System węglowodorowy z gazem ziemnym w centralnych strefach basenu – zastosowanie jako koncepcji poszukiwawczej w karbońskim basenie górnośląskim

• Autorzy: Poprawa P.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2018.12.01

Warianty tytułu

EN

Basin Centered Gas System – application as an exploration concept in the Carboniferous Upper Silesian Basin

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

System naftowy z gazem w centrum basenu (BCGS) ma charakter niekonwencjonalnych, regionalnych akumulacji gazu ziemnego. W systemie takim strefa głęboko zalegających zwięzłych skał zbiornikowych, nasyconych gazem, w górę powierzchni strukturalnych przechodzi stopniowo w strefę o konwencjonalnym wykształceniu, nasyconą wodami złożowymi. BCGS wymaga, by skała zbiornikowa nadścielała, lub przeławicała się z dojrzałymi skałami macierzystymi, zaś mechanizmem uszczelnienia jest niska przepuszczalność formacji zbiornikowej. Nie wymaga on obecności pułapek złożowych. Model ten jest tu użyty w odniesieniu do karbońskiego basenu górnośląskiego (BGŚ), który pozostaje globalnie unikalnym przykładem basenu nieomal niezbadanego pod kątem możliwości występowania złóż węglowodorów. Model ten nie może być obecnie bezpośrednio zweryfikowany z uwagi na brak odpowiednio głębokich otworów wiertniczych w kluczowej, centralnej części BGŚ (rejon Rybnik–Żory–Tychy–Mikołów). Zakłada on zwięzłe wykształcenie skał potencjalnie zbiornikowych na głębokościach 3500÷5000 m. Rolę skał zbiornikowych pełnić w tym przypadku mogą pakiety piaskowców serii paralicznej, a w mniejszym stopniu również górnośląskiej serii piaskowcowej, cechujące się dużą miąższością i znaczną regionalną rozciągłością. Utwory tych serii w centralnej części BGŚ zawierają ponadto pokłady węgla kamiennego oraz pakiety łupków węglowych, stanowiące efektywną skałę macierzystą dla gazu ziemnego. Główny czynnik ryzyka poszukiwawczego stanowi czas generowania węglowodorów: im starszy tym większe prawdopodobieństwo rozformowania akumulacji gazu ziemnego. W przypadku waryscyjskiego wieku generowania gazu ziemnego w BGŚ prawdopodobieństwo rozformowania jego akumulacji typu BCGS należy uznać za wysokie. Ponadto elementami ryzyka poszukiwawczego są możliwość przegrzania skał macierzystych, a także duży zakres niepewności co do wykształcenia własności petrofizycznych skał zbiornikowych. Możliwe, prognostyczne zasoby wydobywalne tego typu akumulacji w BGŚ wstępnie określono na około 100÷250 mld m3. Weryfikacja omawianego modelu oraz związanych z nim zasobów gazu zamkniętego warunkowana jest odwierceniem głębokich otworów poszukiwawczych.

EN

Basin Centered Gas System (BCGS) is characteristic of numerous unconventional, pervasive tight gas accumulations, where deep gas-saturated tight reservoir passes up-section into its water-saturated conventional zone. In such a system tight reservoir overlies or interbeds with mature source rocks, while the sealing mechanism is the low permeability of the reservoir formation. The system does not require the presence of hydrocarbon traps. This model is applied here to the Carboniferous Upper Silesian Basin (USB), which is one of the few onshore sedimentary basins in the World which has not been explored for oil and gas. The concept cannot be currently verified due to the lack of deep boreholes in the central part of the USB (region: Rybnik–Żory–Tychy–Mikołów). It requires tight reservoir properties at depths of 3500÷5000 m. The reservoir formations are the sandstone of the Paralic Series, and to a lesser degree also of the Upper Silesian Sandstone Series, characterized by immense thickness and considerable lateral reach. Both Series at that depth interval contain also coal seams and coal shale, being effective gas source rock. The key exploration risk is the timing of gas generation: the older the generation, the higher the risk of gas release. In the case of the Variscan generation, recent preservation gas in the form of BCGS accumulations is unlikely. Other risk factors are possible source rocks overmaturation and uncertainty as for the reservoir’s petrophysical properties. Possible prospective resources of the BCGS accumulations in the USB were preliminarily estimated for approx. 100÷250 Bcm. Validation of the model of the BCGS being developed in the USB, as well as verification of the resources related to it, requires drilling new deep exploration wells.

Słowa kluczowe

PL

zwięzła skała zbiornikowa; system z gazem w centrum basenu; basen górnośląski; seria paraliczna

EN

tight reservoirs; Basin Centered Gas System; Upper Silesian Basin; Paralic Series

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 74, nr 12
• Strony: 871--883
• Opis fizyczny: Bibliogr. 55 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Poprawa P.

• AGH Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Srodowiska, al. Mickiewicza 30, 30-053 Kraków

Bibliografia

• [1] Botor D., Stuart F.M., Carter A.: Apatite fission track and (U+Th)/He dating of the Carboniferous strata: implications for thermal history of the Upper Silesia Coal Basin, Poland. Methods of Absolute Chronology, 8th International Conference, Ustroń, 17-19.05.2004, s. 14–15.
• [2] Buła Z.: Dolny paleozoik Górnego Śląska i zachodniej Małopolski. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego 2000, t. 171, s. 1-69.
• [3] Buła Z., Jachowicz M., Prichystal A.: Lower Paleozoic Deposits of the Brunovistulicum. Terra Nostra 1997, vol. 11, s. 67-71.
• [4] Buniak A., Kuberska M., Kiersnowski H.: Petrograficzno - petrofizyczna charakterystyka piaskowców eolicznych strefy Siekierki-Winna Góra (koło Poznania) w aspekcie poszukiwań złóż gazu zamkniętego w osadach czerwonego spągowca. Przegląd Geologiczny 2009, vol. 57, nr 4, s. 328–334.
• [5] Burnie S.W., Maini B., Palmer B.R., Rakhit K.: Experimental and empirical observations supporting a capillary model involving gas generation, migration, and seal leakage for the origin and occurrence of regional gasifers. [W:] Cumella S.P., Stanley K.W., Camp W.K. (eds.): Understanding, exploring, and developing tight-gas sands. AAPG Hedberg Series 2008, vol. 3, s. 29-48.
• [6] Cluff R.M.: Permeability Jail Revisited: What is it, and how did we ever get into it? SPWLA Spring Topical Conference on Petrophysical Evaluation of Unconventional Reservoirs, Philadelphia, 18.03.2009.
• [7] Cluff R.M., Byrnes A.P.: Relative Permeability In Tight Gas Sandstone Reservoirs The,, Permeability Jail" Model. SPWLA 51st Annual Logging Symposium, Perth, 19-23.06.2010.
• [8] Cumella S.P., Shanley K.W., Camp W.K.: Understanding, exploring, and developing tight-gas sands. Introduction. [W:] Cumella S.P., Shanley K.W., Camp W.K. (eds.): 2005 Vail Hedberg Conference, AAPG Hedberg Series 2008, vol. 3, s. 1-4.
• [9] EIA: Annual Energy Outlook with projections to 2040. U.S. Energy Information Administration 2014, DOE/ EIA-0383(2014), s. 1-269.
• [10] EIA: International Energy Outlook. U.S. Energy Information Administration 2017, #IEO2017, s. 1-76.
• [11] Gradziński R., Doktor M., Kędzior A.: Sedymentacja osadów węglonośnej sukcesji Górnośląskiego Zagłębia Węglowego: kierunki badań i aktualny stan wiedzy. Przegląd Geologiczny 2005, vol. 53, nr 9, s. 734-743.
• [12] Hadro J., Wójcik I.: Metan pokładów węgla: zasoby i eksploatacja. Przegląd Geologiczny 2013, vol. 61, nr 7, s. 404-410.
• [13] Jura D.: Late Variscan and Alpine geodynamics of the Upper Silesian Coal Basin. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego 1997, t. 157(2), s. 169-179.
• [14] Jurczak-Drabek A.: Atlas petrograficzny złóż węgla kamiennego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa 1996.
• [15] Jurczak-Drabek A.: Rozwój mikrofacji organicznej w profilu litostratygraficznym karbonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 2000, vol. 390, s. 5-34.
• [16] Karwasiecka M.: Ewolucja paleogeotermiczna w obszarze Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Centralne Archiwum Geologiczne, Państwowy Instytut Geologiczny 1999, s. 1–74.
• [17] Kiersnowski H., Poprawa P.: Rozpoznanie basenów węglowodorowych Polski pod kątem możliwości występowania i zasobów oraz możliwości koncesjonowania poszukiwań niekonwencjonalnych złóż gazu ziemnego - etap I. Centralne Archiwum Geologiczne (Narodowe Archiwum Geologiczne), Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa 2010.
• [18] Kiersnowski H., Buniak A., Kuberska M., Srokowska-Okońska A.: Występowanie gazu ziemnego w piaskowcach czerwonego spągowca Polski. Przegląd Geologiczny 2010, vol. 58, nr 4, s. 335-346.
• [19] Kosakowski P., Botor D., Kotarba M.: Próba oceny wielkości erozji i warunków paleotermicznych utworów węglonośnych górnego karbonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. [W:] Ney R., Kotarba M. (red.): Opracowanie modeli oraz bilansu generowania i akumulacji gazów w serii węglonośnej Górno - śląskiego Zagłębia Węglowego. Wyd. Centr. PPGSMIE PAN, 1995, s. 41-51.
• [20] Kotarba M., Więcław D., Kosakowski P., Kowalski A.: Charakterystyka geochemiczna substancji organicznej utworów karbonu w południowej części bloku górnośląskiego. [W:] Kotarba M. (red.): Możliwości generowania węglowodorów w skalach karbonu w południowej części bloku górnośląskiego i małopolskiego. Geosfera 2004, rozdz. 4, s. 49-70
• [21]Kotas A.: Niektóre aspekty interpretacji gradientów dojrzałości termicznej osadów karbońskich GZW. Materiały XXIV Sympozjum Formacji Węglonośnych Polski, Kraków 2001,
• [22] Kotas A.: Zarys budowy geologicznej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Przew. LIV Zjazdu Pol. Tow. Geol., Sosnowiec, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1982, s. 45-72.
• [23] Kotas A., Buła Z., Gądek S., Kwarciński J., Malicki R.: Atlas geologiczny Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wydawnictwa Geologiczne, Instytut Geologiczny, Warszawa 1983.
• [24] Kuske T.J., Hall L., Hill T., Troup A., Edwards D., Boreham Ch., Buckler T.: Source Rocks of the Cooper Basin. Search and Discovery Article 2016, #10829.
• [25] Kwarciński J.: Metan z pokładów węgla kamiennego. [W:] Wołkowicz S., Smakowski T., Speczik S. (red.): Bilans perspektywicznych zasobów kopalin Polski wg stanu na 31.XII.2009 r. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa 2011, s. 63-70.
• [26] Law B.E., Bogatsky V.I., Danilevsky S., Galkina L.V., Ulmishek G.F., Spencer C.W.: Basin-centered gas accumulations in the Timan-Pechora basin, Russia. AAPG Annual Convention Program, Book of Abstracts 1996, vol. 5, s. A81.
• [27] Law B.E., Ulmishek G.F., Clayton J.L., Kabyshev B.P., Pashova N.T., Krivosheya V.A.: Basin-centered gas evaluated in Dnieper-Donets basin, Donbas foldbelt, Ukraine. Oil & Gas Journal 1998, vol. 96, nr 47, s. 74-78.
• [28] Law B.E.: Basin-Centered Gas Systems. AAPG Bulletin 2002, vol. 86, nr 11, s. 1891-1919.
• [29] Mazur S., Jarosiński M.: Budowa geologiczna głębokiego podłoża platformy paleozoicznej południowo-zachodniej Polski w świetle wyników eksperymentu sejsmicznego POLO- NAISE '97. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego 2006, t. 188, s. 203-222.
• [30] Matyasik I., Słoczyński T.: Niekonwencjonalne złoża gazu shale gas. Nafta-Gaz 2010, nr 7, s. 167-177.
• [31] Meckel L.D., Smith J.T.: The Austin Chalk: A Vast Resource in the Gulf Coast. AAPG Annual Convention, New Orleans, 25-28.04.1993.
• [32] Meckel L.D., Thomasson M.R.: Pervasive tight-gas sandstone reservoir: an overview. [W:] Cumella S.P., Stanley K.W., Camp W.K. (eds.): Understanding, exploring, and developing tight-gas sands. AAPG Hedberg Series 2008, vol. 3, s. 13-27.
• [33] Meissner F.F.: Mechanisms and patterns of gas generation / storage/expulsion-migration / accumulation associated with coal measures in the Green River and San Juan Basins, Rocky Mountain Region. [W:] Doligez B. (ed.): Migration of hydrocarbons in sedimentary basins. 2nd IFP Exploration Research Conference, Editions Technip, Paris 1987, s. 79-112.
• [34] NEB: Canada's Energy Future 2016: Energy Supply and Demand Projections to 2040 - Natural Gas Production Highlights. National Energy Board, Calgary 2016.
• [35] Popov M.A., Nuccio V.F., Dyman T.S., Gognat T.A., Johnson R.C., Schmoker J.W., Wilson M.S., Bartberger Ch.: Basin-Centered Gas Systems of the US. US Department of the Interior, Geological Survey, Open File Report 2000, OF 01-135, s. 1–299.
• [36] Poprawa P.: Możliwość występowania złóż gazu zamkniętego w głębokich strefach basenu górnośląskiego. Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna GEOPETROL 2018, Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy, Kraków 2018, materiały konferencyjne, s. 187-192.
• [37] Poprawa P., Kiersnowski H.: Perspektywy poszukiwań złóż gazu ziemnego w skałach ilastych (shale gas) oraz gazu ziemnego zamkniętego (tight gas) w Polsce. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 2008, vol. 429, s. 145-152.
• [38] Poprawa P., Kiersnowski H.: Zwięzłe formacje zbiornikowe (tight reservoir) dla gazu ziemnego w Polsce. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 2010, vol. 439, s. 173-180.
• [39] Poprawa P., Buła Z., Jurczak-Drabek A.: Historia termiczna NE części basenu morawsko-śląskiego (strefa górnośląska) - wstępne wyniki modelowania dojrzałości termicznej. Materiały XXIX Sympozjum,,Geologia formacji węglonośnych Polski" 2006, AGH Kraków, s. 105-113.
• [40] Poprawa P., Papiernik B., Maksym A., Machowski G.: New Unconventional Potential of the Mature Petroleum Provinces in Poland. 12th Polish Congress of Oil and Gas Industry Professionals, Cracow 16-18.05.2018. Book of Abstracts, SITPNIG, s. 33-34.
• [41] Roberts S.B.: Geologic Assessment of Undiscovered Petroleum Resources in the Lance-Fort Union Composite Total Petroleum System, Southwestern Wyoming Province, Wyoming and Colorado. [W:] USGS Southwestern Wyoming Province Assessment Team: Petroleum Systems and Geologic Assessment of Oil and Gas in the Southwestern Wyoming Province, Wyoming, Colorado, and Utah. U.S. Geological Survey Digital Data Series 2005, DDS-69-D, s. 1-40.
• [42] Schegge R., Leu W., Greber E.: New exploration concepts spark Swiss gas, oil prospects. Oil & Gas Journal 1997, vol. 95, nr 39, s. 102-106.
• [43] Schwarzer D., Littke R.: Petroleum generation and migration in the 'Tight Gas' area of the German Rotliegend natural gas play: a basin modeling study. Petroleum Geosciences 2007, vol. 13, nr 1, s. 37-62.
• [44] Shanley K.W., Cluff R.M., Robinson J.W.: Factors controlling prolific gas production from low-permeability sandstone reservoirs: implications for resource assessment, prospect development, and risk analysis. AAPG Bulletin 2004, vol. 88, nr 8, s. 1083-1121.
• [45] Sonnenberg S.A., Meckel L.: Our Current Working Model for Unconventional Tight Petroleum Systems: Oil and Gas. AAPG 2017 Annual Convention and Exhibition, Houston, Search and Discovery Article 2017, #80589.
• [46] Spencer C.W.: Review of characteristics of low-permeability gas reservoirs in western United States. AAPG Bulletin 1989, vol. 73, nr 5, s. 613-629.
• [47] Spencer C.W., Szalay A., Tatar E.: Abnormal pressure and hydrocarbon migration in the Bekes basin. Clay Minerals 2006, vol. 41, s. 669-690.
• [48] Surdam R.C.: A new paradigm for gas exploration in anomalously pressured tight gas sands in the Rocky Mountain Laramide Basins. [W:] Surdam R.C. (ed.): Seals, Traps, and the Petroleum System. AAPG Memoir 1997, vol. 67, s. 283-298.
• [49] Surdam R.C., Jiao Z.S., Martinsen R.S.: The regional pressure regime in Cretaceous sandstones and shales in the Powder River Basin. AAPG Memoir 1994, vol. 61, s. 213-234.
• [50] Such P., Leśniak G., Słota M.: Ilościowa charakterystyka porowatości i przepuszczalności utworów czerwonego spągowca potencjalnie zawierających gaz ziemny zamknięty. Przegląd Geologiczny 2010, vol. 58, nr 4, s. 347-351.
• [51] Środoń J., Clauer N., Banas M., Wojtowicz A.: K-Ar evidence for a Mesozoic thermal event superimposed on burial diagenesis of the Upper Silesia Coal Basin. Clay Minerals 2006, vol. 41, s. 669-690.
• [52] Tang X., Zhang J., Shan Y., Xiong J.: Upper Paleozoic coal measures and unconventional natural gas systems of the Ordos Basin, China. Geoscience Frontiers 2012, vol. 3, nr 6, s. 863-873.
• [53] Teper L.: Wpływ nieciągłości podłoża karbonu na sejsmotektonikę północnej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego 1998, vol. 1715,
• [54] Wójcicki A., Kiersnowski H., Dyrka I., Adamczak-Biały T., Becker A., Głuszyński A., Janas M., Kozłowska A., Krzemiński L., Kuberska M., Pacześna J., Podhalańska T., Roman M., Skowroński L., Waksmundzka M.I.: Prognostyczne zasoby gazu ziemnego w wybranych zwięzłych skałach zbiornikowych Polski. Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa 2014, s. 1-65.
• [55] Zdanowski A., Żakowa H. (red.): The Carboniferous system in Poland. Prace Panstwowego Instytutu Geologicznego 1995, t. 148