ocena typu zailenia w ska£ach piaskowcowo-ilastych na podstawie danych geofizyki otworowej

17 Pages·2010·1.87 MB·Polish

223 GEOLOGIA (cid:2)2010 (cid:2)Tom36(cid:2) Zeszyt2(cid:2)223–239
OCENA TYPU ZAILENIA
W SKA£ACH PIASKOWCOWO-ILASTYCH
NA PODSTAWIE DANYCH GEOFIZYKI OTWOROWEJ –
METODA WYKRESÓW KRZY¯OWYCH
Evaluationofshaledistributioninshaly-sandrocksonthebasis
ofwellloggingdata–thecrossplotsmethod
MARIABA£A
AkademiaGórniczo-Hutnicza,Wydzia³Geologii,GeofizykiiOchronyŒrodowiska,
KatedraGeofizyki;al.Mickiewicza30,30-059Kraków;
e-mail:[email protected]
Treœæ:Wpracyprzeanalizowanowp³ywobecnoœcifrakcjiilastejnarejestrowanewotworachwarto-
œciprofilowañgeofizyki otworowej.Wykorzystuj¹c koncepcjêprzedstawion¹porazpierwszyprzez
Thomasa & Stiebera (1975), przeprowadzono obliczenia „odpowiedzi” sond w za³o¿onym modelu
piaskowcowo-ilastym ozró¿nicowanych mi¹¿szoœciach. Porównanowyniki modelowañzrzeczywi-
stymikrzywymi,zarejestrowanymiwotworzeJ4winterwalewystêpowaniautworówmiocenuauto-
chtonicznego. Wykonane wykresy krzy¿owe na podstawie pomiarów sond¹ neutronow¹ i gamma,
gêstoœciow¹iakustyczn¹ potwierdzaj¹mo¿liwoœæokreœleniazarównotypuzailenia, jakipoprawnej
porowatoœci oraz udzia³u frakcji piaskowcowej (tzw. net to gross) w warstwach z³o¿owych. Wykres
krzy¿owyopartynapomiarachgammaiopornoœcipozwalanarozdzieleniewarstwnasyconychwod¹
igazem.
S³owa kluczowe: zailenie, porowatoœæ, profilowania geofizyki otworowej, profilowanie gamma,
wykresykrzy¿owe
Abstract: The analysis of effects of shale distribution and clay volume in reservoir formations on
well logging curves is presented in this paper. A conception given originally by Thomas & Stieber
(1975) was applied into modelling the response of well logging tools for an assumed shaly-sand
model. Results of calculations were compared with logs registered in the J4 well which drilled the
autochthonous Miocene deposits. Different crossplots obtained based on Gamma Ray and Neutron
andDensityorAcousticlogsprovethatthereisapossibilitytodetermineporosity,shaledistribution
andsandvolume(nettogross)inthereservoirhorizons.
GammaRaylogandResistivitylogcrossplotsallowwater-andgas-saturatedlayerstobeseparated.
Keywords:shaliness,porosity,wellloggingdata,gammaray,crossplots
224 M.Ba³a
WPROWADZENIE
G³ównymsk³adnikiemklastycznychska³zbiornikowychzrejonuzapadliskaprzedkar-
packiegojestkwarciminera³yilaste.Obecnoœætychostatnichwznacznymstopniuwp³ywa
naparametryz³o¿oweska³.
Minera³yilastezachowuj¹siêwró¿nysposóbwprzestrzeniachporowychiwró¿nym
stopniuwp³ywaj¹naw³asnoœcizbiornikoweska³.Naprzyk³adminera³yzgrupysmektytów
(montmorillonit, illit) najbardziej redukuj¹ porowatoœæ efektywn¹ i przepuszczalnoœæ. I³y
z grupy kaolinitów równie¿ obni¿aj¹ porowatoœæ, ale mo¿e siê zdarzyæ, ¿e krystalizuj¹cy
kaolinitspowodujetworzeniesiêwtórnychporówwcemencieskalnym(Jarzynaetal.1999,
Ba³a2006,2007).
I³ymog¹wystêpowaæwska³achporowatychwpostaci(Almon,1979):
– oddzielnych,odosobnionychkryszta³ów(kaolinit)(Fig.1A);
– otoczek na ziarnach (montmorillonity, illity, chloryty) – wzrost ich liczby zmniejsza
przestrzenieporoweiichdro¿noœæ;
– wrostków„mostkuj¹cych”pory(illity,chloryty,montmorillonity)(Fig.1B).
A) B)
Fig.1.Dwaprzyk³ady obecnoœciminera³ówilastych wpiaskowcach:A)blaszkikaolinituwporach
piaskowca; B)ziarnaillituwpostaci„mostków”blokuj¹cychpory
Fig.1.Twoexamplesofshalymineralspresentinsandstone:A) kaolinitelamellaeinsandstonepores;
B)illitegrainsintheformof“bridges”thatblockthepores
Nafigurze1Aprzedstawionoskupiskakaolinituwporachpiaskowca,anafigurze1B
ziarna illitu w postaci „mostków” blokuj¹cych pory (fotografie wykonane pod mikrosko-
pemskaningowympochodz¹zpracy£abêdzki&Ba³a1988).
Wiêkszeskupiskaminera³ówilastychwska³achporowatychs¹przybli¿anemodelami
uproszczonymi.Przyjmujesiênastêpuj¹cemodele(Schlumberger,1996):
– laminarny(warstwowany) – i³ywystêpuj¹ w postaci lamin;nie wp³ywaj¹ znacznie na
porowatoœæefektywn¹iprzepuszczalnoœæ,alejeœliiloœælaminwzrasta,toodpowiednio
zmniejszasiêudzia³frakcjipiaskowca(Fig.2A);
– dyspersyjny (rozproszony) – frakcja ilasta jest rozproszona w porach ska³y znacznie
redukuj¹cparametryzbiornikowe(Fig.2B);
– strukturalny – i³y wystêpuj¹ w postaci ziaren w szkielecie, posiadaj¹ podobne w³as-
noœcidoi³ówwarstwowanych(Fig.2C).
Ocenatypuzaileniawska³achpiaskowcowo-ilastychnapodstawiedanychgeofizyki... 225
A) B) C)
Fig.2.Uproszczonemodelezaileniawska³achklastycznych(wgSchlumbergera1996,zmodyfikowane
przezautorkêniniejszejpracy)
Fig.2.Simplifiedmodelsofshalinessdistributioninclasticrocks(afterSchlumberger1996,modified
bytheauthorofthispublication)
Wszystkieformyzaileniamog¹wystêpowaæwdanejskalerównoczeœnie,jednakprze-
wa¿niejednazformjestdominuj¹ca.
Istotnym problemem przy interpretacji z³o¿owej utworów mioceñskich w rejonie za-
padliska przedkarpackiego jest ich du¿e zró¿nicowanie; wystêpowanie na przemian cien-
kichwk³adek³upkailastego,mu³owcówipiaskowców,obardzoma³ychmi¹¿szoœciach.Te
przewarstwienia, widoczne na profilowaniach wykonanych upadomierzem o bardzo du¿ej
rozdzielczoœci pionowej (Fig. 3), s¹ uœredniane przez inne sondy geofizyczne, które maj¹
zró¿nicowanecharakterystykipionowe.
Fig. 3. Przyk³ad zarejestrowanych wotworze J4 profilowañ o ró¿nej rozdzielczoœci pionowej. Widaæ
wyraŸneuœrednieniekrzywejgamma(GR)natlebardzorozdzielczegozapisuupadomierzem(PDD1)
oraz nieco mniej rozdzielcz¹ krzyw¹ rejestrowan¹ sond¹ mikrosferyczn¹ (MSFL) i indukcyjn¹
(krzyweHO01,HO12).Sondyakustyczneuœredniaj¹piaskowcowo-ilastyprofil(podobniejakGR)
Fig.3.LogswithdifferentverticalresolutionrecordedintheJ4well.GRcurveisclearlyaveragedas
compared to much resolved dipmeter log (PDD1) and less resolved microspheric tool log (MSFL)
andinductionlog(curvesHO01,HO12).Acoustictoolscausesimilaraveragingofshaly-sandprofile
(asGR)
226 M.Ba³a
Powoduje to, ¿e profilowania wykorzystywane przy interpretacji iloœciowej, nawet
przetworzone do jednego kroku próbkowania, inaczej „widz¹” badane utwory i reaguj¹ na
zmianylitologiiiporowatoœci.Rzutujetowsposóboczywistynakoñcowewynikiinterpre-
tacji parametrów z³o¿owych i sprê¿ystych (Ba³a 2003–2004 w: Pietsch et al. 2003–2004,
Zorski2004,Ba³a&Cichy2006).
Na figurze 3 przedstawiono wybrany, dziesiêciometrowy fragment (od 970–980 m)
profilowañ wykonanych w otworze J4 w utworach piaskowcowo-ilastych miocenu auto-
chtonicznego. Zestawiono na pierwszej œcie¿ce: krzywe zarejestrowane sondami: upado-
mierzem (PDD1 – krzywa czarna) i sond¹ gamma (GR – krzywa czerwona), na drugiej
œcie¿ce: mikrosond¹ sferycznie sterowan¹ (MSFL – krzywa czerwona) oraz dwie krzywe
rejestrowane sond¹ indukcyjn¹ HRAI o najmniejszym (HO01 – niebieska) i najwiêkszym
zasiêgu radialnym (HO12 – lila), na trzeciej œcie¿ce: profilowanie akustyczne (krzywa nie-
bieska). Najwiêksz¹ pionow¹ zdolnoœci¹ rozdzielcz¹ charakteryzuje siê profilowanie upa-
domierzem, które wydziela cienkie wk³adki o podwy¿szonej i obni¿onej opornoœci, nieco
mniejsz¹ – mikrosonda i profilowania zarejestrowane sond¹ HRAI, a najbardziej uœrednia
profilsondagammaiakustyczna.
PRÓBAOCENYTYPUZAILENIA
WSKA£ACHPIASKOWCOWO-ILASTYCH
Thomas&Stieber(1975)zauwa¿yli,¿erozk³adsubstancjiilastejwska³achzbiorniko-
wych mo¿ebyæ okreœlony na podstawie profilowañ „porowatoœci” (neutronowe, akustycz-
ne lub gamma-gamma) oraz obliczonego zailenia objêtoœciowego, dostarczonego przez pro-
filowanie gamma. Wykorzystuj¹c ich koncepcjê oraz postêpuj¹c podobnie jak w pracy
Pedersen&Nordahl(1999), za³o¿onomodeloœrodkaskalnego,sk³adaj¹cysiêzpoziomów
piaskowcowych o ró¿nej objêtoœci zailenia dyspersyjnego i ró¿nej mi¹¿szoœci, otoczony
³upkamiilastymiozaileniulaminarnym(Fig.4).
Podstawoweza³o¿eniawprowadzoneprzezThomasa&Stiebera(1975)s¹nastêpuj¹ce:
– Wystêpuj¹ tylko dwa typy ska³: czysty piaskowiec o wysokiej porowatoœci i czysty i³
o niskiej porowatoœci. W³asnoœci poszczególnych warstw modelu s¹ okreœlane jako
mieszaninatychdwóchsk³adników.
– Sk³ad mineralnyi³ów wystêpuj¹cych w piaskowcach jest taki samjak w i³ach otacza-
j¹cych.
– Frakcjêilast¹okreœlasiêjakofunkcjêobjêtoœci.
– Promieniotwórczoœæt³awewszystkichpomiarachjeststa³a.
– Wartoœæpromieniowaniagammaniezmieniasiêwi³ach(³upkach)otaczaj¹cych.
Przy obliczeniach „odpowiedzi” sond pomiarowych za³o¿ono w modeluwarstw para-
metryprzedstawionewtabeli1.
Jeœlidoczystegopiaskowcadodamypewn¹objêtoœæi³ówocharakterzedyspersyjnym
oznaczon¹symbolem(cid:3) ,wtedynast¹pizmianarejestrowanegonatê¿eniapromieniowania
shd
gamma,któr¹mo¿nawyliczyæwed³ugwzoru
GR =GR +(cid:3) ·GR (1)
(x) pc sdh sh
Ocenatypuzaileniawska³achpiaskowcowo-ilastychnapodstawiedanychgeofizyki... 227
Fig. 4. Model warstw piaskowca o zaileniu dyspersyjnym w otoczeniu ³upków ilastych (porowata
jesttylkofrakcjapiaskowcowa)
Fig. 4. Model of sandstone with dispersive shaly surrounded by laminated shales (only sandstone
fractionisporous)
228 M.Ba³a
Tabela(Table)1
Parametrymodeluprzyjêtedoobliczeñ
Modelparametersassumed tocalculation
Litologia(symbol)/Lithology(Symbol) GR[API] (cid:4)[dec]
Piaskowiec(pc)/Sandstone 20 0.3000
£upek(sh)/Shale 100 0.1500
Piaskowiecwype³nionyca³kowiciei³emdyspersyjnym
50 0.0614
Sandstonecompletelyfilledwithdispersedshale
Porowatoœæpiaskowcazzaileniemdyspersyjnym((cid:4) )okreœlonanapodstawiepro-
pc(x)
filowaniaakustycznegobêdzieopisanawzorem
(cid:4) (cid:5)(cid:4) – (cid:3) (cid:6)((DT – DT /(DT – DT )) (2)
pc(x) pc shd shd ma f ma
gdzie:
(cid:4) – porowatoœæczystegopiaskowca(przyjêto=0.3),
pc
DT – czasinterwa³owywi³achdyspersyjnych,
shd
DT – czasinterwa³owywmatrycy(szkielecie)piaskowca,
ma
DT – czasinterwa³owywcieczywype³niaj¹cejpory.
f
Równanie(2)jestznanymrównaniemWylliegozwprowadzon¹poprawk¹naobecnoœæ
i³ów(Jarzynaetal.1999).Przyobliczeniachzadanonastêpuj¹cewartoœci:DT =170(cid:7)s/m,
ma
DT = 610 (cid:7)s/m i DT = 520 (cid:7)s/m. Ta ostatnia wartoœæ jest du¿o wiêksza ni¿ przyjmuje
f shd
siê dla i³ów laminarnych (DT = 330 (cid:7)s/m). Wyniki obliczonych w ten sposób wartoœci s¹
sh
zilustrowanenafigurze5.
Na figurach 6 i7 przedstawiono uœrednione wartoœci GR i(cid:4) przy zastosowaniu
(x) pc(x)
filtracji filtrem 5-, 7-, 9- i 15-punktowym. Krzywe filtrowane na tle danych modelu poka-
zuj¹ wp³yw uœredniaj¹cych w³asnoœci sond pomiarowych, charakteryzuj¹cych siê ni¿sz¹
rozdzielczoœci¹pionow¹ni¿mi¹¿szoœæwarstewekpiaskowcowo-ilastych(por.Fig.2).
Napodstawieobliczonychwartoœciprzefiltrowanychfiltrem7-punktowymskonstruo-
wano wykres krzy¿owy zaproponowany przez Thomasa & Stiebera (1975), który ilustruje
obecnoœæfrakcjiilastejwpiaskowcuorazjegoporowatoœæ.Punktystanowi¹cewierzcho³ki
trójk¹ta odpowiadaj¹ wartoœciom intensywnoœci gammai porowatoœci za³o¿onych dla pia-
skowca czystego, ³upków ilastych oraz piaskowca ca³kowicie wype³nionego dyspersyjn¹
frakcj¹ilast¹(Fig.8).
Jeœli wyskalujemy odpowiednie boki w jednostkach zawartoœci frakcji piaskowcowej
iilastejoraz porowatoœci, uzyskamymo¿liwoœæokreœlenia wartoœci liczbowej dlaka¿dego
punktu na wykresie. Frakcjê piaskowca, w literaturze anglojêzycznej zwan¹ Net to Gross,
okreœlimy, skaluj¹c odcinek pomiêdzy punktem czystego piaskowca i punktem 100% i³u
laminowanego,aporowatoœæ–skaluj¹codcinekzawartypomiêdzypiaskowcemipiaskow-
cem ca³kowicie wype³nionym i³em dyspersyjnym. Wartoœæ porowatoœci dla dowolnego
punktunale¿yobliczaæ,mno¿¹cwspó³czynnikskaliprzez(cid:4) =0.3.
pc
Ocenatypuzaileniawska³achpiaskowcowo-ilastychnapodstawiedanychgeofizyki... 229
Fig.5.Za³o¿onymodelska³piaskowcowo-ilastychwprzedziale500–510m
Fig.5.Assumedshaly-sandmodelfora500–510mdepthinterval
230 M.Ba³a
e
ma ns
o
m p
ga res
ondy tool
s ma
”
zi m
d a
e g
wi f
o
o
p s
d n
o o
eñ„ ulati
blicz calc
o f
o
ki s
Wyni esult
R
Fig.6. Fig.6.
Ocenatypuzaileniawska³achpiaskowcowo-ilastychnapodstawiedanychgeofizyki... 231
e
œci” curv
o ”
owat osity
or or
p p
„ “
ej f
w o
y s
z n
ñkr atio
ze ul
c c
bli cal
o f
yniki ultso
W s
e
R
7.
g. 7.
Fi g.
Fi
232 M.Ba³a
Fig.8.Wykreskrzy¿owyGR-(cid:4)obliczonydlaza³o¿onegomodeluwarstw
Fig.8. CrossplotGR-(cid:4)calculated fortheassumed modeloflayers
WYKRESYKRZY¯OWEITESTOWANIEWYNIKÓW
W celu przetestowania podanej metody wykonano analogiczny wykres krzy¿owy dla
utworówmiocenuautochtonicznegoprzewierconegootworemJ4(Fig.9).Nawykresietym
sta³epunktyuleg³yprzesuniêciu,zuwaginainnewartoœciuwzglêdnionejporowatoœci.Na-
niesionezosta³ywielkoœciporowatoœci neutronowej, wyskalowane wjednostkach porowa-
toœcipiaskowca(NPHS).
Przyjêto nastêpuj¹ce wartoœci wspó³rzêdnych dla punktów stanowi¹cych dwa wierz-
cho³kitrójk¹ta:
– dlapiaskowca:(cid:4) =0.30,GRC =20API,
Npc pc
– dla³upkailastego:(cid:4) =0.40, GRC =100API.
Nsh sh
Parametry te zosta³y okreœlone b¹dŸ na podstawie danych laboratoryjnych, b¹dŸ z od-
powiednich profilowañ rejestrowanych w otworze (profilowanie GRC oznacza pomiar in-
tensywnoœcikwantówgammazodjêt¹sk³adow¹uranow¹).
Punktowi odpowiadaj¹cemu piaskowcowi wype³nionemu ca³kowicie dyspersyjn¹ frak-
cj¹ ilast¹ przypisano nastêpuj¹ce wspó³rzêdne: (cid:4) = 0.12 (jest to wartoœæ minimalna
Nshd
otrzymana jako wynik porowatoœci neutronowej i³u (cid:4) pomno¿onej przez porowatoœæ
sh
neutronow¹ piaskowca(cid:4) ((cid:4) ·(cid:4) =0.4·0.3), aGRC =50API(zosta³aobliczo-
Npc Nsh Npc shd
nanapodstawiewzoru(1)przedstawionegopowy¿ej).