Rozszerzone możliwości LF-NMR: różnicowa analiza porowatości i predykcja TOC w materiałach łupkowych

Nowatorska metoda, zaproponowana w pracy [1] do estymacji dystrybucji porów na podstawie rozkładu T2, nazwana „różnicową” została użyta do najbardziej złożonego z dotychczasowych układu porowatego zawierającego, dystrybucje nanometrycznych porów, domieszki mineralogiczne, jak i organiczne.

Można zauważyć, że tak jak praca Brownstein and Tarr [2] oparta na badaniach komórek biologicznych doprowadziła do odkrycia i głównych zastosowań dla rdzeni skalnych, tak nasza droga przebiegła odwrotnie. W pracy [3] dokonaliśmy porównania wyników otrzymanych ze zmodyfikowanego protokołu NMR (różnicowego) z porowatościami z MICP (ang. Mercury Injection Capillary Pressure) i porowatościami uzyskanymi przy użyciu standardowego podejścia NMR.

Jako dowód wyższości nowatorskiej metody NMR nad standardową procedurą NMR przedstawiono zwiększoną dokładność wyznaczania porowatości łupków o wyjątkowo małych porach. Przedstawiono także zależności pomiędzy wartościami średnich logarytmicznych T2 i stosunkami T1/T2 a porowatością różnicową, co sugeruje, że metodę LF-NMR można wykorzystać do szybkiego oszacowania porowatości na podstawie pojedynczego pomiaru T2. Korelacje pomiędzy rozkładem czasu T2 dla próbek nasyconych i TOC (ang. Total Organic Carbon) pozwoliły uzyskać model z wykorzystaniem wielowymiarowej analizy PLSR (ang. Partial Least Square Regression), który daje potencjał użycia metody NMR do przewidywania parametrów geochemicznych, takich jak TOC, w prosty i nieinwazyjny sposób.

Na rysunku poniżej jest pokazany najbardziej spektakularny efekt, gdzie metoda „różnicowa” (czerwone punkty) wykazuje przewagę nad standardowym podejściem (niebieskie kwadraty) i deklasuje typową metodę pierwszego wyboru w takich sytuacjach, MICP (trójkąty).

Referencje

1. Habina I, Radzik N, Topor T, Krzyżak A. Insight into oil and gas-shales compounds signatures in low field 1H NMR and its application in porosity evaluation. Microporous and Mesoporous Materials. 2017; 252:37–49.
   https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2017.05.054
2. Brownstein KR, Tarr CE. Importance of classical diffusion in NMR studies of water in biological cells. Phys Rev A. 1979.
3. Krzyżak AT, Habina-Skrzyniarz I, Machowski G, Mazur W. Overcoming the barriers to the exploration of nanoporous shales porosity. Microporous and Mesoporous Materials. 2020; 298:110003.
   https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2020.110003