Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s

Transkrypt

1 Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s Marek Dohnalik, Sylwia Kowalska: Oil and Gas Institute National Research Institute Zbigniew Mikołajewski: PGNiG SA, Geology and Hydrocarbon Production Branch Andrzej Domonik:University of Warsaw, Institute of Hydrogeology and Engineering Geology Zbisław Tabor:Cracow University of Technology, Faculty of Physics, Mathematics and Computer Science Mineral composition of shales and the results of triaxial compression tests a case study from the Ordovician and Silurian rocks of Poland Hydraulic fracturing is needed to extract hydrocarbons from shale rock formations. The efficiency of fracturing depends on many factors, but the mechanical properties of rocks are one of the most important of them. This paper presents the results of studies of the influence of the mineral composition of rocks on their mechanical properties. The investigated cores represent different formations from the Silurian-Ordovician basin from the polish part of the East European Platform. X-ray diffractometry (XRD) and X-ray fluorescence (XRF) methods were used to establish the composition of the studied rocks, whereas the mechanical parameters were derived from triaxial compression tests. Correlation was conducted between the mineral composition and the mechanical parameters. The X-ray microtomography (micro-ct) method was used in order to visualize the structural changes in the rocks caused by triaxial compression. As a result of the research, a discussion on the influence of the rock matrix composition on its mechanical properties is presented. Skład mineralny łupków a wyniki testu trójosiowego ściskania na przykładzie skał sylurskich i ordowickich z NE Polski Szczelinowanie hydrauliczne jest niezbędnym zabiegiem w celu wydobywania węglowodorów z formacji skał łupkowych. Efektywność szczelinowania zależy od wielu czynników, między innymi od właściwości mechanicznych skał. W artykule przedstawiono wyniki badań nad wpływem składu mineralnego skał na ich właściwości mechaniczne. Badane rdzenie reprezentują utwory syluru i ordowiku z polskiej części skłonu platformy wschodnioeuropejskiej. W celu określenia składu próbek wykorzystano metodę dyfraktometrii (XRD) i fluorescencji (XRF) rentgenowskiej, a parametry mechaniczne próbek skał uzyskano z wytrzymałościowych testów trójosiowego ściskania. W artykule opisano korelacje uzyskane pomiędzy składem mineralnym, a parametrami mechanicznymi. Dodatkowo wykorzystano metodę rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej (micro-ct) w celu wizualizacji zmiany struktury próbek skał spowodowanej testem trójosiowego ściskania. Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s Maja Mroczkowska-Szerszeń, Konrad Ziemianin, Paweł Brzuszek, Irena Matyasik: Oil and Gas Institute National Research Institute Leszek Jankowski: Polish Geological Institute National Research Institute The organic matter type in the shale rock samples assessed by FTIR-ATR analyses The aim of the paper was to show possibilities of applying the relatively new, and quick FTIR molecular vibrational spectroscopy with Attenuated Total Reflectance ATR technique in order to correlate extracted organic matter samples of different types with its infrared spectra. The technique was employed for 22 shale rock samples of the Carpatian Flysch mainly from Menilite Beds, Istebna Beds and Verovice Beds. They were selected on the basis of their different maturity levels from immature ones through all stages of the oil window, up to the early gas window phase of generating hydrocarbons. The Rock-Eval analysis and optical microscope techniques (organic petrography and vitrinite reflectance), were the methods chosen to confirm the samples classification assessment, in terms of kerogen typing and samples maturity. The major kerogen types in these source rocks include Type I, II and III. In consequence the measurement and data analysis (like choosing analytical bands and parameterization) for distinguishing between different kerogen types (I-III) should be possible by the proposed FTIR-ATR technique. Typ substancji organicznej w łupkach, a jej widma spektroskopowe FTIR-ATR Artykuł przedstawia możliwości zastosowania relatywnie nowej, szybkiej odmiany spektroskopii w podczerwieni FTIR w wydaniu z wykorzystaniem techniki ATR (Attenuated Total Reflectance) bazującej na zjawisku tłumionego całkowitego odbicia. Celem jest korelacja próbek kerogenu reprezentujących różne jego typy z ich widmami w podczerwieni. Przebadano 22 próbki skał formacji łupkowych fliszu karpackiego. Były to łupki menilitowe, warstwy istebniańskie oraz wierzowskie, wyselekcjonowane w taki sposób by reprezentować różne stopnie

2 dojrzałości materii organicznej od niedojrzałych poprzez okno ropne aż do okna gazowego. W celu potwierdzenia ich klasyfikacji przeprowadzono badania pirolizy Rock-Eval, użyto mikroskopowych metod petrograficznych jak analiza refleksyjności witrynitu oraz petrografia składników organicznych. Stwierdzono, iż poszczególne próbki przynależą do kerogenu typu I, ale także II oraz III. Na podstawie przeprowadzonych dotychczas badań oraz doniesień literaturowych stwierdzono, iż rozróżnienie takie było możliwe także z użyciem zaproponowanej w pracy odmiany metod spektroskopii w podczerwieni FTIR-ATR. Jednak w celu bardziej szczegółowego poznania ograniczeń metody oraz stwierdzenia zakresu jej stosowalności konieczne jest przeprowadzenie badań na większej populacji próbek. Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s Marek Janiga, Małgorzata Kania, Irena Matyasik: Oil and Gas Institute National Research Institute The isotopic composition of gaseous hydrocarbons tool for polish shale gas system evaluation Carbon isotopic composition of individual hydrocarbons in gas samples can be used for interpretation and correlation purposes. On the basis of the δ 13 C values of methane, ethane and propane estimation of source rock (from which the gas was generated), thermal transformation degree can be performed. Analyses of chemical and isotopic composition were performed for gas samples from the degassing of cores, acquired during the drilling of two wells in the north (Baltic basin) and south (Lublin basin) of Poland. The isotopic composition of methane carbon from well A samples corresponds to the beginning of the oil window and from the well B samples corresponds to the gas window. Gases from the well located in northern Poland were generated on a considerably lower thermal maturity level of organic matter than gases from the well located in southern Poland. All data allow to state that polish shale formations are varied and natural gas compositional analyses can be helpful for proper shale gas system evaluation. Skład izotopowy gazowych węglowodorów narzędzie ewaluacji systemu naftowego polskich formacji łupkowych Analizy składu izotopowego węgla poszczególnych węglowodorów próbek gazowych mogą być stosowane w celach interpretacyjnych oraz korelacyjnych. Na podstawie wartości δ 13 C metanu, etanu i propanu można szacować stopień termicznego przeobrażenia skały macierzystej, z której gaz został wygenerowany. Analizy składu chemicznego i izotopowego zostały wykonane dla próbek gazów z degazacji rdzeni pochodzących z dwóch odwiertów z południa (basen lubelski) oraz północy (basen bałtycki) Polski. Skład izotopowy węgla w metanie próbek gazów z odwiertu A odpowiada początkowej fazie okna ropnego, a z odwiertu B oknu gazowemu. Gaz z odwiertu zlokalizowanego na północy Polski został wygenerowany na znacząco niższym poziomie dojrzałości termicznej substancji organicznej niż gaz z południa Polski. Pozyskane wyniki pozwalają stwierdzić duże zróżnicowanie skał łupkowych oraz przydatność tego typu analiz dla ewaluacji systemu naftowego formacji łupkowych. Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s Irena Matyasik, Wojciech Bieleń: Oil and Gas Institute National Research Institute Aromatic steroids as a tool in geochemical interpretation The article describes the use of monoaromatic (MAS) and triaromatic (TAS) steroids in geochemical interpretation. So far for correlation purposes in crude oil oil systems and crude oil source rock, among others, biomarkers from the hopanes and steranes group or phenantrene compounds were used. Steroids can be used with equally good results as indicators of environmental sedimentation of organic matter, or a degree of thermal maturity of source rock. Steroids also find use as a carrier of information about: the genesis of organic matter (marine or non-marine) and immersion of carbonates in sediment or salinity of a sedimentary environment. The article presents the composition of triaromatic and monoaromatic steroids in samples of potential source rocks represented by: Menilite Beds of the Skole Unit, Main Dolomite of the Polish Lowland, Peribaltic Syneclise Silurian and Central Atlantic Margin (CAM). Aromatyczne steroidy jako narzędzie w interpretacji geochemicznej Niniejszy artykuł opisuje zastosowanie monoaromatycznych (MAS) i triaromatycznych (TAS) steroidów w interpretacji geochemicznej. Dotychczas w celach korelacyjnych w układach: ropa naftowa ropa naftowa i ropa naftowa skała macierzysta wykorzystywano m.in. biomarkery z grupy hopanów i steranów czy związki fenantrenowe. Steroidy mogą być stosowane z równie dobrym skutkiem, jako wskaźniki środowiska sedymentacji materii orga-

3 nicznej, czy stopnia dojrzałości termicznej skały macierzystej. Steroidy znajdują także zastosowanie, jako nośnik informacji o: pochodzeniu materii organicznej (morskie lub niemorskie) oraz udziale węglanów w osadzie lub stopniu zasolenia środowiska sedymentacji. W artykule przedstawiono skład triaromatycznych i monoaromatycznych steroidów w próbkach potencjalnych skał macierzystych reprezentujących: warstwy menilitowe jednostki skolskiej, dolomit główny Niżu Polskiego, sylur Syneklizy Perybałtyckiej oraz z wierceń w dnie oceanicznym w rejonie afrykańskiego szwu kontynentalnego. Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s Anna Przelaskowska, Grażyna Łykowska, Jolanta Klaja, Sylwia Kowalska, Irena Gąsior: Oil and Gas Institute National Research Institute Application of the cation exchange capacity parameter (CEC) to the characterisation of the swelling capacity of lower Paleozoic, Carpathian Flysch and Miocene Carpathian Foredeep clay rocks Cation exchange capacity (CEC) is closely related to the amount and type of clay minerals, which, due to their large specific surface area, are characterised by high ion exchange capacity. The CEC value is particularly strongly influenced by swelling minerals, such as: smectite, mixed-layered illite-smectite. The parameter of cation exchange capacity in conjunction with the analysis of clay minerals can be applied to the swelling capacity estimation of both highly diagenetic rocks such as shales from gas-bearing formations and less altered Miocene sediments of the Carpathian Foredeep and Flysch. The CEC parameter of an investigated sample is influenced by two factors: the total content of clay minerals and their swelling capacity determined by the content of smectite layers in the mixedlayered mineral illite-smectite (%S), the swelling capacity being the deciding factor. Wykorzystanie parametru pojemności wymiany kationowej CEC do charakterystyki zdolności pęcznienia skał ilastych dolnego paleozoiku, fliszu karpackiego i miocenu zapadliska przedkarpackiego Zdolność wymiany kationowej jest ściśle związana z ilością i rodzajem minerałów ilastych, charakteryzujących się ze względu na wielkość powierzchni właściwej, dużymi zdolnościami jonowymiennymi. Szczególnie duży wpływ na wartość CEC mają minerały pęczniejące, takie jak: smektyt, mieszanopakietowy illit-smektyt. Parametr pojemności wymiany kationowej CEC w połączeniu z analizą minerałów ilastych może być wykorzystywany do określania zdolności pęcznienia skał ilastych zarówno mocno zdiagenezowanych, takich jak skały formacji łupków gazonośnych, jak i słabiej zmienionych osadów miocenu zapadliska przedkarpackiego i fliszu. Na wartość parametru CEC w badanej próbce wpływają dwa czynniki: sumaryczna zawartość minerałów ilastych i ich zdolności pęcznienia zdeterminowane przez zawartość pakietów smektytowych w minerale mieszanopakietowym illitsmektyt (%S), jak i sumaryczna zawartość minerałów ilastych, przy czym zdolności do pęcznienia są tutaj czynnikiem dominującym. Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s Rafał Skupio: Oil and Gas Institute National Research Institute Accuracy assessment of the determination of radioactive elements concentration on shale cores Precise knowledge of the concentration of radioactive elements can be applied for lithological identification of the rocks, particularly for identifying shale layers. Those rocks are characterised by a high natural radioactivity, due to the presence of clay minerals as well as organic matter. The presence of the organic matter significantly increases the concentration of uranium. It is therefore a quick way of identifying the intervals of hydrocarbon potential. In the present study, the accuracy of establishing the concentration of radioactive elements: potassium ( 40 K) 1.46 MeV, uranium ( 238 U) 1.76 MeV and thorium ( 232 Th) 2.62 MeV was examined for shale formation. The research was conducted with the use of a 9-window decomposition method of gamma radiation spectra. The spectra were registered with a spectrometer Gamma Logger (Core Lab WSGL-300-T), adjusted to the measurement of the natural radioactivity of core samples. The current application of the gamma spectrometer consisted mainly of establishing the total radioactivity. It is due to the low efficiency of the detection process of the 3-window method, implemented in the software of the device. The GL spectrometer is equipped with a detection system of a high energy resolution (about 7% for 137 Cs), which allows for the application of the 9-window method, providing additional information from the low-energy part of the spectrum, below 1.3 MeV. This method improves the accuracy of measurements of the concentration of radioactive elements, due to both the significantly higher count of the de-

4 tector readings, which lessens the influence of statistical fluctuations, as well as the additional energy lines for uranium and thorium. Ocena dokładności wyznaczania koncentracji pierwiastków promieniotwórczych na rdzeniach skał łupkowych Dokładna znajomość koncentracji pierwiastków promieniotwórczych może być wykorzystywana w identyfikacji litologicznej badanego ośrodka skalnego, zwłaszcza w poszukiwaniu/wyznaczaniu warstw łupkowych. Skały te charakteryzują się wysoką naturalną promieniotwórczością wynikającą zarówno z obecności minerałów ilastych, jak i substancji organicznej. Występowanie substancji organicznej znacznie zwiększa koncentrację uranu. Jest to zatem szybki sposób na identyfikację interwałów o potencjale węglowodorowym. Ocena dokładności wyznaczania koncentracji pierwiastków promieniotwórczych: potasu ( 40 K) 1,46 MeV, uranu ( 238 U) 1,76 MeV i toru ( 232 Th) 2,62 MeV, została wykonana dla skał formacji łupkowej. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem 9-oknowej metody dekompozycji widm promieniowania gamma. Widma były zarejestrowane przy pomocy spektrometru Gamma Logger WSGL-300-T, przystosowanego do pomiarów naturalnej promieniotwórczości rdzeni wiertniczych. Dotychczasowe wykorzystanie spektrometru gamma polegało głównie na wyznaczaniu całkowitej promieniotwórczości total. Wynika to z niskiej wydajności detekcji w metodzie 3-oknowej, która jest zaimplementowana w oprogramowaniu urządzenia. Spektrometr GL wyposażony jest w układ detekcyjny o wysokiej rozdzielczości energetycznej (około 7% dla 137 Cs), co pozwala zastosować metodę 9-oknową dostarczającą dodatkową informację z niskoenergetycznej części widma, poniżej 1,3 MeV. Metoda ta pozwala na poprawę dokładności pomiarów koncentracji pierwiastków promieniotwórczych, zarówno ze względu na znacząco większą ilość zliczeń detektora, co obniża wpływ fluktuacji statystycznych, jak i ze względu na dodatkowe linie energetyczne dla uranu i toru. Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s Weronika Kaczmarczyk, Krzysztof Sowiżdżał, Tomasz Słoczyński: Oil and Gas Institute National Research Institute Methodological aspects of hydrocarbon shale resources assessment using different variants of volumetric methods The article presents the methodological aspects of hydrocarbon resources calculation accumulated in shale formations using two variants of the volumetric method based on different data sets. The first method constitutes an extension of the classic volumetric method taking into account adsorbed gas presence on kerogen surface. This method can be applied to formations saturated with oil, condensate, as well as dry gas. The second proposed method can be used for resources calculations in oil-saturated reservoirs only. It involves the use of geochemical data (Rock Eval pyrolysis data), results of PVT measurements of reservoir fluids and Langmuir isotherm. The possibility of using different methodological approaches allows to carry out calculations in different conditions of data availability. Both methods, used for test calculations of hydrocarbon resources in oil type shales, give surprisingly consistent results. Aspekty metodyczne szacowania zasobów węglowodorów z formacji łupkowych obliczanych metodą objętościową W artykule przedstawiono metodologiczne aspekty obliczenia zasobów węglowodorów zakumulowanych w skałach łupkowych wykorzystując dwa warianty metody objętościowej bazujące na odmiennych zestawach danych. Pierwszy wariant stanowi rozszerzenie klasycznej metody objętościowej i uwzględnia charakterystyczną dla złóż typu shale, obecność gazu zaadsorbowanego na powierzchni kerogenu. Ta metoda obliczeń może być stosowana dla stref nasyconych ropą naftową z gazem rozpuszczonym w ropie, stref występowania kondensatu, jak również dla formacji nasyconych suchym gazem. Drugi wariant umożliwia prowadzenie obliczeń zasobów węglowodorów niekonwencjonalnych jedynie w złożach ropnych i bazuje na danych geochemicznych (Rock Eval), wynikach analiz PVT mediów złożowych oraz wyznaczonej laboratoryjnie izotermie Langmuir a aplikowanej w celu oszacowania ilości gazu adsorbowanego. Możliwość stosowania odmiennych podejść metodycznych pozwala na prowadzenie obliczeń w różnych uwarunkowaniach dostępności danych. Wykorzystanie obu wariantów metodycznych dla testowych obliczeń zasobów geologicznych w złożu ropnym, dało w rezultacie stosunkowo zbieżne wyniki.

5 Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s Paweł Brzuszek: Oil and Gas Institute National Research Institute Implementation of petroleum system modeling technique in shale gas resources assesment The article presents petroleum system modeling technique application for prognostic hydrocarbons resource assessment which takes into account hydrocarbon retention process within source rocks. For that purpose, during the modeling, source rocks kerogen sorption parameters have been defined, based on laboratory measurements of analyzed shale layer. One dimensional modeling have been conducted for one well profile located in the Baltic basin. Results shows a great impact of taking into consideration adsorption process, on proper hydrocarbon balance calculation in an analyzed petroleum system. Implementacja metod modelowania systemów naftowych do obliczania zasobów złóż w formacjach łupkowych W pracy przedstawiono metodykę modelowania systemów naftowych dla obliczania prognostycznych zasobów węglowodorów metodą genetyczną z uwzględnieniem procesu akumulacji węglowodorów w skale macierzystej. W tym celu w trakcie modelowania określono parametry sorpcyjne kerogenu występującego w skale macierzystej i dokonano obliczenia bilansu węglowodorowego dla warstwy skał łupkowych. W celu określenia modelu sorpcji węglowodorów w skale macierzystej wykorzystano dostępne wyniki badań laboratoryjnych. Jednowymiarowe modelowanie zostało przeprowadzone w profilu otworu zlokalizowanego w basenie bałtyckim. Wyniki modelowania wskazują na konieczność uwzględnienia procesów akumulacji węglowodorów w skale macierzystej w celu poprawnego obliczenia bilansu węglowodorowego w analizowanym systemie naftowym. Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s Bartłomiej Jasiński: Oil and Gas Institute National Research Institute Comparison of the effect of inhibited drilling muds parameters on the physical and mechanical properties of shale rocks This paper presents the results of laboratory tests on the effect of inhibited drilling muds of different rheological and inhibition properties on the physical and mechanical parameters of shales. Polymer-potassium and glycolpotassium muds were selected for these studies. Measurements of the physico-mechanical properties of rocks were done using the Szreiner method, first in the air-dry state and after 48 hours, the impact of muds at ambient temperature and atmospheric pressure and under HPHT. Also determined were the inhibition properties of prepared drilling muds through the study of Miocene shale dispersion. The results were the basis for the analysis and determination of the impact of muds on selected rocks. Porównanie wpływu parametrów inhibitowanych płuczek wiertniczych na fizyczno-mechaniczne właściwości skał ilasto-łupkowych W pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych określających wpływ inhibitowanych płuczek wiertniczych o różnych właściwościach reologicznych i inhibitacyjnych na parametry fizyczno-mechaniczne skał ilastołupkowych. Do badań wytypowano płuczkę polimerowo-potasową oraz glikolowo-potasową. Pomiarów parametrów fizyczno-mechanicznych skał dokonano z zastosowaniem metody L. A. Szreinera, najpierw w stanie powietrzno-suchym a następnie po 48-godzinnym oddziaływaniu płuczek w warunkach temperatury otoczenia i ciśnienia atmosferycznego oraz w warunkach HTHP. Określono również zdolności inhibitacyjne przygotowanych płuczek wiertniczych poprzez badanie dyspersji łupku mioceńskiego. Otrzymane w ten sposób wyniki były podstawą do wykonania analizy i określenia wpływu płuczek na wybrane skały. Nafta-Gaz, czerwiec 2015, s Klaudia Wilk, Piotr Kasza: Oil and Gas Institute National Research Institute Krzysztof Labus: Silesian University of Technology Analysis of the applicability of foamed fracturing fluids Part of the studies presented in this report were carried out under ENFLUID Polish-Norwegian research cooperation project funded by the National Center for Research and Development. The project was implemented by the following listed partners: Silesian University of Technology promoter, INiG PIB (Oil and Gas Institute National Research Institute), University of Stavanger. Data analysis presented below are a continuation of the re-

6 search presented in the article Analiza możliwości zastosowania płynów energetyzowanych do szczelinowania. The increasing demand for oil, has resulted in the interest about issues concerning the stimulation of resource extraction, even those that cannot be extracted using traditional methods. Therefore, the improvement of fracturing methods is today one of the most important tasks in the field of oil mining and national industrial practice, especially in shale formations fracturing. The use of water-based fracturing fluids may lead to so-called formation damage caused by the swelling of clay minerals. In the search for alternative fracturing methods, attention was paid to energized fluids as a promising method of fracturing water-sensitive formations. Therefore, this report presents studies, the aim of which was to verify the potential possibility to use nitrogen-based fluids for fracturing operations. Analiza zastosowania płynów do szczelinowania na bazie pian Coraz większe zapotrzebowanie na ropę naftową powoduje zainteresowanie zagadnieniami stymulacji wydobycia zasobów, także tych nie dających się wydobyć tradycyjnymi metodami. W związku z tym doskonalenie metod szczelinowania jest dziś jednym z najważniejszych zadań w zakresie górnictwa naftowego, również w krajowej praktyce przemysłowej, szczególnie podczas szczelinowania formacji łupkowych. W przypadku, gdy użyte ciecze szczelinujące wykonane są na bazie wody, może wystąpić tzw. uszkodzenie przepuszczalności, spowodowane pęcznieniem minerałów ilastych. W poszukiwaniu alternatywnych metod szczelinowania, zwrócono uwagę na zastosowanie cieczy energetyzowanych, jako obiecującej metody szczelinowania formacji wrażliwych na obecność wody. Dlatego w niniejszym artykule zaprezentowano badania, które miały na celu sprawdzenie potencjalnych możliwości zastosowania płynów na bazie azotu do zabiegów szczelinowania.