В центр обработки, исследования и хранения керна БелНИПИнефть около полугода назад поступил промышленный рентгеновский компьютерный томограф. Современный лабораторный прибор от немецкого производителя с уникальным программным обеспечением позволяет осуществлять съемку любого объекта с последующей реконструкцией и созданием 3D моделей. О технической новинке, сфере ее применения и перспективах внедрения рассказывают начальник ЦИК Анна Ерошенко и химик службы минералогических и геохимических исследований Сергей Гапоненко.

На фото: химик службы минералогических и геохимических исследований Сергей Гапоненко

Анна – В последнее время наш центр посещают специалисты как института, так и сторонних организаций. Мы рассказываем им о новых возможностях в исследовании керна и о лабораторном оборудовании, на котором выполняются эти работы. Отдельного внимания заслуживает свежее приобретение – компьютерный томограф. Этот, неприметный с виду прибор, сегодня является неотъемлемой частью любой современной лаборатории. Сфера его применения – от ракетостроения до палеонтологии.

Сергей – В нашей стране таких приборов сегодня всего два. Оба были приобретены в течение последних лет. Один томограф находится в нашем центре и служит для изучения горных пород, второй – в научно-технологическом парке БНТУ «Политехник» и задействован в изготовлении медицинских протезов. Рентгеновская компьютерная томография, как в промышленности, так и в научной сфере в Беларуси пока мало кому известна. Словосочетание «компьютерная томография» ассоциируется у большинства только с медицинской диагностикой. Отсюда и частые вопросы в стиле: «Можно ли у вас флюорографию сделать?» или «Это не опасно? Там же излучение… ». Промышленный томограф предназначен для исследования немедицинских объектов. Он позволяет заглянуть внутрь, рассмотреть структуру, выявить пустоты или включения, обнаружить трещины и поры. Например, можно просвечивать керн, металлы, пластик, да и любые другие материалы. А полученные томограммы – просматривать послойно, как бы «перемещаясь» сквозь 3D модель.

Анна – Изначально, когда в институте «БелНИПИнефть» планировалась закупка томографа, основной целью было изучение кернового материала. Мы уже тогда знали, что рентгеновская компьютерная томография является неотъемлемой частью современных лабораторных исследований, были знакомы с инновационными результатами российских коллег. Прежде всего массовое сканирование цилиндрических образцов необходимо для контроля их качества перед отправкой на дорогостоящие специальные петрофизические и геомеханические исследования для отбраковки некондиционных объектов с деформацией, невидимой человеческому глазу.

Сергей – Пустотное пространство образца может иметь техногенное происхождение и не характеризовать реальные коллекторские свойства горных пород. При описании объекта системы трещин визуально не различимы. Сканирование образцов позволяет решать широкий комплекс задач в различных направлениях инжиниринговых услуг. Так как этот вид исследования достаточно молодой (применяется не более десяти лет), его возможности в изучении керна постоянно расширяются. По большому счету нет и общепринятых методов съемки. С одной стороны, этим и интересна работа. С другой – учитывая повышенную сложность пород-коллекторов Припятского прогиба – очень затрудняет процесс.

Анна – Зато есть возможность отработки методик с различными типами осложнений в породах-коллекторах. Это и сложнопостроенные карбонатные коллекторы, и засолонение, и низкопроницаемые, ультранизкопроницаемые, рыхлые, слабосцементированные породы. Перечислять можно до бесконечности. Поэтому приведу лишь несколько вариантов решения практических задач посредством КТ кернового материала. Например – исследование проникновения бурового раствора в породу, исследование флюидов в динамике, изучение эффективности методов повышения нефтеотдачи пласта и увеличения нефтеотдачи, исследование засолонения пустотного пространства, изучение процессов деформации и разрушения пород кристаллического фундамента. Удобство работы с промышленным рентгеном заключается и в том, что ряд задач можно решить на образцах абсолютно любой геометрической формы и размера.

Сергей – Результатом рентгено-томографических исследований является построение объемной модели, позволяющей визуализировать необходимые параметры в режиме реального времени. Основные преимущества такой модели – скорость получения и точность результатов математического моделирования. Ее можно использовать сколько угодно раз без потери образца керна. Доступна большая вариативность при выборе сценариев, к примеру, воздействия на пласт.

Анна – Безусловно, вечные образцы – отдельная тема для разговора. Сохранность керна со временем теряется: естественное усыхание при потере влаги, химические реакции, окисление. Компьютерная томография – метод, позволяющий зафиксировать на первых этапах строение, структуру и состав образца до наступления в нем необратимых изменений. Одной из наших целей является создание цифрового кернохранилища – электронного банка данных керна, который позволит иметь вечные образцы, а также доступ к свойствам пласта на микроуровне. Одного томографа для этого, конечно, не достаточно. Однако именно он является ключевым звеном в алгоритме реализации этого проекта.

Сергей – Общаясь с коллегами из других компаний, мы увидели, что решение практических задач посредством КТ не ограничивается одной лишь работой с горными породами. Научные коллективы участвуют в инновационных проектах в абсолютно разных направлениях. Поэтому, помимо работы с керном уже сейчас мы стараемся уделять внимание изучению других объектов. Предвижу вопрос – «А зачем это нужно?». Если в двух словах, то – дефектоскопия или неразрушающий контроль. В основном для выявления слабых мест или невидимых глазу внутренних особенностей объекта. Допустим, вы закупили партию мелких деталей, так называемых расходников и стали замечать, что они быстро выходят из строя – отламывается или деформируется какая-то часть. Визуально вы ничего не находите, а внутрь объекта заглянуть, не сломав его при этом, не можете. В таком случае на помощь приходит томография. Глядя на «скан», можно детально рассмотреть внутреннюю структуру материалов: все поры, трещины, включения. Если мы видим на каком-то участке объекта микротрещины, нетрудно догадаться – именно здесь он и сломается. Другими словами – изделие бракованное, хотя внешне выглядит вполне себе целым и невредимым.

Анна – А ведь действительно, сейчас очень много таких изделий с нестандартной индивидуальной формой, включающей в себя сложные внутренние каналы. В этом случае мы не сможем распилить его на тонкие слои и посмотреть, какой из каналов сужается или расширяется и насколько. А с помощью томографии – сделаем это легко. Но… виртуально.

Сергей – Компьютерный промышленный томограф также позволяет выполнять обратное проектирование деталей без их физического разрушения. Программное обеспечение для обработки данных томографии содержит модули координатных измерений, обратного проектирования и коррекции геометрии. Допустим, если нужно узнать принцип изготовления и сборки изделий, а проектной документации нет. Реверс-инжиниринг позволяет решить эту проблему, опять же, не разбирая и не разрушая самих изделий. Конечно, дефектоскопию и неразрушающий контроль лучше проводить в комплексе с анализом минерального и элементного состава объекта, чтобы исключить вариант замены материалов производителем на более дешевые аналоги при его изготовлении. Такие приборы (рентгеновский спектрометр и дифрактометр последнего поколения) у нас, к слову, тоже имеются.

Анна – Мы рассказали лишь малую часть возможностей промышленного компьютерного томографа. Его можно использовать не только для дефектоскопии расходников, но и для строительных материалов, а также электронных компонентов.

Сергей – А еще – в научно-исследовательских работах. Полученные данные, при правильно поставленных задачах, позволят многократно повысить результативность, качество и актуальность разрабатываемых технологий. В некоторых случаях в разы сократят время на проведение долгих и дорогостоящих экспериментов.

Анна – Сегодня мы находимся в процессе изучения всех возможностей компьютерной томографии в нефтяной отрасли и смежных областях для повышения качества услуг, сокращения расходов. Будем рады сотрудничеству в решении различных производственных задач.

На фото: с экскурсией в лаборатории побывали учащиеся гимназии №36 Гомеля имени И. Мележа