Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Zastosowanie nieinwazyjnych pomiarów rdzeni wiertniczych do zwiększenia informacji na temat parametrów skał zbiornikowych

Skupio Rafał

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2022

|

nr 237

1--183

PL

Badania przeprowadzone w ramach przygotowywania monografi i ukierunkowane były na utworzenie systemu pomiarowo-interpretacyjnego, którego rezultatem jest otrzymanie wiarygodnych wyników profilowań geofizyki otworowej z dokładnością pomiarów laboratoryjnych. Ciągłe pomiary rdzeni wiertniczych pozwoliły na wygenerowanie profilowań pozbawionych wpływu otworu oraz ułatwiły dopasowanie głębokościowe rdzenia do pomiarów otworowych. W pracy wydzielono cztery główne rozdziały dotyczące: metodyki badawczej wraz z opisem stosowanych urządzeń, częściowych wyników pomiarów rdzeni wykonanych na różnych typach skał, propozycji systemu prowadzenia badań oraz kompleksowej interpretacji danych dla wybranych otworów. Część metodyczna dotyczyła opisu aparatury do ciągłych pomiarów rdzeni wiertniczych w zakresie naturalnej promieniotwórczości gamma (K, U, Th) wraz z aplikacją do pomiarów gęstości objętościowej metodą gamma-gamma, spektrometrów fluorescencji rentgenowskiej XRF do pomiarów składu chemicznego skał oraz tomografi i komputerowej CT do obrazowania struktury rdzeni, jak również wyznaczania gęstości radiologicznej w jednostkach Hounsfi elda (HU). Badania skał przeprowadzono na materiale reprezentującym utwory o zróżnicowanej litologii, takie jak: łupki, piaskowce, wapienie, dolomity, anhydryty, mułowce oraz heterolitowe kompleksy piaskowcowo-mułowcowo-iłowcowe. Wyniki pomiarów wykonanych z zastosowaniem poszczególnych metod zostały szczegółowo opisane oraz zestawione z punktowymi wynikami pomiarów laboratoryjnych i profilowaniami otworowymi. Pomiary testowe wraz z przetwarzaniem i interpretacją danych wykonano na rdzeniach pochodzących z pięciu otworów wiertniczych (T-1, O-4, Pt-1, L-7, P-5H), natomiast kompleksową interpretację wyników badań przeprowadzono dla trzech otworów wiertniczych (J-1, P-4, T-2). Nowa metodyka spektrometrycznych pomiarów gamma pozwoliła na uzyskanie dokładnych koncentracji potasu, uranu i toru, zarówno w skałach o wysokiej, jak i niskiej radioaktywności. Wyniki badań umożliwiły standaryzację archiwalnych profi lowań gamma, wykonanych sondami typu radzieckiego z imp/min do jednostek standardowych API oraz uzyskanie danych na temat zawartości K, U, Th w interwale rdzeni. Zastosowanie źródła Cs-137 w aparaturze do pomiarów gamma umożliwiło przeprowadzenie pomiarów gęstości objętościowej w jednostkach g/cm3. Interpretacja litologiczna wykonana na podstawie pomiarów XRF i modeli mineralogiczno-chemicznych pozwoliła uzyskać profi le o zwiększonej rozdzielczości oraz większej liczbie składników mineralnych w stosunku do interpretacji pomiarów otworowych. Ponadto wykazano, że metodyka pomiarowa XRF może być stosowana podczas kierowania trajektorią otworu wiertniczego. Wyniki badań rdzeni metodą tomografi i komputerowej CT przedstawiono w postaci połączonych obrazów oraz ciągłych krzywych zmian gęstości w jednostkach HU. Zdobyte doświadczenie i przedstawienie pełnego zakresu prac pomiarowych oraz interpretacyjnych pozwoliły na zaproponowanie procedury prowadzenia pełnego zakresu analiz, z uwzględnieniem różnego rodzaju materiału dostarczonego do badań. Procedura uwzględnia zarówno pełny zakres analiz, jak również pomiary wybranych parametrów, w zależności od zapotrzebowania zleceniodawcy.

EN

The research carried out in the monograph aimed to create a measurement and interpretation system which is to obtain reliable results of well logging with the accuracy of laboratory measurements. Continuous core measurements allow for the generation of logging results without the impact of the borehole and facilitate the depth matching of the core to well log data. Four main chapters can be distinguished in this work: research methodology with a description of the devices used; partial results of core measurements made on various types of rocks; a proposal for a research system, and comprehensive data interpretation for selected boreholes. The methodological part concerned the description of the equipment for continuous measurements of cores in the field of natural gamma radioactivity (K, U, Th) with the application for bulk density measurements using the gamma-gamma method, X-ray fl uorescence spectrometers (XRF) for measuring the chemical composition of rocks and computed tomography (CT) for imaging of the core structure as well as determination of radiological density in Hounsfi eld units (HU). Rock studies were carried out on material representing formations of diff erent lithologies, such as shales, sandstones, limestones, dolomites, anhydrite, siltstones and heterolithic sandstone-siltstone-claystone complexes. The results of measurements made using individual methods have been described in detail and compared with the results of laboratory measurements and well logging data. Test measurements with data processing and interpretation were made on the cores from five boreholes (T-1, O-4, Pt-1, L-7, P-5H), whereas a comprehensive interpretation of the results was carried out for three other boreholes (J-1, P-4, T-2). The new methodology of spectral gamma measurements made it possible to obtain precise concentrations of potassium, uranium and thorium in rocks with high and low radioactivity. The results made it possible to standardise the archival gamma-ray logs made with the Russian-type probes from imp/min to API standard units and to obtain data on the content of K, U, and Th in the core intervals. Using the Cs-137 source in the device for the gamma equipment made it possible to carry out measurements of the bulk density in g/cm3 units. The lithological interpretation based on XRF measurements and mineralogical-chemical models allowed to obtain logs with increased resolution and a more signifi cant number of minerals than was the case with the interpretation of the well logging. In addition, it has been shown that the XRF measurement methodology can be used during the geosteering procedure. The results of the core tests using the CT computed tomography method were presented in combined images and continuous curves of density in HU units. The experience and the presentation of the full scope of measurement and interpretation workflow allowed to propose a procedure for conducting a full range of analyses, considering various types of material provided for research. The procedure considers the full range of analyses as well as the measurements of selected parameters depending on the client’s needs.

2

Obrazowanie przestrzeni porowej skał o zróżnicowanej litologii metodą tomografii rentgenowskiej

Drabik Katarzyna, Przelaskowska Anna, Skupio Rafał, Kubik Benedykt

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 10

713--719

PL

W ostatnich latach obserwuje się dynamiczny rozwój laboratoryjnych metod nieniszczących przeznaczonych do badań własności skał. Należy do nich metoda rentgenowskiej tomografii komputerowej (CT), dająca możliwość wizualizacji wewnętrznej przestrzeni porowej skał bez naruszenia ich struktury. W pracy pokazano zastosowanie metody CT w skałach charakteryzujących się znacznym zróżnicowaniem przestrzeni porowej. Zmienność ta związana jest z występowaniem dużej ilości nieregularnie rozmieszczonych porów i kawern oraz szczelin o różnym stopniu wypełnienia. W ramach pracy wykonano obrazowanie przestrzeni porowej wraz z podziałem na porowatość szczelinową i kawernistą dla wybranych fragmentów rdzeni obejmujących wapienie, anhydryty i zlepieńce. Badania przeprowadzono z rozdzielczością 0,130 mm. Na ich podstawie uzyskano wartości porowatości dla metrowych odcinków rdzeni wiertniczych oraz dla wybranych fragmentów rdzenia. W przypadku anhydrytu podział na porowatość związaną z porami (0,18%) i porowatość kawernistą (0,26%) świadczy o stosunkowo dużej zawartości większych pustek w skale, co prawdopodobnie jest związane z rozpuszczaniem soli. Analiza dwóch fragmentów rdzenia wapienia uwidoczniła dużą zmienność struktury przestrzeni porowej. Na porowatość górnego fragmentu składa się, w największym stopniu, porowatość związana z drobnymi pustkami (1,79%). Porowatość pochodząca od kawern to 1,09%, natomiast porowatość szczelinowa stanowi najmniejszy procent porowatości całkowitej i wynosi 0,41%. Porowatość dolnego fragmentu rdzenia jest znacznie niższa. Składają się na nią głównie pory (0,42%) oraz w mniejszym stopniu kawerny (0,25%), natomiast porowatość szczelinowa stanowi zaledwie 0,05%. Porowatość zlepieńca jest bardzo niska (0,29%) i obejmuje głównie drobne pory i kawerny. Zastosowana metoda rentgenowskiej tomografii komputerowej pozwoliła na rozszerzenie charakterystyki przestrzeni porowej w badanych skałach i otrzymanie pełniejszej informacji na temat rozkładu porów, kawern i szczelin w rdzeniach.

EN

In recent years, a dynamic development of non-destructive laboratory methods used in rock measurements has been observed. One of such methods is X-ray computed tomography. It is a very effective method of examining drill cores, enabling the visualization of the internal pore space of rocks without disturbing their structure. This paper shows the application of X-ray computed tomography in rocks characterized by a significant variability of pore space. This variability is related to the presence of a large number of irregularly distributed pores and caverns as well as fractures filled to a various degree with cement or clastic material. In this study, pore space visualization was performed along with the division into fracture and cavernous porosity for selected core sections of limestones, anhydrites and conglomerates. The tests were carried out with a resolution of 0.130 mm. Averaged porosity values were obtained for one meter long sections of drill cores and for selected parts of the cores. In the case of anhydrite, the division into pore-related porosity (0.18%) and cavernous porosity (0.26%) indicates a relatively high content of larger voids in the rock, which is probably related to salt dissolution. Analysis of two limestone core fragments highlighted a large variation in pore space structure. Porosity of the upper fragment is associated mainly with small voids (1.79%). Porosity derived from caverns is 1.09%, while fracture porosity represents the smallest percentage of total porosity at 0.41%. The total porosity of the lower core section is much smaller, consisting mainly of pores (0.42%), to a lesser extent of caverns (0.25%), and fracture porosity accounts for as little as 0.05%. Porosity of the conglomerate is very low (0.29%), consisting mainly of pore-related and cavernous porosity. The method used allowed us to enhance the pore space characterization in the studied rocks and obtain more complete information on the distribution of pores, caverns and fractures in the cores.

3

Kompleksowa interpretacja profilu otworu obejmującego skały anhydrytowe, węglanowe i mułowcowe wykonana na podstawie badań rdzeni wiertniczych z zastosowaniem metod nieniszczących

Skupio Rafał, Kubik Benedykt, Drabik Katarzyna, Przelaskowska Anna

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 9

641--653

PL

Niniejsza praca została poświęcona kompleksowej interpretacji interwałów otworu wiertniczego B-7, w przypadku którego dysponowano rdzeniami zbudowanymi z takich skał jak anhydryty, dolomity, węglany oraz mułowce. Do przeprowadzenia badań wykorzystane zostały dane uzyskane na podstawie ciągłych pomiarów rdzeni wiertniczych z zastosowaniem metod tomografii komputerowej (CT), fluorescencji rentgenowskiej (XRF) oraz naturalnej promieniotwórczości gamma (GR) wraz z pomiarem gęstości objętościowej (gamma-gamma). Wymienione metody wchodzą w zakres pomiarów nieniszczących; z wykorzystaniem odpowiednich kalibracji mogą być prowadzone na połówkach rdzeni archiwalnych. Dla uzyskania szczegółowej interpretacji profilowań rdzeni wiertniczych wymagane jest wykonanie laboratoryjnych pomiarów referencyjnych. W przypadku rdzeni z otworu B-7 badania laboratoryjne przeprowadzono na próbkach pobranych z roboczej części rdzenia. Zakres badań stacjonarnych obejmował pomiary składu chemicznego (ICP-MS/OES), mineralnego (XRD), promieniotwórczości naturalnej gamma (K, U, Th), gęstości objętościowej oraz porowatości. Wyniki pomiarów laboratoryjnych posłużyły do sprawdzenia jakości danych oraz do kalibracji ciągłych pomiarów rdzeni w postaci połówek walca (część archiwalna). Na podstawie skalibrowanych danych XRF i badań XRD utworzono modele mineralogiczno-chemiczne dla skał anhydrytowych, węglanowych i mułowcowych, dzięki którym przeprowadzono interpretację litologiczną. Badania gęstości i porowatości posłużyły do kalibracji krzywych gęstości uzyskanych z metody gamma-gamma oraz CT. W ramach kompleksowej interpretacji danych geofizycznych wyniki z ciągłych pomiarów rdzeni zostały porównane z profilowaniami geofizyki wiertniczej oraz z wynikami badań laboratoryjnych. Łącznie przebadano około 28 metrów rdzeni wiertniczych. Ponadto wykonano zestawienie wyników interpretacji litologicznej z pomiarów otworowych, jak i pomiarów na rdzeniach. Końcowe zestawienia zaprezentowano w postaci krzywych wynikowych oraz słupków litologicznych w domenie głębokości. Wybrane interwały rdzeni pozwoliły na przetestowanie stosowanej aparatury oraz metod interpretacji w szerokim zakresie zmienności litologicznej.

EN

This paper deals with the comprehensive interpretation of the B-7 borehole core intervals, which were composed of rock such as anhydrites, dolomites, carbonates and mudstones. Data obtained on the basis of continuous measurements of cores with the use of computed tomography (CT), X-ray fluorescence (XRF) and natural gamma radioactivity (GR) method with the application of bulk density measurement (gamma-gamma) were used to carry out the study. These methods are included in the scope of non-destructive measurements, and with the use of appropriate calibrations, they can be carried out on the halves of archival cores. For a detailed interpretation of core profiles, laboratory measurements are required for reference values. In the case of cores from the B-7 borehole, laboratory tests were carried out on samples taken from the part of the core intendent for research. The scope of stationary tests included the measurements of chemical composition (ICP-MS/OES), mineral composition (XRD), natural gamma radioactivity (K, U, Th), bulk density and porosity. The results of the laboratory measurements were used to check the quality of the data and to calibrate the continuous measurements of the cores in the form of half cylinders (archival part). On the basis of calibrated XRF data and XRD tests, mineralogical and chemical models were created for anhydrite, carbonate and mudstone rocks, with the use of which lithological interpretation was performed. The density and porosity tests were used to calibrate the density profiles obtained from the gamma-gamma and CT methods of the core measurements. As part of the comprehensive interpretation of geophysical data, the results of continuous core measurements results were compared with the well logging and the laboratory tests. About 28 meters of drill cores were tested in total. Furthermore, the final summaries are presented in the form of the well and core logs as well as lithological interpretation which was made based on the well logs and the measurements of the cores was presented in the depth domain. The selected core intervals allowed for the testing of the equipment and interpretation methods used in a wide range of lithological variability.

4

Określanie składu chemicznego i mineralnego skał z wykorzystaniem przenośnego spektrometru XRF pracującego w atmosferze helu

Skupio Rafał

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 4

227--234

PL

W pracy przedstawiono możliwości prowadzenia pomiarów chemicznych z zastosowaniem przenośnego spektrometru fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją energii EDXRF w atmosferze helu. Metodyka badawcza wraz z tworzeniem modeli i interpretacją danych powstała w oparciu o zastosowanie aparatu XRF firmy Bruker, model Tracer 5g. Prowadzenie pomiarów w atmosferze helu umożliwia obniżenie progów detekcji dla pierwiastków lekkich, w tym określanie udziałów sodu (Na) i magnezu (Mg) oraz pierwiastków wchodzących w zakres spektrometrycznego profilowania gamma: potasu (K), uranu (U) i toru (Th). Jednym z elementów nowej procedury pomiarowej jest przygotowanie preparatów w formie pastylek, przy użyciu prasy hydraulicznej o sile nacisku do 25 ton. Pomiary w atmosferze helu mogą być wykonywane jedynie na materiale skonsolidowanym (lita skała, rdzeń wiertniczy lub twarda pastylka). Materiał do badań został pobrany z rdzeni wiertniczych, następnie skwartowany i rozdzielony na poszczególne analizy. Wyniki analiz XRF uzyskane metodą, w której zastosowano przepływ helu, porównano z wynikami pomiarów wykonanych standardową aparaturą XRF, chemicznych badań laboratoryjnych, analiz składu mineralnego XRD oraz badań naturalnej promieniotwórczości gamma. Analizy XRF bez możliwości prowadzenia pomiarów w atmosferze helu wykonane zostały aparatem Titan S1 (firmy Bruker). Badania przeprowadzono na próbkach skał pochodzących z dwóch otworów wiertniczych – P4 (19 próbek) i J1 (11 próbek). W przypadku P4 dysponowano dokładnymi pomiarami laboratoryjnymi ICP-MS (ang. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), ICP-OES (ang. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) oraz wynikami XRD, natomiast w J1 – wynikami badań radiometrycznych i mineralnych. W próbkach z otworu J1 występowały skalenie oraz dolomit, co umożliwiło przetestowanie budowy modeli uwzględniających te minerały w odniesieniu do wyznaczenia udziałów sodu i magnezu. W końcowej części pracy przedstawiono wykresy korelacyjne dla wybranych, najważniejszych pierwiastków budujących matrycę skalną, modele mineralno–chemiczne zbudowane na ich podstawie oraz wykresy korelacyjne dla spektrometrycznych pomiarów gamma.

EN

In the paper, author presented the possibility of conducting chemical measurements in a helium atmosphere using a portable Energy Dispersive X-Ray Fluorescence spectrometer (EDXRF). The methodology, model creation and data interpretation were based on the Tracer 5g XRF (Bruker) application. Measurements in a helium atmosphere enable the reduction of detection limits for light elements, including the determination of sodium (Na) and magnesium (Mg), as well as elements applied in the spectral gamma-ray profiling range: potassium (K), uranium (U) and thorium (Th). One of the new measurement procedure aspects is the preparation of pellets using a hydraulic press with a pressure of up to 25 tons. Measurements with helium flow can only be performed on a consolidated material (solid rock, drill core, or pellet). The material for the research was taken from the cores, then quartered and divided into individual analyses. The results of the XRF analyses obtained with the helium flow method were compared to measurements made with standard XRF equipment, chemical laboratory tests, the results of XRD mineral analyses, and tests of natural gamma radioactivity. XRF analyses without the possibility of conducting measurements in a helium atmosphere were performed with the Titan S1 apparatus (Bruker). The tests were carried out on rock samples from two boreholes, P4 (19 samples) and J1 (11 samples). In P4, precise laboratory measurements ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry) and XRD results were available, while in the J1, radiometric and mineral tests were performed. Feldspars and dolomites were present in the samples from the J1 borehole, which made it possible to test the construction of models incorporating these minerals in relation to sodium and magnesium. The final part of the work presents correlation diagrams for selected, most essential elements forming the rock matrix, mineral and chemical models built on their basis and correlation diagrams for gamma spectrometric measurements.

5

Możliwości wykorzystania profili litologicznych opracowywanych na podstawie wyników pomiarów składu chemicznego metodą pXRF na próbkach rdzeniowych i okruchowych

Kubik Benedykt, Kowalska Sylwia, Skupio Rafał, Zagórska Urszula, Wolański Krzysztof

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2020

|

R. 23, Nr 2 (256)

4--8

PL

Określenie profilu litologicznego na podstawie pomiarów geofizycznych składu chemicznego sondami typu GEM lub LithoScaner staje się coraz częściej wykorzystywanym narzędziem interpretacji geofizycznej. Analogiczny do pomiarów GEM profil chemiczny, można uzyskać na podstawie pomiarów wykonywanych przenośnym spektrometrem pXRF. Artykuł przedstawia metodykę określania składu mineralnego przewiercanych skał na podstawie tanich i szybkich pomiarów pXRF, w oparciu o modele łączące wyniki analizy składu chemicznego z wynikami badań składu mineralnego (XRD). Dużą zaletą proponowanej metody jest możliwość jej stosowania na próbkach okruchowych, jak również na archiwalnych rdzeniach. Profile litologiczne wykonywane na podstawie analizy składu chemicznego mogą być również stosowane przy profilowaniu geologicznym, dzięki czemu równolegle z opisem sedymentologicznym możemy śledzić zmiany składu mineralnego analizowanych skał, mogą stanowić podstawę interpretacji w ośrodkach cienkowarstwowych, czy wspomagać sterowanie trajektorią otworów kierunkowych.

EN

Determination of lithological profile on the basis of geophysical measurements of chemical composition with GEM or LithoScaner probes is becoming a more and more frequently used tool for geophysical interpretation. A chemical profile analogous to GEM measurements can be obtained on the basis of measurements performed with a portable pXRF spectrometer. The paper presents a methodology for determining the mineral composition of drilled rocks on the basis of cheap and fast pXRF measurements, based on models combining the results of chemical composition analysis with the results of mineral composition tests (XRD). A great advantage of the proposed method is the possibility to use it on aggregate samples, as well as on archival cores. Lithological profiles made on the basis of chemical composition analysis can also be used in geological profiling, so that parallel to sedimentological description we can track changes in mineral composition of analyzed rocks. They can be the basis for interpretation in thin-layer centers or support trajectory control of directional holes.

6

Metodyka określania koncentracji pierwiastków promieniotwórczych frakcji pylastej wydzielonej z przedkarpackich utworów mioceńskich

Skupio Rafał, Łykowska Grażyna

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 10

679--687

PL

Badania zostały przeprowadzone na siedmiu próbkach skał mioceńskich pobranych z rdzenia wiertniczego. Wybrany materiał reprezentował piaskowce, mułowce oraz iłowce. Głównym celem pracy było wydzielenie frakcji pylastej (silt) i określenie jej wpływu na poziom radioaktywności skał miocenu zapadliska przedkarpackiego. W badaniach została wykorzystana metoda wydzielania frakcji pylastej opracowana w Zakładzie Geofizyki Wiertniczej INiG – PIB. Do określenia wielkości siltu wykorzystano klasyfikację Wentwortha, przyjmując jego zakres od 4 µm do 63 µm. Wytypowany materiał skalny przygotowywany był wieloetapowo z zastosowaniem metod zamrażania, przesiewania, wirowania i sedymentacji. W celu określenia typu skał i ich własności wykonano badania pomocnicze, w tym analizy mineralogiczne XRD, chemiczne XRF oraz pomiary gęstości właściwej. Dla określenia zawartości naturalnych pierwiastków promieniotwórczych przeprowadzono szereg badań radiometrycznych. Analizy wykonano na niewielkiej liczbie prób z powodu ich długotrwałego przygotowywania oraz ograniczonej dostępności materiału. Wiarygodne wyznaczenie parametrów poszczególnych frakcji ziarnowych wymagało weryfikacji i udoskonalenia zastosowanych metod badawczych. Pomiary radiometryczne określające naturalną zawartość potasu 40K, uranu 238U oraz toru 232Th wykonano w aparaturze RT-50, wyposażonej w trzycalowy kryształ NaI(Tl). W pierwszej kolejności przeprowadzono standardowe analizy wysuszonych i skruszonych próbek iłowców, mułowców i piaskowców mioceńskich. Kolejne pomiary wykonano na wydzielonej frakcji siltowej oraz – w przypadku jednej próbki – także na pozostałych frakcjach (ilastej i piaszczystej). W tym wypadku analizy prowadzone były wielokrotnie z zastosowaniem nowej procedury umożliwiającej wyznaczenie pierwiastków promieniotwórczych w próbkach o niskiej masie. Wyniki pracy pozwoliły na przybliżone określenie naturalnej promieniotwórczości gamma frakcji pylastej (siltu). Istotnym wnioskiem z pracy jest to, że sam silt nie jest bardziej promieniotwórczy od pozostałych składników skały. W pracy podjęto również próbę określenia wpływu zawartości minerałów ciężkich na naturalną promieniotwórczość badanych skał. W tym celu z próbek skał odseparowano minerały o gęstości powyżej 2,85 g/cm3 i ponownie przeprowadzono serię analiz. Otrzymane wyniki były minimalnie zaniżone, jednak na tyle zbliżone do uzyskanych na próbkach przed separacją, że można wyciągnąć wniosek o braku wpływu minerałów ciężkich na całkowitą radioaktywność skał w badanym rejonie.

EN

The research was performed on seven samples of Miocene rocks collected from the core. The selected material was represented by sandstones, mudstones and claystones. The main goal of the work was to separate the silt fraction and to determine its impact on the level of radioactivity of the Miocene rocks of the Carpathian Foredeep. In this study, the silt fraction separation method developed in the Well Logging Department of INiG – PIB was used. Wentworth classification was used to determine the size of the silt, assuming its range from 4 to 63 µm. The selected rock material was prepared in several stages using the methods of freezing, sieving, centrifugation and sedimentation. Additional tests, including mineralogical XRD, chemical XRF and matrix density measurements were performed to determine the rock types and their properties. A number of radiometric tests were performed to determine the content of natural radioactive elements. The analyses were carried out on a small number of tests because of their long preparation and limited material availability. Reliable determination of the parameters of individual grain fractions required verification and improvement of the applied research methods. Radiometric measurements determining the natural content of potassium 40K, uranium 238U and thorium 232Th were carried out in the RT-50 equipped with a three-inch NaI(Tl) crystal. In the first place, standard analyses were conducted for dried and crushed samples of Miocene claystones, mudstones and sandstones. Further measurements were made on the separated silt fraction and in the case of one sample, also on the remaining fractions (clay and sand). In this case, the analyses were carried out repeatedly using a new procedure enabling the determination of radioactive elements in low-mass samples. The results of the work allowed approximate determination of the natural gamma radioactivity of the silt. An important conclusion is that, silt is no more radioactive than the other components of the rock. This paper also attempted the estimation of the impact of heavy mineral content on the natural radioactivity of the Miocene rocks. For tests purpose, minerals with a density above 2.85 g/cm3 were separated from the rock samples and a series of analyses were carried out once again. The obtained results were minimally understated but close enough to the samples before separation. It can be concluded that the heavy minerals in the tested samples do not affect the total radioactivity of the rocks in the research area.

7

Kalibracja wyników analiz chemicznych piaskowców czerwonego spągowca wykonanych przenośnym spektrometrem XRF

Skupio Rafał, Zagórska Urszula, Kowalska Sylwia

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 1

12--17

PL

Przenośne spektrometry fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją energii (EDXRF) coraz częściej wykorzystywane są do określania składu chemicznego skał na potrzeby przemysłu naftowego. Wyniki badań pozwalają na wspomaganie interpretacji litologicznej lub jej wykonywanie na podstawie modeli mineralogicznych. W przypadku interpretacji ilościowej opartej na wynikach pomiarów przenośnym aparatem XRF wymagana jest wysoka dokładność analiz. W niniejszej pracy przedstawiono problemy, na które trzeba zwrócić uwagę podczas stosowania założonej metodyki pomiarowej, związane głównie z zaniżonymi wynikami dla pierwiastków lekkich (głównych). Testy przeprowadzono na próbkach sproszkowanych, pobranych z rdzeni wiertniczych uzyskanych podczas realizacji otworu wiertniczego ukierunkowanego na skały czerwonego spągowca. Pomiary wykonano przy użyciu spektrometru XRF S1 TITAN firmy Bruker. Przeprowadzone badania dotyczące kalibracji i wprowadzania poprawek pozwoliły na wyeliminowanie dwóch czynników wpływających na niedokładność analiz. Pierwszy z nich to postępujące zużycie lampy rentgenowskiej, które należy sprawdzać poprzez prowadzenie systematycznych pomiarów wzorca. Drugi dotyczy wpływu zmiany gęstości próbki po zmieleniu, co jest istotne w przypadku pierwiastków lekkich (głównie krzemu i glinu), gdyż powoduje obniżenie bezwzględnych wartości w wynikach pomiarów ręcznym aparatem XRF. Z uwagi na rodzaj analizowanego materiału skalnego skupiono się na kalibracji wyników głównych pierwiastków budujących matryce piaskowców czerwonego spągowca. Przedstawiono możliwość kalibracji wyników bezpośrednio w aparaturze, co skutkuje otrzymywaniem skalibrowanych wyników po każdym pomiarze, jak również kalibrację wyników w pliku zewnętrznym. Stosując kalibrację zewnętrzną, można uniknąć błędów spowodowanych zmianą matrycy skalnej, jednocześnie zapewniając możliwość ponownego przeliczenia wyników. Otrzymane współczynniki kalibracyjne znajdują zastosowanie w przypadku skał czerwonego spągowca i wykorzystanego spektrometru XRF z aktualnym oprogramowaniem i kalibracją GeoChem dostarczoną przez producenta. Zmiana któregoś z czynników wymaga przeprowadzenia ponownych badań i rekalibracji wyników. Modele mineralogiczne przygotowane na podstawie analiz XRF mogą być wykorzystane w przyszłości pod warunkiem stosowania odpowiednich współczynników kalibracyjnych.

EN

Handheld X-ray fluorescence spectrometers with energy dispersion (EDXRF) are increasingly used to determine the chemical composition of rocks for the oil and gas industry. The results of our research allow to create or support the lithological interpretation based on mineralogical models. In the case of quantitative interpretation based on the results of measurements using a handheld XRF device, high accuracy of measurements is required. This paper presents the problems to which attention should be paid when applying the assumed methodology, mainly related to the underestimated percentages for light (main) elements. The tests were carried out on powdered samples of drill cores taken from borehole directed to Rotliegend rocks. The measurements were carried out using Bruker’s XRF S1 TITAN spectrometer. The calibration and correction tests led to the elimination of two factors affecting the inaccuracy of the analyses. The first is the progressive aging of the X-ray tube, which should be checked by conducting systematic measurements of the standard reference material. The second concerns the effect of a change in the density of the sample after grinding, which has a significant impact on light elements (mainly silicon and aluminium), causing a decrease in absolute values in the results of measurements using a handheld XRF device. Due to the type of rock material analysed, the focus was on the calibration of the results of the main elements building the Rotliegend sandstone rock matrix. The paper presents the possibility of calibrating the results directly in the device, which results in obtaining calibrated results after each measurement, as well as calibration of results in an external file. By using external calibration, errors caused by changing the rock matrix can be avoided while ensuring that possibility the results can be recalculated. The resulting calibration coefficients are applicable to the Rotliegend rocks and the XRF spectrometer with current software and GeoChem calibrations provided by Bruker. A change in any of the factors requires re-testing and recalibration of the results. Mineralogical models prepared based on XRF analyses can be used in the future, if those appropriate calibration coefficients are used.

8

Portable XRF spectrometer with helium flow as a tool for lithological interpretation

Skupio Rafał

Geology, Geophysics and Environment

|

2020

|

Vol. 46, no. 4

315--320

EN

Portable EDXRF (Energy Dispersive X-Ray Fluorescence) spectrometer with the ability to perform rock tests in a helium atmosphere was applied to prepare unique calibration coefficients and mineralogical models. These data could be used for the chemical profiling, chemostratigraphy, gamma-ray, TOC and lithological interpretation of borehole geological profile. The measurements were conducted on 19 samples of sandstones and compared to the XRF data without helium flow. The acquired dataset was calibrated to the chemical laboratory tests (ICP-MS), gamma-ray spectrometry measurements (RT-50) and combined with the mineralogical data (XRD). The new methodology enables the measurement of sodium and enhances the possibility of detecting magnesium, thorium and uranium, compared to standard handheld XRF spectrometers. The applied method is dedicated to whole cores (without sample preparation) or cuttings which must be cleaned, dried, milled and pressed.

9

Spektrometryczne pomiary gamma rdzeni wiertniczych o niskiej aktywności

Skupio Rafał, Wolański Krzysztof

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 6

324--329

PL

W pracy przedstawiono nową metodykę pomiarową spektrometrii gamma dla rdzeni wiertniczych reprezentowanych przez skały o niskiej aktywności. Opisano w niej części składowe nowo zaprojektowanego spektrometru wraz z dedykowanym oprogramowaniem testowym. Badania prowadzone według zaproponowanej procedury stosowane są głównie do rdzeni formacji piaskowcowych czerwonego spągowca, dla których dotychczas w Polsce nie wykonywano pomiarów gamma. Pierwsze testy na rdzeniach piaskowcowych prowadzono z wykorzystaniem standardowego spektrometru – gamma logger BGO (GL), przy wydłużonym czasie pomiarowym, co pozwoliło uzyskać zaledwie częściowe wyniki dla wybranego odcinka rdzenia. Opracowanie nowego urządzenia wykorzystującego dwa niezależnie mierzące detektory BGO, umieszczone pod kątem 90 stopni w ołowianym tunelu (aparatura GLGT) umożliwiło dwukrotne skrócenie czasu pomiarowego, poprawienie dokładności wyników oraz obniżenie poziomu detekcji dla analizowanych pierwiastków (potas, uran oraz tor). Wstępne badania porównawcze w otworze testowym ukazały różnice pomiędzy aparatem GL i GLGT. Polegały one na poprawie jakości rejestrowanych danych w szczególności dla uranu i toru, które w przypadku standardowych analiz przyjmowały wartości mniejsze od tła pomiarowego. Dodatkowe badania przeprowadzono na wzorcach kalibracyjnych w postaci walca o znanej koncentracji pierwiastków promieniotwórczych, których wyniki posłużyły głównie do oceny rozdzielczości obu metod. Seria pomiarów rdzeni z otworu J-1 pozwoliła otrzymać dokładne wyniki porównawcze z aparatów GL i GLGT, które przedstawiono na tle profilowań geofizyki otworowej oraz badań laboratoryjnych. W przypadku tego testu wyniki z aparatury GLGT wykazały się poprawą dokładności, lepszym dopasowaniem do profilowań oraz poprawą rozdzielczości pionowej w stosunku do geofizyki wiertniczej. Uzyskane wyniki pomiarów spektrometrem GLGT wykorzystano do określenia tła pomiarowego, szacunkowej rozdzielczości oraz określenia dokładnych zawartości potasu, uranu i toru w otworach archiwalnych. Wyniki końcowe przedstawiono w postaci krzywych spektrometrycznego profilowania gamma.

EN

This paper shows a new methodology of gamma spectrometry measurements dedicated to cores represented by rocks of low radioactivity. It describes the components of the newely developed spectrometer and the dedicated testing software. The measurements conducted according to the proposed procedure are mostly applied for Rotliegend formation cores, for which spectral gamma core logging has never been done before in Poland. The first tests on the sandstone cores were conducted using a standard spectrometer – gamma logger BGO (GL) with an extended measurement time, which allowed obtain partial results for chosen core interval. The construction of the new device, which uses two independent BGO detectors placed at a 90-degree angle in lead tunnel shielding (GLGT apparatus), made it possible to twice shorten the measurement time, improve the accuracy of the results, and reduce the detection limit for the analysed elements (potassium, uranium, thorium). Preliminary comparative studies performed on the core from the test borehole showed differences between gamma logger GL and the GLGT device. These differences were visible especially for uranium and thorium data, which in the case of standard (GL) surveys carried values that were lower than the measurement background. Additional measurements were carried out on calibration standards in the form of a cylinder with a known concentration of radioactive elements, the results of which were used for evaluating the core logging resolution of both methods. The series of core measurements from J-1 borehole allowed to obtain accurate comparative results from GL and GLGT devices, which were presented against well logging and laboratory analyses. In the case of this test, the results from GLGT apparatus showed an improvement in measurement accuracy, better fitting to the well logs, and a higher vertical resolution in relation to spectral gamma logs. The results of the measurements performed with a GLGT spectrometer were used to define the measurement background, the estimated resolution, as well as to define the accurate content of potassium, uranium and thorium in the archival boreholes. All the final results were presented as curves of spectral gamma logs.

10

Archival gamma ray logs standardization by nondestructive core measurements of the low‑radioactivity rocks

Skupio Rafał, Kubik Benedyk, Wolański Krzysztof

Acta Geophysica

|

2019

|

Vol. 67, no. 6

1835--1844

EN

The present study analyzes spectral gamma ray data of low-radioactivity rock cores from Rotliegend Basin. The main goal of this research was standardization of archival gamma ray logs measured in counts per minute to American Petroleum Institute units. Selected core intervals, log data, and additional crushed samples covered three different boreholes: J-1, L-7, and K-2 from Zielona Góra Basin, localized in western Poland, where J-1 was a reference borehole. Core measurements were performed on the sandstone and conglomerate formations by Gamma Logger GT spectrometer, which uses two scintillation detectors containing bismuth germanate crystals. In the cores, real concentrations of potassium, uranium, and thorium were acquired what enabled to calculate total content of radioactive elements and total uninfluenced by uranium. Delivered new total GR_GLGT curve from cores allowed accurate standardization of archival GR curves from L-7 and K-2 boreholes. Presented results showed a very good correlation between logs, core data, and laboratory analyses. These data allow precise shale volume reinterpretation.