AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA

im. Stanisława Staszica

w Krakowie

Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu

Specjalność: Wiertnictwo i geoinżynieria

Laboratorium z Geofizyki Poszukiwawczej i Wiertniczej

Temat: „Obliczenie zailenia warstwy w profilu otworu
na podstawie wyników pomiaru PS”

Wykonali:

Marszałek Sebastian

Domański Kamil

Wstęp teoretyczny :

Jednym z problemów występujących przy poszukiwaniu złóż gazu i ropy naftowej jest zagadnienie określenia zapiaszczenia skał mogących być zbiornikami. Jest ono szczególnie ważne przy badaniu osadów piaszczysto-ilastych. Najbardziej dokładnym sposobem oznaczenia zapiaszczenia byłaby analiza laboratoryjna próbek skał pobranych bezpośrednio z otworu.

Ponieważ jednak zarówno pobranie próbek jak i ich analiza laboratoryjna wiąże się z dużymi kosztami i trudnościami technicznymi dlatego w praktyce wykorzystuje się metody geofizyczne. Istnieją dwie metody geofizyczne:

• metoda powierzchni krzywej PS

- metoda naturalnego promieniowania gamma.

Jednym z najdoskonalszych sposobów obliczania zawartości materiału ilastego dla układu składającego się z przewarstwień iłów i pisaków jest metoda powierzchni krzywej PS opracowana przez H.G.DOLLA.

Pomiar potencjałów naturalnych w odwiercie (PS) polega na rejestracji różnicy potencjałów, powstających na skutek procesów fizyczno-chemicznych, zachodzących w skałach nasyconych wodami o innym zasoleniu niż płuczka.

Krzywa PS wykorzystywana jest głównie do:

• identyfikacja skał o lepszych własnościach zbiornikowych i poziomów ilastych oceny litologicznej skał,

• określania elektrycznej oporności właściwej i mineralizacji wód złożowych nasycających skały zbiornikowe,

• określania zawartości minerałów ilastych (zailenia) w skałach,

• rozpoznawania charakteru środowiska sedymentacyjnego osadów piaskowcowych.

W oparciu o krzywą potencjału polaryzacji naturalnej ustalić można miąższość naprzemianległych porowatych i nieporowatych przewarstwień. Pozwala to na wydzielenie wszystkich warstw porowatych jeżeli tylko ich miąższość jest większa od średnicy otworu. W przypadku gdy warstwy piaskowca przedzielone łupkami mają miąższość mniejszą od średnicy otworu wówczas krzywa PS naprzeciw takiego interwału będzie lekko pofalowana, co umożliwia wydzielenie poszczególnych wkładek piaskowych.

H.G.DOLL stwierdził, że :

1. w profilowaniu piaszczysto-ilastym średnia wartość amplitudy krzywej PS jest proporcjonalna do ilości wkładek piaszczystych,

2. uśrednienie anomalii krzywej PS odpowiadająca odcinkowi profilu o ograniczonej miąższości posiada taki sam kształt jak krzywa PS w poszczególnej warstwie jednorodnej o tej samej miąższości i oporności lecz mniejszej sumarycznie SEM,

3. ze zmniejszeniem się miąższości przewarstwień szybko maleje amplituda krzywej PS , wychylenia te są praktycznie nieznaczne, gdy miąższość przewarstwień poszczególnych i nie poszczególnych jest mniejsza od połowy średnicy otworu,

4. analiza krzywej PS maleje ze wzrostem przewarstwień nieprzepuszczalnych w stosunku do przepuszczalnych.

5. wzrost średnicy otworu, lub powiększenie się średnicy filtracji powoduje zmniejszenie się amplitudy krzywej PS.

Zasadniczym elementem obliczeń jest powierzchnia krzywej PS, którą rozpatrujemy w odniesieni do pewnej umownej linii zwanej linią iłów. Prowadzi się ją przez odcinki krzywej PS naprzeciw skał czysto ilastych.

Do przeprowadzenia analizy zapiaszczenia wydzielonego kolektora konieczna jest znajomość statycznej wartości PS, którą oznacza się symbolem E_ps [nV]. Odpowiada ona amplitudzie maksymalnej krzywej PS naprzeciw warstwy czystego piaskowca o nieograniczonej miąższości nasyconego tą samą wodą złożową co rozpatrywane przewarstwienia. Natomiast w warunkach otworowych rejestruje się tzw. dynamiczną wartość potencjałów polaryzacji naturalnej U_ps zazwyczaj mniejszą od E_ps.

To obniżenie rejestruje współczynnik β =U_ps/E_ps.

Zależy on od geometrii ośrodka , średnicy otworu, miąższości warstw, średnicy strefy filtracji oraz oporności właściwej płuczki, strefy filtracji niezmienionej części warstwy i skał otaczających. W otworze wiertniczym wypełnionym płuczką oraz wokół niego powstaje samoistne pole potencjałów polaryzacji naturalnej. Przyczyną jego powstania są procesy dyfuzyjno-absorpcyjne, które obserwuje się na granicy warstw nasyconych wodami o różnej mineralizacji oraz na kontakcie płuczki ze skały, której porowata przestrzeń wypełniona jest woda o innej mineralizacji niż płuczka.

W odwiercie można także zaobserwować naturalne potencjały pochodzenia filtracyjnego oraz potencjały pochodzenia utleniająco-redukcyjnego. Pierwsze powstają w skutek filtracji płuczki w porowatą i nieprzepuszczalną skałę, natomiast drugie związane są z reakcjami utlenienia i redukcji zachodzącymi w skałach. Te dwa ostatnie typy potencjałów nie odgrywają większej roli przy powstawaniu potencjałów polaryzacji naturalnej. Zjawisko dyfuzji zachodzi na kontakcie płuczka-skała, polega na ruchu jonów z roztworów o większej koncentracji do roztworu o koncentracji mniejszej.

W dyfuzji między roztworami o różnej koncentracji NaCl ujemny jon chloru charakteryzujący się większą ruchliwością będzie się szybciej przemieszczał w kierunku słabej zmineralizowanego otworu niż dodatni jon sodu. W rezultacie roztwór o mniejszej koncentracji będzie się ładowała ujemnie a roztwór o większej koncentracji jonów - dodatnio. W skałach osadowych główną przyczyną powstawania siły elektromotorycznej potencjałów polaryzacji naturalnej są procesy dyfuzji.

Dane dotyczące otworu:

WOLA ZARCZYCKA - 8

REJON: PRZYEDGÓRZE KARPAT PPN JASŁO

Głębokość otworu: 1283 [m]

H₁ = 883 [m]

H₂ = 897 [m]

U_PSmax = - 96,9 [mV]

γ_pł= 1,21 [G/cm³]

ρ_pł = 5,2 [Ωm]

t₀ = 14 [ºC]

Korzystając z prawa Nernsta:

gdzie:

ρ_f - oporność filtratu płuczki,

ρ_wz - oporność wody złożowej,

K_PS - współczynnik potencjału naturalnego.

Obliczenie współczynnika polaryzacji naturalnej K_PS

K_PS(to=18) = -60 mV

gdzie:

t_w- temperatura warstwy.

gdzie:

t_o - średnia temperatura na głębokości 8 - 10 m, na której nieuchwytne są zmiany temperatury pod wpływem zmian temperatury powierzchniowej zależnej od pór roku.

G - gradient geotermiczny,

H_śr - głębokość średnia zalegania warstw.

t_w = 8 + 0,0334 * H_śr [ºC]

t_w = 8 + 0,0334*890

t_w =37,7 [ºC]

=-65,91[mV]

Obliczanie filtratu płuczki:

{5}

gdzie:

ρ_p(tw) - oporność właściwa płuczki w temperaturze warstwy [Ωm]

η - współczynnik poprawkowy,

ρ(_pow) = 5,2 Ωm

t_(pow)= 14°C

Oporność właściwą płuczki ρ_p(tw) w temperaturze warstwy oblicza się:

Współczynnik poprawkowy liczymy ze wzoru:

{7}

gdzie:

γ₁ - ciężar właściwych ciężkich cząstek płuczki,

γ_pl - ciężar właściwy płuczki odczytany z danych wejściowych otworu,

γ_w - ciężar właściwy fazy ciekłej w płuczce.

γ₁ = 2,6 [g/cm³]

γ_pl = 1,21 [G/cm³]

γ_w =1 [g/cm³]

Teraz możemy obliczyć filtrat płuczki.

Oporność właściwą wody złożowej ρ_wz określa się w oparciu o dane z analiz laboratoryjnych wody złożowej pobranej z danej głębokości otworu. Orientacyjnie można określić mineralizację wody złożowej z faktu wzrostu mineralizacji C_wz z głębokością H_śr, a następnie z nomogramu Alpina określić oporność wody złożowej w temperaturze warstwy:

Odczytano z nomogramu Alpina: ρ_wz= 0,19 [Ω⋅m]

Mając obliczone składowe możemy teraz obliczyć E_PS

Otrzymaną wartość E_ps należy zweryfikować względem maksymalnej wartości U_ps^max , czyli iloraz wartości E_PS do U_PS^max mieści się w 20% U_PS.

Odczytujemy z wykresu:

U_PS^max =- 77,5 [mm]

Przeliczając zgodnie ze skalą U_ps^max wynosi

U_PS^max = - 96,9[mV]

Obliczamy udział warstw piaszczystych ze wzoru:

Gdzie :

P- pole powierzchni zapiaszczenia,

H*U_PSmax - całkowite pole powierzchni badanego profilu,

H = wysokość badanego profilu 1mm = 0,5 m,

E_PSmax= obliczone z proporcji
= 60,88mm ,

Stąd: P_max =60,88 *28 = 1704,7 [mm²]

Pole powierzchni P wynosi:

P = 1966,5 mm² - pole obliczone pod krzywą wykresu

Więc C_p wynosi:

Procentowa zawartość piaskowców wynosi:

C_p = 86,7%

Obliczamy zailenie profilu:

C_ił = 1-C_p

C_ił = 1- 0,867 = 0,133

C_ił = 13,3 %

Wnioski

Celem naszych obliczeń było wyznaczenie zailenia w warstwie określonej głębokościami H₁ = 883 [m] i H₂ = 897 otworu Wola Zarzycka - 8 z rejonu Karpaty PPN Jasło na podstawie krzywej PS. Po przeprowadzeniu obliczeń stwierdziliśmy, że badany obszar jest dość zróżnicowany. Wyliczona przez nas temperatura wgłębna wynikającą ze wzrostu stopni geotermicznych wynosi 37,7ºC, z mineralizacja C_wz = 40,6 g/l. W badanej warstwie występuje duża ilość piaskowców 86,7% czyli ziarna ich zawierają się w przedziale wielkości od 0,05 - 2 [mm] przy średnim zaileniu 13,3%, które nie jest wielkością małą. W celu obliczenia zailenia i procentowej zawartości piaskowców musieliśmy najpierw obliczyć E_ps(max) które wyniosło -76,1[mV], współczynnik polaryzacji naturalnej w temperaturze warstwy który wyniósł K_ps(tw)=-65,91[mV], temperaturę warstwy która wynosi
tw = 37,7 °C, oporność właściwą płuczki w temperaturze warstwy która wynosi ρ_p(tw) = 3,12 Ωm/°C oraz zawartość filtratu płuczki który wynosi
ρ_f = 2,71 Ωm/°C.

Warstwa z punktu widzenia złożowego jest bardzo interesująca, ponieważ w większości składa się z piaskowców, które mogą stanowić potencjalne źródło bituminów. Z procentowej zawartości iłów i piasków wynika, że złoże może być opłacalne w eksploatacji. Warunkiem opłacalności jest, aby złoże zostało wcześniej zbadane na obecność węglowodorów (gaz, ropa).

Z krzywej można wnioskować, że ilość piaskowców, jaka wyszła z obliczeń projektowych jest wielkością wiarygodną.

LITERATURA:

M. Plewa - „ Geofizyka wiertnicza”

J. Jarzyna - „ Metody geofizyki otworowej”

S. Rychlicki, K. Twardowski, J. Traple, K. Krochmal - „ Materiały do ćwiczeń z inżynierii złożowej i geofizyki wiertniczej”

9

---