Analiza współczynnika ściśliwości piaskowców o zróżnicowanych parametrach petrofizycznych w zmiennych warunkach ciśnień porowych i nadkładu

• Autorzy: Nowak Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.07.02

Warianty tytułu

EN

Analysis of the pore volume compressibility of sandstones with different petrophysical parameters under variable pore and overburden pressure conditions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Współczynnik ściśliwości przestrzeni porowej skał ma duże znaczenie dla szacowania objętości złóż węglowodorów. Próbki przechowywane w magazynach rdzeni ulegają relaksacji (spowodowanej zmianami ciśnienia i temperatury), co prowadzi do zawyżania mierzonej wielkości współczynnika porowatości w porównaniu z rzeczywistymi warunkami złożowymi. Brak uwzględnienia tego typu zmian w szacowaniu objętości złóż węglowodorów może doprowadzić do niewłaściwych wniosków dotyczących wartości złoża. Celem publikacji jest przedstawienie wpływu ciśnień na współczynnik ściśliwości, a także znaczenia tego współczynnika w badaniach nad porowatością. Ze względu na dotychczasowy brak eksperymentalnych badań współczynnika ściśliwości w Polsce celem pracy było również wskazanie możliwych dalszych kierunków badań pozwalających na lepsze poznanie tego zagadnienia. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań współczynnika ściśliwości dla próbek 14 piaskowców o dobrych parametrach petrofizycznych w różnych ciśnieniach porowych i nadkładu. Analizowane próbki reprezentują piaskowce karpackie (10 próbek) oraz piaskowce dolnej jury Niżu Polskiego (4 próbki). Dla wszystkich próbek oznaczono parametry petrofizyczne, które zostały następnie użyte do sprawdzenia, czy istnieją zależności między nimi a ściśliwością. Badania zmian przestrzeni porowej przeprowadzono na aparacie przystosowanym do pomiarów ściśliwości porowej poprzez zadawanie odpowiednich ciśnień nadkładu i ciśnienia porowego. Pomiary wykonywano dla ciśnienia porowego wynoszącego 300 psi, 1000 psi i 2000 psi przy maksymalnym ciśnieniu nadkładu 7000 psi, a jako medium wypełniającego przestrzeń porową użyto 5-procentowego roztworu NaCl. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano szereg danych dotyczących zmian ściśliwości przestrzeni porowej oraz wyliczono współczynnik ściśliwości Cpc. Wyniki pokazują, że porowatość przeanalizowanych próbek pod wpływem ciśnienia nadkładu zmniejsza się od jednego do kilku procent, a z opracowanych modeli zmian porowatości przy różnych ciśnieniach porowych wynika, że im mniejsza różnica między ciśnieniem nadkładu a porowym, tym mniejsza zmiana porowatości. W artykule wykazano też zależność pomiędzy porowatością a współczynnikiem ściśliwości oraz wskazano kierunek dalszych prac nad tymi zagadnieniami.

EN

The pore volume compressibility is important for estimating the volume of hydrocarbon fields. Samples stored in the core warehouses relax (due to pressure and temperature changes), which leads to overstating the measured value of the porosity factor in comparison to the actual deposit conditions. Failure to take into account such changes in the estimation of the volume of hydrocarbon fields may lead to incorrect conclusions regarding the value of the field. The aim of the publication is to present the influence of pressures on the pore volume compressibility as well as its importance in research on porosity. Due to the lack of experimental studies of the pore volume compressibility in Poland so far, the aim of the work was also to indicate possible further directions of research allowing for a better understanding of this issue. The paper presents the results of the pore volume compressibility tests for samples of 14 sandstones with good petrophysical parameters under different pore and overburden pressures. The analyzed samples represent Carpathian sandstones and Lower Jurassic sandstones of the Polish Lowland. Petrophysical parameters were determined for all samples and then used to check the relationship between them and compressibility. The research on changes in the pore space was carried out using the apparatus adapted to the pore compressibility measurements by assigning appropriate overburden and pore pressure. Measurements were made at pore pressures of 300, 1000 and 2000 psi with a maximum overburden pressure of 7000 psi, and a 5% NaCl solution was used as the pore-filling medium. As a result of the research, a number of data on changes in the compressibility of the pore space was obtained and the compressibility factor Cpc was calculated. The results show that the porosity of the analyzed samples under the influence of the overburden pressure decreases from one to several percent. The developed models of porosity changes at different pore pressures show that the smaller the difference between the overburden pressure and the pore pressure, the smaller the change in porosity. The article shows the relationship between porosity and compressibility of the pore space and indicates the direction of further work on these issues.

Słowa kluczowe

PL

ściśliwość porowa; porowatość; piaskowiec; ciśnienie porowe; ciśnienie nadkładu; objętość porów

EN

pore compressibility; porosity; sandstone; pore pressure; overburden pressure; pore volume

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 7
• Strony: 503--512
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., tab., wykr, wz.

Twórcy

autor

Nowak Krzysztof

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Aloki Bakhtiari H.A.V., Moosavi A., Kazemzadeh E., Goshtasbi K., Esfahani M.R., Vali J., 2011. The effect of rock types on pore volume compressibility of limestone and dolomite samples. Geopersia, 1(1): 37–82. DOI: 10.22059/jgeope.2011.22163.
• Bernabé Y., Fryer D.T., Shively R.M., 1994. Experimental observations of the elastic and inelastic behaviour of porous sandstones. Geophysical Journal International, 117(2): 403–418. DOI: 10.1111/j.1365-246X.1994.tb03940.x.
• Carpenter C.B., Spencer G.B., 1940. Measurements of compressibility of consolidated oil-bearing sandstones. Report 3540. United States Department of the Interior, Bureau of Mines.
• Cicha-Szot R., 2018. Współczynnik ściśliwości skał i płynów – parametr petrofizyczny, który należy uwzględnić, czy który można pominąć w charakterystyce złóż surowców płynnych? Nafta-Gaz 2018, 74(6): 451–456. DOI: 10.18668/NG.2018.06.05.
• Fatt I., 1958. Compressibility of sandstones at low to moderate pressures. AAPG Bulletin, 42(8): 1924–1957. DOI:10.1306/0BDA5B8E-16BD-11D7-8645000102C1865D.
• Hall H.N., 1953. Compressibility of reservoir rocks. Journal of Petroleum Technology, 5(1): 17–19. DOI: 10.2118/953309-G.
• Hou X., Zhu Y., Wang Y., Liu Y., 2019. Experimental study of the interplay between pore system and permeability using pore compressibility for high rank coal reservoirs. Fuel, 254: 115712. DOI:10.1016/j.fuel.2019.115712.
• Jaeger J.C., Cook N.G.W., Zimmerman R.W., 2007. Fundamentals of Rock Mechanics. 4th ed. Wiley, Oxford. ISBN: 978-0-632-05759-7.
• Jalalh A.A., 2006a. Compressibility of porous rocks: Part I. Measurements of Hungarian reservoir rock samples. Acta Geophysica, 54(3): 319–332. DOI: 10.2478/s11600-006-0025-8.
• Jalalh A.A., 2006b. Compressibility of porous rocks: Part II. New relationships. Acta Geophysica, 54(4): 399–412. DOI: 10.2478/S11600-006-0029-4.
• Koszela-Marek E., 2009. Charakterystyka zmian ściśliwości roztworów soli NaCl pod wpływem wysokich ciśnień hydrostatycznych. Górnictwo i Geoinżynieria, 33(1): 361–367.
• Lan Y., Moghanloo R.G., Davudov D., 2017. Pore compressibility of shale formations. SPE Journal, 22(6): 1778–1789. DOI:10.2118/185059-PA.
• McPhee C., Reed J., Zubizarreta I., 2015. Core Analysis: A best practice guide. Development in Petroleum Science 64, Elsevier.ISBN 978-0-444-63533-4.
• Oliveira G.L. de, De Ceia M.A., Misságia R.M., 2013. Experimental measurements of pore volume compressibility of sandstones and carbonates. 13th International Congress of the Brazilian Geophysical Society & EXPOGEF: 1089–1094. DOI: 10.1190/sbgf2013-225.
• Oliveira G.L.P. de, Ceia M.A., Missagia R.M., Archilha N.L., Figueiredo L., Santos V.H., Neto I.L., 2016. Pore volume compressibilities of sandstones and carbonates from Helium porosimetry measurements. Journal of Petroleum Science and Engineering, 137: 185–201. DOI: 10.1016/j.petrol.2015.11.022.
• Schutjens P., Heidung W., 2012. On the pore volume compressibility and its application as a petrophysical parameter. 9th Biennial International Conference & Exposition on Petroleum Geophysics,Hyderabad.
• Silva Jr. G.P. da, Franco D.R., Stael G.C., Oliveira Lima M.D.C. de, Martins R.S.A., Moraes França O. de, Azeredo R.B., 2015. Petrophysical studies of north American carbonate rock samples and evaluation of pore-volume compressibility models. Journal of Applied Geophysics, 123: 256–266. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2015.10.018.
• Słota-Valim M., 2017. Predykcja ciśnień porowych w otworach wiertniczych przewiercających dolnopaleozoiczne formacje łupkowe basenu bałtyckiego – północna Polska. Nafta-Gaz, 73(4):219–226. DOI: 10.18668/NG.2017.04.01.
• Weibo S.U.I., Zihan Q.U.A.N., Yanan H.O.U., Cheng H., 2020. Estimating pore volume compressibility by spheroidal pore modeling of digital rocks. Petroleum Exploration and Development,47(3): 603–612. DOI: 10.1016/S1876-3804(20)60077-5.
• Wong T.F., Baud P., 1999. Mechanical compaction of porous sandstone. Oil & Gas Science and Technology, 54(6): 715–727. DOI:10.2516/ogst:1999061.
• Zhang B., Zhu J., He F., Jiang Y., 2018. Compressibility and fractal dimension analysis in the bituminous coal specimens. AIP Advances, 8, 075118: 1-11. DOI: 10.1063/1.5039794.
• Zimmerman R.W., 1986. Compressibility of two-dimensional cavities of various shapes. Journal of Applied Mechanics, 53: 500–504.DOI: 10.1115/1.3171802.
• Zimmerman R.W., 1990. Compressibility of sandstones, Elsevier.ISBN: 9780080868875.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).