گیری می شود. شدت این جریان (سینگنال) القایی به سرعت کاهش می یابد، ولی از آنجا که هیدروژن موجود در سیالات منفذی دارای یک ممان مغناطیسی نسبتاً بزرگ می باشد با تنظیم ابزار اندازه گیری با فرکانس تشدید مغناطیسی پروتون موجود در هیدروژن سیگنال تقویت شده و می تواند براحتی اندازه گیری شود]10[. در ابزارهای جدید این مشکل را با اعمال یک رشته پالس که CPMG نام دارد،‌برطرف می کنند. سرعت میرایی حرکت تقدیمی یا از دست دادن مرتب بودن پروتون زمان آسایش عرضی، T2 نامیده می شود. کمیت های مورداندازه گیری در این روش دامنه (اندازه) سیگنال القایی و زمان میرایی آن است. دامنه سیگنال القایی PMR متناسب با تعداد هسته هیدروژن موجود در سیالات است و طوری کالیبره می شود تا نمودار تخلخل مستقل از سنگ شناسی را برخلاف سایر نمودار تخلخل نتیجه دهد. زمان میرایی سیگنال القایی در هر سیکل اندازه گیری بستگی مستقیم به اندازه منافذ و حفرات موجود در سازند دارد و از چگونگی توزیع آن بعنوان معیاری برای توزیع اندازه منافذ استفاده می شود ]10[. یعنی اینکه منافذ کوچک با T2 کم و منافذ بزرگ با مقدار بیشتری از T2 مشخص می شوند از این رو زمان آسایش عرضی و توزیع آنها ممکن است طوری تفسیر شوند که نفوذپذیری سازند، تخلخل مؤثر و یا اشباع سیال غیرقابل استحصال را نشان بدهد ]10[.
دستگاههای رایج نمودارگیری از لحاظ نحوه راندن در گمانه به دو دسته متفاوت تقسیم می شوند. دستگاههایی که بطور متقارن و در راستای محور گمانه (MRIL ساخت شرکت نومار) رانده می شوند و دستگاههایی که بصورت چسبیده به دیوار گمانه (CMR ساخت شرکت شلومبرژه) رانده می شوند. علیرغم اینکه هر دو دسته در گمانه ها رانده می شوند، ولی امروزه از دستگاههای دسته دوم بطور گسترده تری استفاده می شود. عمق بررسی این دستگاهها یک اینچ و تفکیک قائم آن نیز شش اینچ می باشد. جدیدترین نمونه های این دو دستگاه MRIL-Prime و CMR-PLUS نام دارند که با توجه به نیازهای امروزی صنعت نفت جهت به دست آوردن پاسخی بسیار سریع برای قابلیت استحصال چاهها طراحی شده اند]3[. البته شرکت شلومبرژه در سال 2001 نوع بسیار مردن دستگاه نمودارگیری حین حفاری را با نام PROVISION راهی بازار کرده است]4[.
خصوصیت متمایز اندازه گیری های PMR با دیگر روشهای چاه پیمایی از اندازه گیری متفاوت تخلخل آن سرچشمه می گیرد. بدین صورت که در دیگر روشها تخلخل به دست آمده یک تخلخل کل است در حالیکه با روش PMR با استفاده طیف T2 می توان تخلخل ناشی از مؤئینگی و آب مقید رسی (سیالهای غیرقابل استحصال) را از تخلخل ناشی از آب قابل استحصال جدا کرد (شکل 2).
همانطوریکه اشاره شد با استفاده از نمودار PMR می توان پارامترهای پتروفیزیکی مختلفی مثل تخلخل سیال مقید، تخلخل سیال آزاد، اشباع سیال قابل استحصال، اشباع سیال غیرقابل استحصال و نفوذپذیری را بدست آورد.
تعیین نفوذپذیری
شاید مهمترین خصوصیت اندازه گیری PMR توانایی این روش در ثبت نمودار پیوسته ای از نفوذپذیری است. به دست آوردن این نمودار بطور مستقیم برای شرکتهای نفتی دارای اهمیت بسیار زیادی می باشد، چرا که نمودار نفوذپذیری پیش بینی میزان تولید را امکان پذیر می سازد.


درنتیجه باعث بهینه سازی اجرای پروژه ها و شبیه سازی برنامه های شرکتهای نفتی شده و از حجم آزمایشات و مغزه گیریها می کاهد.
مدتها پیش از مطرح شدن PMR تحقیقات گسترده ای در مورد ارتباط بین تخلخل و نفوذپذیری انجام شده بود ولی نتایج امیدوار کننده ای بدست نیامد. وایلی و روز با استفاده از مفهوم اشباع آب غیرقابل استحصال (Swirr) و تخلخل رابطه زیر را برای تخمین نفوذپذیری به دست آوردند که باعث شد تا تمام کارها در این راستا پیگیری شود.

با معرفی تکنیک PMR و اینکه این روش تنها روشی است که اشباع سیال غیرقابل استحصال را با دقت و بطور مستقیم بدست می آورد، تلاشها به این سمت متوجه شد. امروزه، دو معادله تیمور-کوئیت و معادله شرکت شولومبرژه (SDR) برای تخمین نفوذپذیری براساس داده ها و مفاهیم PMR وجود دارد.
الف- معادله تیمور- کوئیت
دراین روش به جای اشباع آب غیرقابل استحصال از شاخص حجم سیال مقید (BVI) با توجه به اینکه و شاخص سیار آزاد که برابر است، استفاده می شود. درنتیجه معادله زیر را خواهیم داشت.
(2)
که عبارت ثابت a در رابطه (2) برابر با mD 1 می باشد ]11[.
ب- معادله SDR
روش دیگری که امروزه بطور رایج استفاده می شود روش SDR است که توسط مرکز تحقیقات شرکت شلومبرژه ارائه شده است. دراین معادله از میانگین لگاریتم زمان آسایش T2 به همراه تخلخل بدست آمده از روش PMR در قالب رابطه زیر استفاده می شود.
(3)
که در آن C ضریبی است که مقدارش برای ماسه سنگ 4 و برای سنگهای کربناته mD/(ms)2 1/0 است ]10و11[.
هر دو معادله در اکثر موارد شبیه به هم و شدیداً‌ وابسته به تخلخل می باشند. در بعضی موارد هر دو تخمین انجام می شوند و یکجا نمایش داده می شوند.

چند مثال عملی (صحرایی)
متأسفانه بدلیل عدم استفاده از این تکنیک در صنعت نفت ایران، هیچگونه مثالی که در ایران اجرا شده باشد وجود ندارد از این رو چند مورد از کارهای انجام شده در جهان را مورد بررسی قرار می دهیم.
نمونه اول مربوط به یک مخزن ماسه سنگی میکا دار دریای شمال است که علاوه بر نگاره های مربوط به روش PMR نگاره های نوترون، چگالی نیز آمده است (شکل 3). همانطور که دیده می شود دو نمودار تخلخل، که در مسیر 2 آمده اند، همسویی خوبی نشان نمی دهند. اما نمودار نفوذپذیری حاصل از روش PMR (مسیر 3)، همخوانی بسیار خوبی با نتایج حاصل از نفوذپذیری مغزه ای دارد. نفوذپذیری با معادله تیمور-کوئیت بدست آمده است. علاوه بر آن به کمک نمودار طیف T2 می توان دریافت ه میزان هیدروکربور قابل استحصال به جز در بخش میانی برای سایر قسمتهای مخزن بالا است.


نمونه دوم به نتایچ چاه پیمایی گمانه ای در استرالیا مربوط می شود (شکل 4). دراین گمانه به غیر از نگاره های PMR نگاره های رایج دیگر نیز (نوترون، چگالی و گامای طبیعی) برداشت شده اند. دراین گمانه داده های PMR به دو صورت با پنج بار میانگین گیری (LEV) و با تفکیک بالا (HR) داده شده است. مورد دوم تنها با پیشرفته ترین دستگاه نمودارگیری PMR یعنی CMR-PLUS قابل انجام است. دراین دستگاه از سیستم جدیدی از پالس های CPMG به نام “پالس افزایش دقت یافته” استفاده می شود که باعث تولید داده هایی با دقت بالا می شود. همچنین در این دستگاه طول آهنربای دائمی نیز افزایش یافته که باعث افزایش قابل توجه در سرعت نمودارگیری می شود. همانگونه که از شکل دیده می شود، همخوانی بسیار خوبی میان نمودارهای تخلخل و نفوذپذیری روش PMR (علی الخصوص PMR با تفکیک بالا) و داده های مغزه ای دیده می شود.
امروزه دیگر نمودار PMR در دنیا به عنوان یک کار رایج به حساب می آید. حسب گزارشات ]7[ در منطقه خاورمیانه و حاشیه خلیج فارس نیز با این روش چند مورد برداشت انجام شده است. اما در صنعت نفت کشورمان متأسفانه تاکنون بنا به دلایل مختلف استفاده ای از آن نشده است.