Właściwości filtracyjne utworów górnego czerwonego spągowca a jego wykształcenie facjalne

• Autorzy: Such, P. , Maliszewska, A. , Leśniak, G.

Warianty tytułu

EN

Filtration properties of upper-Rotliegendes formations and their facial development

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Basen górnego czerwonego spągowca w Polsce Zachodniej zawiera kompleksy skał zbiornikowych gazu ziemnego, a ostatnio rośnie jego znaczenie jako ewentualnych utworów zbiornikowych dla podziemnych magazynów gazu (PMG). Początkowo badano głównie przystropowe części profilu tej formacji. Prowadzone ostatnio badania pełnych profili czerwonego spągowca ujawniły istnienie skał o dobrych właściwościach zbiornikowych również w warstwach głębiej zalegających, uformowanych w różnych środowiskach depozycyjnych. Innym impulsem aktywizacji badań w czerwonym spągowcu były pierwsze odkrycia zbiorników typu litologicznego. Różnorodność wykształcenia i skomplikowana historia przemian postsedymentacyjnych skał zbiornikowych czerwonego spągowca legła u podstaw rozpoczęcia badań korelujących ich litogenezę z otrzymywanymi krzywymi przepuszczalności względnych. Seria kompleksowych badań petrofizycznych w tym przepuszczalności względnych przeprowadzona równolegle z badaniami petrograficznymi tych samych próbek, pozwoliła na dostrzeżenie szeregu zależności. Ostatnie lata to próby zastosowania wyczerpanych złóż gazu ziemnego w czerwonym spągowcu jako podziemne magazyny gazu. W związku z tym istotne stało się pytanie jak utwory czerwonego spągowca zachowują się w kontakcie z wodami złożowymi oraz jaka jest charakterystyka przepływów fazowych. Skały czerwonego spągowca nie zawsze nadają się do budowy zbiorników dla PMG. Najbardziej porowate litofacje piaskowców są słabo zwięzłe i nieodporne mechanicznie na przepływ wody. W zwiężlejszych odmianach piaskowców często występują minerały ilaste pęczniejące pod wpływem wód. Często występują też włókniste formy illitu tworzące sieci uniemożliwiające przepływ wód. Tego typu problemy dotyczą utworów z każdego środowiska sedymentacyjnego i wszystkich skał przepuszczalnych czerwonego spągowca. Jedyną skuteczną metodą prawidłowego opisania tych efektów i odpowiedniego skorygowania założeń do symulacji złożowych jest indywidualne potraktowanie każdego wyczerpanego złoża stanowiącego potencjalny magazyn a nawet zbadanie poszczególnych jego części osobno. Celem niniejszej pracy jest rozpoznanie właściwości filtracyjnych utworów górnego czerwonego spągowca w odniesieniu do ich wykształcenia litologicznego w określonych systemach depozycyjnych. Te ostatnie zostały poznane za pomocą szczegółowej analizy sedymentologicznej. W pracy rozpatrywano właściwości filtracyjne utworów czerwonego spągowca dla gazu ziemnego oraz ich porowatości. Szczególną uwagę poświęcono badaniom cech przestrzeni porowej. Zestawiono przykłady skał zbiornikowych o bardzo dobrych i słabych właściwościach filtracyjnych dla gazu. Wykonano też analizę właściwości filtracyjnych skał dla przepływów fazowych płynów złożowych. Rozpatrzono czynniki mające wpływ na wielkość przepuszczalności efektywnych i względnych. Szczególną uwagę zwrócono na rolę minerałów ilastych w skałach zbiornikowych. Przeprowadzone badania korelacyjne pozwoliły na wydzielenie kilku zasadniczych typów skał zbiornikowych w utworach czerwonego spągowca. Scharakteryzowano właściwości filtracyjne poszczególnych grup i prześledzono zależność tych właściwości od wykształcenia litofacjalnego. Przeprowadzona seria badań pozwoliła na oszacowanie wpływu parametrów przestrzeni porowych utworów czerwonego spągowca na kształt krzywych przepuszczalności względnych. Wyznaczono parametry średnie dla krzywych przepuszczalności względnych oraz zależność nasycenia rezydualnego od struktury przestrzeni porowej analizowanych skał. Wody złożowe mają niszczący wpływ na przestrzeń porową badanych skał. Proces ten będzie istotny przy kolejnych cyklach zatłaczania gazu do magazynów budowanych w utworach czerwonego spągowca. Rozpoznano trzy destrukcyjne procesy: - mechaniczne blokowanie przepływu przez illit i chloryt wykształcony w formie płytek - zabudowa przestrzeni porowej przez illit wykształcony w formie wstęg i włókien - występowanie w składzie spoiwa lub w przestrzeni porowej minerałów ilastych mieszanopakietowych (l/S). Określono wpływ jaki wymienione procesy wywierają na właściwości filtracyjne skał zbiornikowych. Wyniki wykonanych badań mają istotne znaczenie dla wyboru określonych kompleksów skalnych jako odpowiednich na budowę PMG w utworach czerwonego spągowca.

EN

Gas reservoirs in Rotliegendes sediments give a great part of gas production in Poland. The Rotliegendes basin exhibits a complicate structure issuing from its sedimentary and diagenetic history. Several deposition systems, presence of clay minerals and damaged pore spaces in contact with water create the shortest characteristics of these rocks. At present, several of these reservoirs are being conditioned, aiming at underground storage reservoirs. Gas is not the only fluid phase in these objects which shows ability of flowing. A full working cycle of a storage reservoir consists of two phases: storage and production. Free water surface changes in both of these phases, i.e. water flows through the pore space. This fact determined a necessity of investigations of multi-phase flows in Rotliegendes reservoir rocks. All factors affecting this type of flow must be taken into account. Petrophysical studies allow to gather reservoir rocks of Upper-Rotliegendes in several groups and to describe their filtration properties. Obtained parameters of pore space of investigated sandstones were correlated with their granulometric composition. Petrographical studies allow to correlate shapes and values of relative permeabilities with mineralogical composition of investigated rocks. It seems that relative permeabilities of this of Rotliegendes sediments (low- and medium-permeable, microporous sandstones) depend mainly on content of clay minerals. Three effects were observed during measurements of relative permeability, namely: - Mechanical damages of pore space. Flowing water extracts sand grain, chlorite plates and illite, and plugs pore throats. This process causes a decrease in values of relative permeabilities to water and to gas. - "Web" effect of hairy illite. Because of capillary forces, the dense illite web completely decreases permeability to water. Water does not flow through such a type of pore space. - Illite/smectite swelling effect. Reservoir water starts to flow through the sample, but permeability of the rock decreases to zero in a relatively short time (20 minute to 2 hours), due to having of mixed layered clay minerals in contact with water.

Słowa kluczowe

PL

właściwości filtracyjne; skały zbiornikowe; gaz ziemny

EN

filtration properties; reservoir rocks; natural gas

• Czasopismo: Prace Instytutu Górnictwa Naftowego i Gazownictwa
• Rocznik: 2000
• Tom: nr 103
• Strony: 1--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Such, P.

autor

Maliszewska, A.

autor

Leśniak, G.

Bibliografia

• 1. Angulo R.F., Alvarado V., Gonzales H., 1992: „Fractal Dimensions from Mercury Intrusion Capillary Tests" SPE Paper 23695.
• 2. Bietz R.F., Bennion D.B., Patterson J., 1996: „Gas Storage Reservoir Performance Optimization through the Application of Drainage and Imbibition Relative Permeability Data", JCPT, February, vol. 35, No. 2.
• 3. Bojarska, Głowacki E., Król L., 1978: "Lithological-Facies Development and Collector Properties of Rotliegend Rocks in the Poznan Depression", Jabłonna, April 27-29, 1978.
• 4. Chillingar G.V., 1972: "Secondary Recovery and Carbonate Reservoirs", New York.
• 5. Chillingarian G.V. (Ed.), 1992: „Carbonate Reservoir Characterisation: a Geologic-Engineering.
• 6. Dartak В., 1993: „Obliczanie efektywnej średnicy ziarna dla piaskowców czerwonego spągowca", Nafta-Gaz Nr 8.
• 7. Darłak В., Kowalska-Włodarczyk M., Kobyłecka A., Leśniak G., Such P., 1998: "Właściwości zbiornikowe wybranych basenów młodopaleozoicznych Niżu Polskiego" Prace Państw. Inst. Geol. 165 (147-155).
• 8. Donaldson E.C., Djebbar Tiab, 1996: „Petrophysics" Elsevier, New York.
• 9. Gaupp R., Mater A., Platt J., Ramsey er K., Walzebuck J., 1993: „Diagenesis and Fluid Evolution of Deeply Buried Permian (Rotliegende) Gas Reservoirs, Northwest Germany." AAPG Bull. 77, No7(111-1128).
• 10. Karnkowski P.H., Kiersnowski H., Czapowski G., 1996: „Możliwości poszukiwań pułapek stratygraficznych (litofacjalnych) w utworach czerwonego spągowca" Mat. Konf. "Perspektywy poszukiwań węglowodorów w utworach czerwonego spągowca oraz węglanowych osadach cechsztynu w basenie permskim Niżu Polskiego" 24 październik, Geonafta, Warszawa.
• 11. Koederitz L.F., Harvey A.H., Honarpour M., 1989: "Introduction to Petroleum Reservoir Analysis".
• 12. Katz A.J., Thompson A.H., 1986: "Quantitative Prediction...", Phys. Rev. B, vol. 34.
• 13. Kiersnowski H., 1995: "Examples of Upper Rotliegend Depositional Sequencas from the Polish Permian Basin" In: Guide to Excursion A3. XIII intern. Congress on Carboniferous-Permian, Kraków, Poland.
• 14. Kiersnowski H., 1998: „Architektura depozycyjna basenu czerwonego spągowca w Polsce" Prace Państw. Inst. Geol. 165 (113-128).
• 15. Kołodziej S. Jr., 1980: "Analysis of Pore Throat Size...", SPE Paper, SPE - 9382.
• 16. Kruczek J., Darlak В., Leśniak G., Such P., 1995: „Metodyka pomiaru i interpretacja krzywych przepływów fazowych skał zbiornikowych dla ropy naftowej i gazu ziemnego", Prace IGNiG Nr 86.
• 17. Maliszewska A., 1978: „Września IG 1" In Symposium on Central European Permian, Jabłonna In: Guide of Excursion: Permian of Polish Lowland.
• 18. Maliszewska A., 1996: "Wybrane zagadnienia diagenezy skał klastycznych" Przegląd Geologiczny, Т. 44, Nr 6 (586-595).
• 19. Maliszewska А., 1997: „Wiek K/Ar włóknistego illitu z piaskowców czerwonego spągowca Welkopolski" IV Sesja naukowa "Datowanie minerałów i skał", UMCS Lublin, 11-12 grudnia (45-51).
• 20. Maliszewska A., 1999: „O wieku diagenetycznego illitu ze skał czerwonego spągowca" Pos. Nauk. Państw. Inst. Geol. Nr 55.
• 21. Maliszewska A., Kuberska M., Leśniak G., Such P., 1998: "Ewolucja przestrzeni porowej utworów czerwonego spągowca" Prace Państ. Inst.Geol. 165 (171-184)
• 22. Michalik M., 1996: „Zróżnicowanie procesów krystalizacji diagenetycznych illitów w piaskowcach permu w niecce północnosudeckiej" III Ogólnopolska Sesja Naukowa „Datowanie minerałów i skał", UMCS Lublin 24-25.10.1996 (45-50).
• 23. Pittman E.D., 1992: "Relationship of Porosity and Permeability to Various Parameters...", AAPG Bull., Vol. 76, No 2.
• 24. Słupczyński К, 1979: "Warunki występowania gazu ziemnego w utworach dolnego permu monokliny przedsudeckiej", Prace Geologiczne, Zeszyt 118.
• 25. Such P., 1994: "Charakterystyka petrofizycznych właściwości skał przy pomocy korelacji mikro i makroparametrów", Proceed. "Najnowsze osiągnięcia metodyczno-interpretacyjne w geofizyce wiertniczej", Dobczyce.
• 26. Such P., 1996: "Model fizyczny przestrzeni filtracji basenu czerwonego spągowca", Prace IGNiG Nr 88.
• 27. Such P:. "Analiza właściwości filtracyjnych skał zbiornikowych karbonu i czerwonego spągowca metodami porozymetrycznymi" Mat. Konf., Piła 17-18 kwiecień 1996.
• 28. Ziegler K., Seilwood B. W., Fallick A. E., 1994: „Radiogenic and Stable Isotope Evidence for Age and Origin of Authigenic lllites in the Rotliegend, Southern North Sea." Clay Minerals Vol. 29 (555-565)