Диалог с камнем: как и зачем ученые изучают горные породы
Люди летали в космос, опускались в Марианскую впадину на дно океана, но никто не бывал под землей на глубине, превышающей четыре километра. Единственным свидетелем происходящего там остается образец горной породы — керн. Как ученым удается разгадать его тайны — рассказывает начальник управления комплексных исследований керна тюменского центра «Геосфера» Павел Рехачев.
О том, чем керн похож на губку
Любая выработка горной породы в форме цилиндра, которую получают при бурении, — это керн. Говорят, что по структуре он напоминает слоеный пирог, но больше он похож на губку: это твердое тело с пустотами внутри. В них содержатся углеводороды — нефть, природный газ, газоконденсат.
Керн — единственный источник наглядных данных о недрах. По нему определяют основные характеристики пород, из которых сложено месторождение.
Для нас, ученых, керн — геологическая летопись Земли. Многие месторождения нефти появились около 300–400 миллионов лет назад — в те времена, когда по планете ходили динозавры. В керне встречаются останки древних микроорганизмов (это фораминиферы, остракоды, конодонты) и членистоногих. Зная, когда жили эти существа, легко определить возраст породы. Это позволяет спрогнозировать нефтегазоносность всего района.
О том, как добывают и хранят керн
Керн извлекают при бурении поисковой или эксплуатационной скважины. В образующуюся скважину опускают специальную трубу, куда попадает горная выработка. Потом инструмент кернорватель отсекает столбик породы — около девяти погонных метров, — и его поднимают на поверхность. Важно сделать это как можно бережнее, чтобы перепады давления и температуры не повлияли на целостность.
Чтобы доставить образец в наш исследовательский центр «Геосфера» в полной сохранности, используют специальные антивибрационные прокладки и транспорт с усиленными рессорами. В центре есть кернохранилище, где поддерживается необходимый микроклимат — определенные влажность и температура. Образцы по хранилищу перемещают роботы — например, шаттлы, способные разместить керн на высоте до 15 метров.
О том, зачем керну томография
Один из первых этапов исследования в лабораториях «Геосферы» — компьютерная томография. По ней мы оцениваем, в каком состоянии керн, изучаем его пустоты и, опираясь на эту информацию, формируем программу дальнейших исследований.
МРТ помогает накопить цифровую базу кернового материала — мы называем ее цифровой библиотекой. Благодаря томографии получаем цифровой двойник керна. Он нужен для анализа пустотного пространства горной породы и моделирования процессов, которые происходят в ней при разработке месторождения.
Еще есть микротомография, благодаря которой получается тот же цифровой двойник, но в более высоком разрешении. Он нужен для микрофлюидных исследований. С помощью этой уникальной технологии мы переносим цифровую структуру керна на физическую пластинку из кремния и стекла с отверстиями внутри. Внешне она напоминает микросхему, что стоят в электронных устройствах. Каждая такая «микросхема» — копия пустотного пространства образца горной породы.
Каждый керн неповторим и представлен в единственном экземпляре. Во время исследований давление, температура, различные реагенты разрушают физический образец. Цифровые двойники и микрофлюидика позволяют сохранить его в виртуальной среде и выполнять бесчисленное количество тестов, не разрушая оригинал.
Несмотря на накопление цифровой библиотеки, мы все равно сохраняем физический керн. Это уникальный источник информации для следующих поколений, которые будут изучать историю Земли.
