Ocena przestrzeni porowej skał na podstawie nowoczesnych, laboratoryjnych metod badawczych (jądrowego rezonansu magnetycznego i mikrotomografii rentgenowskiej) na przykładzie piaskowców górnego czerwonego spągowca

• Autorzy: Ciechanowska M. , Dohnalik M. , Zalewska J.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było przedstawienie szerokich możliwości scharakteryzowania geometrii przestrzeni porowej skał zbiornikowych dla ropy naftowej i gazu ziemnego poprzez wykorzystanie w badaniach laboratoryjnych dwóch nowoczesnych metod: jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) oraz mikrotomografii rentgenowskiej (micro-CT). Pierwsza z tych metod, wykorzystująca zjawisko magnetycznej relaksacji jąder wodoru w płynie złożowym nasycającym przestrzeń porową skały oraz w wodzie związanej z minerałami ilastymi, pozwala określić różnego typu porowatości i nasycenia, co już pozwala na wnioskowanie o zbiornikowych parametrach skały. Druga zaś metoda - mikrotomografii rentgenowskiej - daje możliwość przestrzennej wizualizacji struktury porowej poprzez dostarczanie wysokorozdzielczych, trójwymiarowych obrazów, pozwalając m.in. na określenie wielkości porów, ich krętości oraz zdolności do oddawania płynów złożowych. Wykorzystanie obu metod w badaniach rdzeni wiertniczych zwiększa wiarygodność uzyskiwanych charakterystyk petrofizycznych i filtracyjnych ośrodka skalnego, ale także daje możliwość szerszego spojrzenia na wiele problemów związanych z wieloznacznością wyników interpretacji profilowań geofizyki wiertniczej. Materiał badawczy stanowiły rdzenie wiertnicze z pięciu otworów, zlokalizowanych w rejonie na północ i północny-zachód od Poznania. Reprezentowały one utwory górnego czerwonego spągowca, wykształcone jako piaskowce facji eolicznych, osady jeziorne facji plaji oraz przewarstwienia osadów fluwialnych. Wyniki badań pozwoliły na wyróżnienie trzech grup skał o bardzo zróżnicowanych właściwościach, które przede wszystkim odnosiły się do różnego typu osadów. Uzyskano obszerny materiał doświadczalny, który powinien być wykorzystany w procesie poszukiwania złóż węglowodorów w rejonie Poznania, w utworach czerwonego spągowca.

EN

The objective of the study was presentation of broad capabilities of reservoir rocks pore space geometry characterization for oil and natural gas, through use of two advanced methods, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and X-ray computer microtomography (micro-CT) in laboratory experiments. The first of these methods, using phenomenon of hydrogen nuclei magnetic relaxation in reservoir fluid, saturating pore space of a rock, and in water bond in clay minerals, enables determination of various types of porosities and saturations, which itself enables inferring reservoir parameters of the rock. Whereas the second method, X-ray computer microtomography (micro-CT) provides possibility of pore structure spatial visualization, by delivering high-resolution, three-dimensional images, which enables, among others, determination of pore sizes, their tortuosity and capability for reservoir fluids production. Utilization of both methods for examination of drill cores increases reliability of obtained petrophysical and filtration characteristics of rock formation, but also enables possibility of wider insight into many problems connected with ambiguity of geophysical logging results interpretation. Drill cores originating from five boreholes, located within area north and north-west of Poznań were used as research material. They represented Upper Rotliegend formations, formed as Aeolian facies sandstones, lacustrine deposits of playa facies and interbedding of fluvial deposits. The results of examinations enabled to distinguish three rock groups of highly differentiated properties, which first of all were related to various types of deposits. Extensive experimental material has been obtained, which should be used in process of exploration for hydrocarbons within Poznań area, in Rotliegend formations.

Słowa kluczowe

PL

przestrzeń porowa skały; rezonans magnetyczny; mikrotomografia rentgenowska; piaskowce; czerwony spągowiec

EN

rocks pore space; nuclear magnetic resonance (NMR); X-ray computer microtomography; Rotliegend formations; sandstones

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu
• Rocznik: 2012
• Tom: nr 190
• Strony: 1--231
• Opis fizyczny: Bibliogr. 65 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Ciechanowska M.

autor

Dohnalik M.

autor

Zalewska J.

Bibliografia

• 1) Appel M. 2004. Nuclear Magnetic Resonance and Formation Porosity. SPWLA, V45, no 3
• 2) Appoloni C.R., Macedo A., Fernandes C.P., Philippi P.C. 2002. Characterization of porous microstructure by X-ray microtomography. X-ray Spectrometry, v. 31, p.124-127.
• 3) Armbrecht J., Sych T., Robb K., Mavi-Modular Algorithms for Volume Images V 1.9.1, Handbook, Fraunhofer Institut fur Techno- und Wirt-schaftsmathematik, 2006
• 4) Arns J-Y., Arns C.H., Sheppard A.P., Sok R.M., Knackstedt M.A., Pinczewski W.V., 2003. Relative permeability from tomographic images; effect of correlated heterogeneity. Journal of Petroleum Science and Engineering, v. 39, p. 247-259.
• 5) Arns C.H., Knackstedt M.A., Pinczewski W.V., Martys N.S. 2004a. Virtual permeametry on microtomographic images. Journal of Petroleum Science and Engineering, v. 45, p. 41-46.
• 6) Arns C.H. 2004b. A comparison of pore size distributions derived by NMR and X-ray CT techniques. Physica A, v. 339, p. 159-165.
• 7) ASTM E1441-97. Standard guide for computed tomography (CT) imaging. Technical report, American Society for Testing and Materials, 1997
• 8) Basan P.B., Lowden D.B., Strobel J., 2003. Maximising the Value of NMR Core Data for Geologists and Petrophysicist. AAPG International Conference Barcelona, Spain September 21024
• 9) Ciechanowska M. i Zespół: Zastosowanie pomiarów jądrowego rezonansu magnetycznego do określania geofizycznych parametrów skał, Archiwum INiG, zlec.266/SW, 2001
• 10) Ciechanowska M., Zalewska J. 2002. Analiza zbiornikowych własności skał przy wykorzystaniu zjawiska jądrowego rezonansu magnetycznego NMR, Nafta-Gaz, nr 1
• 11) Ciechanowska M., Zalewska J. 2004. Badania właściwości uszczelniających kamienia cementowego metodą jądrowego rezonansu magnetycznego. Konf-Nauk.Techn. Geopetrol 2004, Prace IGNiG, Kraków
• 12) Chang D., Vinegar H., Morris Ch., Straley Ch. 1997. Effective Porosity, Producible Fluid and Permeability in Carbonates from NMR Logging, The Log Analyst, March-April, p.60-72, 1997
• 13) Chen Q., Kinzelbach W., Ye, C., Yue Y. 2002. Variations of Permeability and Pore Size Distribution of Porous Media with Pressure, Journal of Environmental Quality, 31: 500-505
• 14) Coates G.R., Xiao R., Prammer M.G. 1999. NMR Logging Principles and Applications, Halliburton Energy Services, Houston
• 15) Coles, M.E., Hazlett, R.D., Spanne, P., Soll, W.E., Muegge, E.L., Jones, K.W. 1998a. Pore level imaging of fluid transport using synchrotron X-ray microtomography. Journal of Petroleum Science and Engineering, v. 19, p. 55-63.
• 16) Coles M.E., Hazlett R.D., Muegge E.L., Jones K.W., Andrews A., Dowd B., Siddons P., Peskin A., Spanne P., Soll W.E. 1998b. Developments in synchrotron X-ray microtomography with applications to flow in porous media. SPE Reservoir Evaluation & Engineering, v 1, p. 288-296.
• 17) Dastidar R. 2004. Integrating NMR with other petrophysical parameters to characterize a turbidite reservoirs. Uniwersity of Oklahoma
• 18) Duliu O.G. 1999. Computer axial tomography in geosciences: an overview. Earth-Science Reviews 48, 265-281
• 19) Ehrenberg S.N., Eberli G.P., Keramati M., Moallemi S.A., 2006. Porosity, permeability relationships in interlayered limestone-dolostone reservoirs. AAPG Bulletin, v. 90, p. 91-114.
• 20) Glemser C.T., 2007. Petrophysical and geochemical characterization of Midale Carbonates from the Weyburn oilfield using synchrotron x-ray computed microtomography. Thesis
• 21) Guiheneuf T., Xie. 2000: Maran Ultra User Manuals. Maran Ultra Pulse Programming and Pulse Sequence User Manual. Resonance Instrument.
• 22) Ikeda S., Nakano T., Nakashima Y. 2000. Three dimensional study on the interconnection and shape of crystals in a graphic granite by X-ray CT and image analysis. Mineralogical Magazine 64, p. 945-959.
• 23) Jarzyna J. 1998. Otworowe profilowanie jądrowego rezonansu magnetycznego — nowa, efektywna metoda wyznaczania właściwości zbiornikowych skał. Nafta-Gaz, nr 5, p.215-222
• 24) Jarzyna J. 2000. Wykorzystanie zjawiska jądrowego rezonansu magnetycznego w laboratoryjnych badaniach próbek skał. Przegląd Geologiczny. Vo1.48, nr 8, s.719-726
• 25) Jarzyna J., Puskarczyk E., Wójcik A., Semyrka R. 2007. Pomiary NMR oraz badania porozymetryczne na wybranych próbkach skał z Karpat Zachodnich. Geologia 2007, tom 33, zeszyt 4/1, str. 211-236
• 26) Karnkowski P.H. 1987. Litostratygrafia czerwonego spągowca w Wielkopolsce. Kwartalnik Geologia T.31, nr 4, 643-672.
• 27) Karnkowski P. 1991. Problems of tectonic movements in the Rotliegendes [Eng. Summ.]. Przegl. Geol., 39, 7-8: 352-356
• 28) Karnkowski P.H. 1994. Rotliegend lithostratigraphy in the central part of the Polish Permian Basin. Kwart. Geol. V.38, no.1, p.27-42.
• 29) Kayser A., Knackstedt M., Ziauddin M. 2006. A closer look at pore geometry, Oilfield Review, v 18, no. 1, p. 4-13.
• 30) Kenyon W.E. 1992. Nuclear magnetic resonance as a petrophysical measurement, Nuclear Geophysics, 6(2): 153-171.
• 31) Kenyon B., Kleinberg R., Straley C., Gubelin G., Morriss C., 1995. Nuclear magnetic Resonance Imaging Technology for the 21st Century. Oilfield Review, 7, 3
• 32) Kenyon W.E. 1997. Petrophysical Principles of Applications of NMR Logging, The Log Analyst, 38 (2): 21-43
• 33) Ketcham R.A., Carlson W. 2001. Acquisition, optimization and interpretation of X-ray computed tomographic imagery: applications to the geosciences. Computers & Geosciences 27 p. 381-400
• 34) Kiersnowski H. 1997. Depositional development of the Polish Upper Rotliegend Basin and evolution of its sediment source areas. Geol. Quart. V.41, no 4, 433-456.
• 35) Kiersnowski H. 1998. Architektura depozycyjna basenu czerwonego spągowca. [w:] Analiza basenów sedymentacyjnych Niżu Polskiego. Prace PIG CLXV, 113-128. 48;
• 36) Klaja J., Gąsior I, 2008. Zastosowanie metody magnetycznego rezonansu jądrowego do oceny parametrów zbiornikowych skał na przykładzie złoża 49 gazu ziemnego Palikówka. Prace Instytutu Nafty i Gazu, Nr 155 str. 1- 77
• 37) Klaja J., Gąsior I., 2010. Ilościowa ocena przestrzeni porowej zajętej wodą związaną w iłach, z wykorzystaniem metody magnetycznego rezonansu jądrowego. Nafta-Gaz nr 3, s.178-18
• 38) Kleinberg R.L., Vinegar H.J. 1996. NMR Properties of Reservoir Fluids. The Log Analyst, November-December, p.20-32
• 39) Kozeny, J.- 1927- Ueber kapillare leitung des wassers im boden. Sitzungsberichte Wiener Akademie, v. 136 (2a), p. 271-306.
• 40) Kwolek K. 2000. Wiek ruchów tektonicznych w strefie dyslokacyjnej Poznań-Kalisz, monoklina przedsudecka. Prz.Geol. nr 9 s.804-814.
• 41) Leśniak G. i Zespół. 2009. Określenie procesów prowadzących do po- wstania anomalnie niskiej porowatości I przepuszczalności w piaskowcach eolicznych w rejonie Poznań-Kalisz-Konin oraz perspektywy odkryć złóż typu "tight gas" w tej strefie. Dokumentacja zlec.395/SG. Archiwum INIG
• 42) Lindquist W.B., Lee S. 1996. Medial axis analysis of void structure in threedimensional tomographic images of porous media. Journal of Geophysical Research, v. 101 (B4), p. 8297-8310.
• 43) Lindquist W.B., Venkatarangan A., Dunsmuir J., Wong T-f. 2000. Pore and throat size distributions measured from synchrotron X-ray tomographic images of Fontainebleau sandstones. Journal of Geophysical Research, v. 105, p. 21509-21527.
• 44) Lindquist W.B., Venkatarangan A. 1999. Investigating 3D geometry of porous media from high resolution images. Physics and Chemistry of the Earth (A), v 25, p. 593-599.
• 45) Moss A.K., Zacharapoulos A., De Freitas M.H. 2003. Shale Volume Estimates from NMR Core Data. Society of Core Analysts SCA2003-66, p.1-6
• 46) Ostroff G.M., Shorey D.S., Georgi D.T. 1999. Integration of NMR and conventional log data for improved petrophysical evaluation of shaly sands. SPWLA 40th Annual Logging Symposium, Oslo, p.0001-4
• 47) Padhy, G.S., Lemaire, C., Amirtharaj, E.S., Ioannidis, M.A., 2007. Pore size distribution in multiscale porous media as revealed by DDIF-NMR, mercury porosimetry and statistical image analysis. Journal of Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, v. 300, p. 222-234
• 48) Pokorski J., 1981: Propozycja formalnego podziału litostratygraficznego czerwonego spągowca na Niżu Polskim. Kwart. Geol. T.25, nr 1, 41-58.
• 49) Prodanović M., Lindquist W.B., Seright R.S. 2007. 3D image-based characterization of fluid displacement in a Berea core. Advances in Water Resources, v.30, p. 214-226.
• 50) Pullan B.R., Ritchings R.T., Isherwood I. 1981. Accuracy and meaning of computed tomography attenuation values, volume 5 of Radiology of the skull and brain: Technical aspects of computed tomography, chapter 111, pages 3904{3917. The C.V. Mosby Company, St.-Louis (III.)
• 51) Puskarczyk E., Jarzyna J. Ocena własności zbiornikowych skał z wykorzystaniem magnetycznego rezonansu jądrowego oraz innych metod badania przestrzeni porowej. Geopetrol 2008. Prace INIG nr 150, str.521-526
• 52) Remeysen K., Swennen R. 2008. Application of microfocus computed tomography in carbonate reservoir characterization: Possibilities and limitations. Marine and Petroleum Geology 25 p. 486-499
• 53) Rivers M. - Tutorial Introduction to X-ray Computed Microtomography Data Processing. University of Chicago, 1999
• 54) Spanne, P., Rivers, M.L.- 1987- Comperterized microtomography using synchrotron radiation from the NSLS. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, v. 24-25, p. 1063-1067.
• 55) Timur A. 1969. Pulsed nuclear magnetic resonance studies of porosity, movable fluid permeability of sandstones, Journal of Petroleum Technology, 21: 775-786
• 56) Van Geet, M., Swennen, R., Wevers, M., 2000. Quantitative analysis of reservoir rocks by microfocus X-ray computerised tomography. Sedimentary Geology 132, 25-36
• 57) Van Geet, M., Swennen, R., Wevers, M., 2001. Towards 3-D petrography: application of microfocus computer tomography in geological science. Computers and Geosciences 27, 1091-1099
• 58) Van Geet M., Lagrou D., Swennen R. 2003. Porosity measurements of sedimentary rocks by means of microfocus X-ray computed tomography (µCT). Geological Society, London, Special Publications 2003 volume 215: 51-60.
• 59) Washburn E.W., 1921. Note on a Method of Determining the Distribution of Pore Size in a Porous Material. Proceedings of the National Academy of Science, vol. 7, 115
• 60) Wellington S.L., Vinegar H.J. 1987. X-ray computerized tomography. Journal of Petroleum Technology, v 39, p. 885-898
• 61) Vinegar, H.J.- 1986- X-ray CT and NMR imaging of rocks. Journal of Petroleum Technology, v. 38, p. 257-259.
• 62) Zalewska J., Dohnalik M., Poszytek A. 2009. Wizualizacja i analiza przestrzeni porowej piaskowców czerwonego spągowca metodą rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej (micro-CT). Prace INiG nr 161, monografia, 1-83
• 63) Zalewska J. i Zespół. 2010. Ocena przestrzeni porowej piaskowców górnego czerwonego spągowca w rejonie Golęczewo-Rokietnica z wykorzystaniem jądrowego rezonansu magnetycznego i rentgenowskiej. Dokumentacja zlec.454/SW. Archiwum INIG, 2010
• 64) Zalewska J., Dohnalik M., Poszytek A. - Ocena przestrzeni porowej piaskowców z wykorzystaniem nowoczesnych metodyk badawczych jądrowego rezonansu magnetycznego i mikrotomografii rentgenowskiej. Nafta-Gaz nr 2, 2010, 85-95
• 65) Zalewska J. i Zespół — Rentgenowska mikrotomografia komputerowa w badaniu skał węglanowych. Prace Naukowe INiG nr 171, monografia 2010, 1-263