Ocena przydatności wykorzystania geometrycznych parametrów przestrzeni porowej z obrazów tomograficznych w kontekście pomiarów NMR, porozymetrii rtęciowej i porozymetrii helowej

• Autorzy: Drabik Katarzyna , Krakowska-Madejska Paulina , Puskarczyk Edyta , Dohnalik Marek

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.11.02

Warianty tytułu

EN

The study of application of geometric parameters of the pore space from tomographic images in the context of NMR measurements, mercury porosimetry and helium porosimetry

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Głównym celem pracy była ocena przydatności wyników interpretacji ilościowej, uzyskanej z obrazowania wewnętrz­nej struktury próbek skał z wykorzystaniem metody tomografii komputerowej, do szacowania parametrów zbiornikowych takich jak porowatość czy przepuszczalność. W pracy badano zależności korelacyjne pomiędzy parametrami przestrzeni porowej uzyskanymi z analizy obrazów tomografii komputerowej a wynikami standardowych badań laboratoryjnych. Materiał badawczy składał się z próbek piaskowców czerwonego spągowca, facji eolicznej, pobranych z obszaru Niżu Polskiego. Do analiz wybrano kilkadziesiąt próbek skał piaskowców czerwonego spągowca, dla których policzono 69 parametrów. Interpretacja jakościowa i ilościowa polegała na porównaniu parametrów otrzymanych z analizy obrazu tomograficznego z wcześniej uzyskanymi wynikami analiz laboratoryjnych obejmujących następujące metody badawcze: porozymetrię helową (Por.He), spektrometrię jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR), porozymetrię rtęciową (Por.Hg) i przepuszczalność absolutną (przepuszcz). Utworzono macierze korelacji dla wszystkich dostępnych parametrów, do pracy wybrano korelacje istotne, o najwyższym współczynniku korelacji liniowej. Zaobserwowano istotne zależności liniowe pomiędzy parametrami wyznaczonymi z analizy obrazów CT i innych metod badawczych. Uzyskano modele pozwalające na szacowanie przepuszczalności, porowatości i zawartości wody nieredukowalnej na podstawie parametrów geometrycznych otrzymanych z obrazów tomograficznych (współczynnik kształtu, charakterystyka Eulera czy powierzchnia właściwa). W efekcie możliwe jest wstępne oszacowanie parametrów petrofizycznych jedynie na bazie wyników z nieniszczącej metody CT. W przypadku obrazowania tomograficznego pełnych rdzeni uzyskane związki pozwalają na wstępną estymację rozkładu porowatości i gęstości objętościowej w całym rdzeniu, co może być pomocne podczas typowania miejsc do poboru próbek rdzeni przeznaczonych do szczegółowych badań laboratoryjnych.

EN

The main purpose of the study was to assess the usefulness of the results of quantitative interpretation of computed tomography (CT) images of rocks’ pore structure for the estimation of reservoir parameters, such as porosity and permeability. This study presents results of correlation analyses between the pore space parameters obtained from the analysis of computed tomography images and the results of standard laboratory tests. The research material consisted of samples representing Rotliegend sandstones of aeolian facies, collected from core material from wells located in the Fore-Sudetic Monocline. Several dozen samples were selected for analysis, for which 69 parameters were calculated. The qualitative and quantitative interpretation consisted in comparing the parameters obtained from the analysis of the tomographic images with the previously obtained results of laboratory analyzes including the following research methods: helium porosimetry (Por.He), nuclear magnetic resonance spectrometry (NMR), mercury porosimetry (Por.Hg) and absolute permeability (let it pass). Correlation matrices for all available parameters were determined, significant correlations with the highest coefficient of linear correlation were selected as a subject of this work. Significant linear relationships were observed between the parameters determined from the analysis of CT images and other research methods. Models that were obtained allowed to estimate the permeability, porosity, and irreducible water content based on geometrical parameters obtained from tomographic images (shape factor, Euler characteristic or specific surface area). The important result of this work is the possibility to estimate petrophysical parameters based on the results of the non-destructive CT method only. In the case of tomographic imaging of whole cores, the obtained results allow for a preliminary estimation of the porosity and volume density distribution in the entire core, which may be helpful in selecting representative samples of core for detailed laboratory tests.

Słowa kluczowe

PL

tomografia komputerowa; czerwony spągowiec; NMR; porozymetria; poROSE

EN

computed X-ray tomography; Permian Rotliegend Sandstone; NMR; mercury porosimetry; poROSE

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 11
• Strony: 725--735
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Drabik Katarzyna

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Krakowska-Madejska Paulina

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

autor

Puskarczyk Edyta

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

autor

Dohnalik Marek

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Backeberg N.R., Iacoviello F., Rittner M., Mitchell T.M., Jones A.P., Day R., Wheeler J., Shearing P.R., Vermeesch P., Striolo A., 2017. Quantifying the anisotropy and tortuosity of permeable pathways in clay-rich mudstones using models based on X-ray tomography. Science Reports, 7: 14838. DOI: 10.1038/s41598-017-14810-1.
• Cnudde V., Boone M., 2013. High-resolution X-ray computed tomography in geosciences: A review of the current technology and applications. Earth-Science Reviews, 123: 1–17. DOI: 10.1016/j.earscirev.2013.04.003.
• Dohnalik M., 2013. Zwiększanie możliwości wyznaczania parametrów zbiornikowych skał z wykorzystaniem rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej. Praca doktorska, Biblioteka Główna AGH, Kraków.
• Dohnalik M., Ziemianin K., 2020. Charakterystyka utworów czerwonego spągowca w aspekcie badań rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej i mikroskopii optycznej. Nafta-Gaz, 11: 765–773. DOI: 10.18668/NG.2020.11.01.
• Guo X., Shen Y., He S., 2015. Quantitative pore characterization and the relationship between pore distributions and organic matter in shale based on Nano-CT image analysis: A case study for a lacustrine shale reservoir in the Triassic Chang 7 member, Ordos Basin, China. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 27: 1630–1640. DOI: 10.1016/j.jngse.2015.10.033.
• Kaczmarek Ł., Kozłowska A., Maksimczuk M., Wejrzanowski T., 2017. The use of X-ray computed microtomography for graptolite detection in rock based on core internal structure visualization. Acta Geologica Polonica, 67: 299–306. DOI: 10.1515/agp-2017-0010.
• Karpyn Z.T., Alajmi A., Radaelli F., Halleck P.M., Grader A.S., 2009. X-ray CT and hydraulic evidence for a relationship between fracture conductivity and adjacent matrix porosity. Engineering Geology, 103: 139–145. DOI: 10.1016/j.enggeo.2008.06.017.
• Kiersnowski H., 1997. Depositional development of the Polish Upper Rotliegend Basin and evolution of its sediment source areas. Geological Quarterly, 41(4): 433–456.
• Kiersnowski H., Buniak A., 2006. Evolution of the Rotliegend Basin of northwestern Poland. Geological Quarterly, 50(1): 119–138.
• Kiersnowski H., Buniak A., Kuberska M., Srokowska-Okońska A., 2010. Występowanie gazu ziemnego zamkniętego w piaskowcach czerwonego spągowca Polski. Przegląd Geologiczny, 58(4): 335–346.
• Krakowska P., Dohnalik M., Jarzyna J., Wawrzyniak-Guz K., 2016. Computed X-ray microtomography as the useful tool in petrophysics: A case study of tight carbonates Modryn formation from Poland. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 31: 67–75. DOI: 10.1016/j.jngse.2016.03.011.
• Krakowska P., Puskarczyk E., Jędrychowski M., Habrat M., Madejski P., Dohnalik M., 2018. Innovative characterization of tight sandstones from Paleozoic basins in Poland using X-ray computed tomography supported by nuclear magnetic resonance and mercury porosimetry. Journal of Petroleum Science and Engineering, 166: 389–405. DOI: 10.1016/j.petrol.2018.03.052. Krakowska-Madejska P., Puskarczyk E., Habrat M., Madejski P., Dohnalik M., Jędrychowski M., 2021. Development of a Permeability Formula for Tight and Shale Gas Reservoirs Based on Advanced High-Precision Lab Measurement Techniques. Energies, 14(9): 2628. DOI: 10.3390/en14092628.
• Lu X., Armstrong R.T., Mostaghimi P., 2018. High-pressure X-ray imaging to interpret coal permeability. Fuel, 226: 573–582. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.03.172.
• Madejski P., Krakowska P., Habrat M., Puskarczyk E., Jędrychowski M., 2018. Comprehensive approach for porous materials analysis using a dedicated preprocessing tool for mass and heat transfer modeling. Journal of Thermal Science, 27: 479–486. DOI: 10.1007/s11630- 018-1043-y.
• Ohser J., Schladitz K., 2009. 3D images of material structures. Wiley-VCH. poROSE, 2019. Pomoc programu poROSE.
• Shiqi L., Sang S., Wang G., Ma J., Wang X., Wang W., Du Y., Wang T., 2017. FIB-SEM and X-ray CT characterization of interconnected pores in high-rank coal formed from regional metamorphism. Journal of Petroleum Science and Engineering, 148: 21–31. DOI: 10.1016/j.petrol.2016.10.006.
• Soulaine C., Gjetvaj F., Garing C., Roman S., Russian A., Gouze P., Tchelepi H.A., 2016. The Impact of Sub-Resolution Porosity of X-ray Microtomography Images on the Permeability. Transport of Porous Media, 113: 227–243. DOI: 10.1007/s11242-016-0690-2.
• Vásárhelyi L., Kónya Z., Kukovecz A., Vajtai R., 2020. Microcomputed tomography-based characterization of advanced materials: a review. Materials Today Advances, 8: 1–13. DOI: 10.1016/j.mtadv.2020.100084.
• Wang J., Zhao J., Zhang Y., Wang D., Li Y., Song Y., 2016. Analysis of the effect of particle size on permeability in hydrate-bearing porous media using pore network models combined with CT. Fuel, 163: 34–40. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.09.044.
• Wolański K., Zarudzki W., Kiersnowski H., Dohnalik M., Drabik K., 2016. Wykorzystanie tomografii komputerowej w badaniu rdzeni skał. Nafta-Gaz, 12, 1035–1042. DOI: 10.18668/NG.2016.12.04.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).