Wpływ zailenia na wartości parametrów sprężystych w osadach miocenu

• Autorzy: Lis-Śledziona Anita , Mroczkowska-Szerszeń Maja

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.01.03

Warianty tytułu

EN

The impact of shale volume on the elastic properties values in the Miocene deposits

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Parametry sprężyste minerałów ilastych są słabo rozpoznane głównie z powodu niewielkich rozmiarów ziaren tych minerałów i trudności w wyizolowaniu pojedynczych kryształów tak, aby pomierzyć ich własności akustyczne. Do tej pory własności sprężyste minerałów ilastych określano za pomocą obliczeń teoretycznych lub przez połączenie wyników badań eksperymentalnych i obliczeń teoretycznych. Celem artykułu było określenie wpływu zawartości minerałów ilastych na wartości prędkości fali P oraz fali S. Jak wiadomo, wartości parametrów sprężystych ściśle zależą od porowatości. Jednak niebagatelny wpływ na te wartości ma także zawartość minerałów ilastych. W badanym ośrodku do głównych minerałów ilastych zaliczamy: illit (25–30%), minerały mieszanopakietowe illit/smektyt (5–10%) oraz kaolinit (0,5–1,3%). Występują także krzemiany warstwowe w postaci chlorytu (2–9%). Pierwszym etapem pracy było przeprowadzenie badań laboratoryjnych na dziewięciu próbkach pochodzących z osadów miocenu z profilu odwiertu R-1. Pomiary zawartości poszczególnych minerałów wykonano metodą spektroskopii w podczerwieni FTIR (Fourier-transform infrared spectroscopy) za pomocą przystawki ATR (attenuated total reflectance). Ponadto przeprowadzono pomiary prędkości fali P i fali S. Z uwagi na wysoką kruchość badanych próbek pomiary prędkości wykonano w warunkach statycznych. Na podstawie otrzymanych prędkości policzono wartości modułów sprężystości. W oparciu o pomierzone parametry zbudowano model mineralogiczny oraz wyliczono porowatość. Pomierzone statyczne wartości prędkości fal P i S przeliczono do wartości dynamicznych. Korzystając ze wzoru Castagny, obliczono wartości prędkości fali S. Finalnym etapem pracy było określenie zależności pomiędzy zawartością minerałów ilastych a wartościami prędkości fali P, prędkością fali S oraz modułami sprężystości: modułem Younga i modułem sprężystości objętościowej. Przedstawiono także zależność prędkości fali P od wartości prędkości fali S dla różnych zakresów zawartości materii ilastej przy wykorzystaniu modelu Greenberga–Castagny dla utworów piaszczysto-ilastych.

EN

The elastic parameters of clay minerals are poorly recognized mainly due to the small size of clay minerals and the difficulty in isolating individual crystals to measure their acoustic properties. So far the effective elastic properties of clays have been derived either by theoretical computation, or by a combination of theoretical and experimental investigations on clay mixtures. The aim of the article was to determine the effect of clay mineral content on the values of P-wave velocity and S-wave velocity. In the research area, the main clay minerals are: illite (25–30%), interstratified clay minerals illite/smectite (5–10%) and kaolinite (0.5–1.3%). There are also silicates present in the formation in the form of chlorite (2–9%). The first stage of the work consisted in laboratory tests on nine samples from Miocene deposits from the R-1 well. The FTIR (Fourier Transformed Infrared Spectroscopy) was used to measure the content of individual minerals using ATR (Attenuated Total Reflectace) technique. In addition, P- and S-waves velocity measurements were performed. Due to the high brittleness of the tested samples, the velocity measurements were performed under static conditions. The values of the elastic modulus were calculated based on measured velocities. The mineralogical model was built and calibrated based on the measured clay content and porosity was calculated. As is well known, the values of elastic parameters are closely related to the porosity. However, the content of clay minerals also has a considerable impact on the values of elastic parameters. Static values of P-wave and S-wave velocity were converted to dynamic values. Using the Castagna formula, the values of S-wave velocity were calculated. The final stage of the work consisted in determining the relationship between the clay mineral content and P-wave velocity values, S-wave velocity and elastic moduli: the Young modulus, the bulk modulus. The relationship between P-wave velocity and S-wave velocity for different ranges of clay content was presented using the Greenberg–Castagna model for clastic silicate rocks.

Słowa kluczowe

PL

moduły sprężystości; minerały ilaste; prędkości fal sprężystych; utwory piaszczysto-ilaste; miocen

EN

elastic moduli; clay minerals; velocity of elastic waves; sandy-shaly formation; Miocene

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 1
• Strony: 18--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Lis-Śledziona Anita

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Mroczkowska-Szerszeń Maja

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Bała M., 2017. Charakterystyka parametrów sprężystych określonych na podstawie pomiarów geofizyki otworowej i modelowań teoretycznych w wybranych formacjach w otworach basenu bałtyckiego i wierconych na szelfie. Nafta-Gaz, 8: 558–570. DOI: 10.18668/NG.2017.08.03.
• Bowman T., 2010. Direct Method for Determining Organic Shale Potential from Porosity and Resistivity Logs to Identify Possible Resource Plays. Adapted from oral presentation at session, Genesis of Shale Gas – Physicochemical and Geochemical Constraints Affecting Methane Adsorption and Desorption. AAPG Annual Convention, New Orleans, LA.
• Castagna J.P., Batzle M.L., Eastwood R.I., 1985. Relationships between compressional-wave and shear-wave velocities in clastic silicate rocks. Geophysics, 50: 571–581.
• Castagna J.P., Batzle M., Kan T.K., 1993. Rock physics – The link between rock properties and AVO response. [W:] Castagna J.P., Backus M.M. (eds.). Offset-dependent reflectivity – Theory and practice of AVO analysis. SEG Investigations in Geophysics Series, 8: 135–171.
• Katahara K.W., 1996. Clay mineral elastic properties. SEG Annual Meeting Expanded Technical Programme Abstracts, paper RP1.4.
• Madejova J., Komadel P., 2001. Baseline studies of the clay minerals society source clays: infrared methods. Clays and Clay Minerals, 49(5): 410–432. DOI: 10.1346/CCMN.2001.0490508.
• Marion D., Nur A., Han D., 1992. Compressional velocity and porosity in sand-clay mixtures. Geophysics, 52(4): 554–563.
• Mavko G., Mukerji T., Dvorkin J., 2003. The Rock Physics Hand-book. Tools for seismic analysis in Porous media. Cambridge University Press.
• Mondol N.H., Jahren J., Bjorlykke K., 2008. Elastic properties of clay minerals. The Leading Edge, 27(6): 758–770. DOI:10.1190/1.2944161.
• Puskarczyk E., Krakowska P., Wawrzyniak-Guz K., Jarzyna J., 2017. Badania prędkości fal sprężystych i charakterystyka naprężeniowoodkształceniowa w warunkach trójosiowego ściskania dla wybranych skał klastycznych i węglanowych. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, 101: 313–322.
• Słota-Valim M., 2015. Static and dynamic elastic properties, the cause of the difference and conversion methods – case study. Nafta-Gaz, 11:816–826. DOI: 10.18668/NG2015.11.02.
• Wang Z., Wang H., Cates M.E., 2001. Effective elastic properties of solid clays. Geophysics, 66: 428–440.
• Woeber A.F., Katz S., Ahrens T.J., 1963. Elasticity of selected rocks and minerals. Geophysics, 28: 658–663.
• Zhu F., Gibson R.L., Estil R., 2001. A critical clay content model of Sand-Shale mixtures from log data in the Gulf of Thailand. SEG,Expanded Abstract: 1–5.
• Zych I., Smółka-Gnutek P., 2014. Zastosowanie atrybutów sejsmicznych w konstrukcji modelu petrofizycznego na przykładzie mioceńskich utworów zapadliska przedkarpackiego. Przegląd Geologiczny, 62(12): 848–851.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).