Study of reservoir rocks acidification process by NMR and X-ray microtomography

Nos estudos de meios porosos, tais como em rochas reservatório, a RMN exerce um papel fundamental, em especial quando se trata da indústria petrolífera, sendo uma das ferramentas fundamentais utilizadas em perfis de poços. De forma geral, obtêm-se informações como tempos de relaxação transversal (T2) e coeficientes de difusão, permitindo inferir propriedades tais como permeabilidade e distribuição de tamanhos de poros. Outra forma de analisar os fluidos em amostras porosas é com o uso de técnicas de imagens, em que se enquadram a de Imagens por Ressonância Magnética (IRM) e as de microtomografia computadorizada (μCT). O presente trabalho teve como objetivo a obtenção de metodologias de análise de técnicas de estimulação de poços, visando um melhor entendimento dos processos de acidificação com formação de caminhos preferenciais denominados wormholes em rochas carbonáticas de afloramento e reservatório. Como objetivo secundário, o desenvolvimento de um sistema de IRM, contemplando os conjuntos de bobinas de gradiente, bobinas de rf e filtros analógicos. O processo de acidificação foi estudado através de medidas morfológicas de dimensão fractal, comprimento de caminho principal e volume dos wormholes extraídas de imagens por μCT, enquanto as conexões entre regiões de porosidade original e o wormhole foram estudadas com a obtenção de distribuições de tempo de relaxação T2 durante um processo de secagem à vácuo. As medidas de secagem permitiram observar o comportamento de regiões distintas: água livre, água com restrição de mobilidade por capilaridade e água ligada à argila. Durante a secagem, embora a água ligada à argila não pôde ser retirada, o comportamento foi o esperado com a água livre, sendo seca primeiro, seguido da água com menor mobilidade por capilaridade. Não é de nosso conhecimento que haja algum método de secagem de amostra por meio unicamente de vácuo, principalmente em aplicações em geologia. De maneira geral, os resultados mostraram que, excluído a dimensão fractal, as outras medidas como o T2 médio, comprimento do caminho principal e padrão de secagem não possuem diferença de acordo com a geologia da rocha estudada. No entanto, para as rochas carbonáticas padrão (Indianas) o valor da dimensão fractal foi de 1,6, assemelhando sua morfologia a uma estrutura bidimensional. Para as rochas reservatório, a dimensão fractal foi maior que 1,9, coerente com sua forma tridimensional e maiores ramificações. No que concerne à instrumentação, apresentamos as etapas necessárias à adaptação de um sistema de espectroscopia e relaxometria em um sistema de imagens, gerando a imagem de um phantom. O aprimoramento deste sistema será de grande utilidade para o estudo de meios porosos com técnicas de imagens convencionais e específicas ao problema, o que se mostrou de grande importância para o estudo de wormholes. Este trabalho apresentou outras formas de análise do wormhole com resultados satisfatórios que podem ser associados as técnicas mais difundidas na literatura.In studies of porous media such as reservoir rocks, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) plays a key role, especially when it comes to the oil industry, as one of the fundamental tools used in well logs. In general, obtains informations such as transverse relaxation time (T2), and diffusion coefficients, allowing inferring properties such as permeability and poring size distribution. Another way of analyzing fluids in porous media is using imaging techniques, in which fit the Magnetic Resonance Imaging (MRI) and computed microtomography (μCT). This study aimed to obtain methods of analysis of well stimulation techniques, aiming at a better understanding of the acidification processes with formation of preferential pathways called wormholes in outcrop and reservoir carbonate rocks. As a secondary objective, there is the development of an MRI system, comprising sets of gradient coils, RF coils and analog filters. The acidification process was studied by measurements of morphological fractal dimension, the main path length and volume of wormholes pictures extracted by μCT, while the connections between regions of the original porosity and wormhole were studied by the T2 time distributions during a drying process in vacuum. Drying measures allowed observing the behavior of distinct regions: free water, capillary bound water and clay bound water. During drying, although the most trapped water could not be removed, the performance was expected with free water, being dried first, followed by the water trapped by capillarity. It is our knowledge that there is no drying method by vacuum alone, especially in applications in geology. In general, the results show that, excluding the fractal dimension, other measures such as the T2 mean, primary drying path length and volume have no difference pattern according to the geology of the rock studied. However, for the standard carbonate rocks (Indiana) the value of the fractal dimension was 1.6, similar morphology to a two-dimensional structure. For the reservoir rocks, the fractal dimension was greater than 1.9, consistent with its three-dimensional shape and larger branches. Concerning the instrumentation, we present the steps necessary to adapt a spectroscopy and relaxometry system in an imaging system, obtaining the image of a phantom. The improvement of this system will be very useful for the study of porous media with conventional and specific imaging techniques to the problem, which proved of great importance for the study of wormholes. This work presented other forms of wormhole analysis with satisfactory results that may be associated with the most widespread techniques in the literature