ZASOBY PROGNOSTYCZNE NIEODKRYTY POTENCJA GAZU ZIEMNEGO W POLSKIM BASENIE CZERWONEGO SP GOWCA

Transkrypt

1 GEOLOGIA 2009 Tom 35 Zeszyt 2/ ZASOBY PROGNOSTYCZNE NIEODKRYTY POTENCJA GAZU ZIEMNEGO W POLSKIM BASENIE CZERWONEGO SP GOWCA Prognostic gas reserves undiscovered potential of gas in the Polish Rotliegend basin Wac³aw BURZEWSKI, Wojciech GÓRECKI, Tomasz MAÆKOWSKI, Bartosz PAPIERNIK & Beata REICHER 1 Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydzia³ Geologii, Geofizyki i Ochrony Œrodowiska, Katedra Surowców Energetycznych; al. Mickiewicza 30, Kraków Abstract: The paper presents results of estimation of natural gas prognostic resources in the Polish part of the Rotliegend basin and indicates zones of possible accumulation. Generation potential of Carboniferous source rocks was estimated using the genetic method. Quantity of the free gas introduced into the reservoir was calculated using the differential mass balance method. The final obtained value of the accumulation potential is equivalent to prognostic resources. Key words: Rotliegend, prognostic gas resources, accumulation zones S³owa kluczowe: czerwony sp¹gowiec, zasoby prognostyczne gazu ziemnego, strefy akumulacji WSTÊP W polskim basenie czerwonego sp¹gowca dotychczasowe obliczenia wielkoœci zasobów prognostycznych gazu wykonane w latach zosta³y oszacowane w przedziale od m 3 do m 3. W tym, zasoby prognostyczne, liczone metodami strukturalnoobjêtoœciowymi okreœlono w granicach od ( o³nierczuk et al. 1985) do m 3 gazu (Wolnowski 2006). Zasoby liczone metodami genetycznymi ró nicowym bilansem masy wêglowodorowej oszacowano na m 3 dla obszaru monokliny przedsudeckiej (Strzetelski & Burzewski 1993) oraz na m 3 dla basenu czerwonego sp¹gowca bez strefy pomorskiej i przygranicznego obszaru Polski zachodniej (Strzetelski & Burzewski 1996). W 1992 roku zasoby obliczone metod¹ genetyczno-objêtoœciow¹ zosta³y ocenione na m 3 gazu (Depowski et al. 1992). W artykule zaprezentowano wyniki obliczeñ zasobów prognostycznych w basenie czerwonego sp¹gowca. w zasiêgu wystêpowania w pod³o u karboñskich ska³ macierzystych. Wiel-

2 124 W. Burzewski, W. Górecki, T. Maækowski, B. Papiernik & B. Reicher koœæ potencja³u generacyjnego karboñskich ska³ macierzystych wyznaczono metod¹ genetyczn¹. Regionaln¹ wielkoœæ wolnej fazy gazowej wprowadzonej do przestrzeni migracyjnej basenu czerwonego sp¹gowca obliczono metod¹ ró nicowego bilansu masy. METODYKA OBLICZANIA ZASOBÓW PROGNOSTYCZNYCH NIEODKRYTEGO POTENCJA U GAZU ZIEMNEGO W zastosowanej metodzie obliczania zasobów potencja³ akumulacyjny (jako iloœæ masy wêglowodorowej podlegaj¹cej akumulacji w pu³apkach z³o owych po odjêciu strat migracji masowej i nasyceniowej w skale zbiornikowej wyra ony w m 3 gazu w odniesieniu do warunków normalnych) odpowiada zasobom prognostycznym i kategorii E rozpoznania z³ó zdefiniowanej wed³ug Zasad dokumentowania z³ó ropy naftowej, gazu ziemnego i metanu wpok³adach wêgla (Nieæ et al. 2002). Natomiast nieodkryty potencja³ wêglowodorowy jest to potencja³ akumulacyjny pomniejszony o wielkoœæ udokumentowanych zasobów geologicznych gazu ziemnego w z³o ach. Obliczenia zasobów prognostycznych przeprowadzono dla zachowanego od 75 do 90% potencja³u genetycznego kerogenu w powaryscyjskim etapie generowania w udokumentowanym geochemicznie 750-metrowym profilu karbonu w strefie orogenicznej i do 1000 m w profilu strefy zapadliska przedorogenicznego oraz ca³ego profilu karbonu w strefie platformowej. Z analizy gazotwórczoœci wykluczono jedynie strefê przegrzania waryscyjskiego wpo³udniowo-wschodniej czêœci monokliny przedsudeckiej, gdzie wed³ug autorów ca³y potencja³ wêglowodorowy zosta³ stracony przed cechsztyñskim uszczelnieniem basenu czerwonego sp¹gowca. Na podstawie modelowañ karboñsko-dolnopermskiego systemu naftowego wykazano, e zasadniczy etap generowania i migracji wêglowodorów zachodzi³ w mezozoiku od póÿnego triasu do póÿnej jury w depresji zielonogórskiej i poznañskiej oraz sukcesywnie od wczesnego triasu do póÿnej jury w obszarze g³êbokiego pogr¹ enia profilu generacyjnego karbonu w granicach bruzdy œródpolskiej. W lokalnych strefach monokliny przedsudeckiej iniecki mogileñsko-³ódzkiej proces generowania kontynuowa³ siê do koñca kredy. W oparciu o zintegrowan¹ analizê geologiczno-geofizyczno-naftow¹ okreœlono wejœciowe parametry równañ obliczania potencja³u generacyjnego, jak: mi¹ szoœæ ska³ macierzystych h sm [m], zawartoœæ C org [% wag.], typ kerogenu i jego pierwotny potencja³ wêglowodorowy HI o [mghc/gtoc] i stopieñ jego wyczerpania HI p [mghc/gtoc]. Mi¹ szoœæ ska³ macierzystych uzyskano wybieraj¹c z profilu karbonu ska³y o zaileniu wiêkszym ni 85% i zawartoœci C org > 0.5% wag. Na tej podstawie ustalono realn¹ mi¹ - szoœæ ska³ macierzystych w poszczególnych stref obliczeniowych od 50 do 100 m z zawartoœci¹ kerogenu III typu i C org. w granicach 1.0% wag. ponad t³em rozproszenia na poziomie 0.5% wag. Wartoœæ pierwotnego potencja³u genetycznego dla dominuj¹cego kerogenu III typu ustalono na poziomie HI o = 210 mghc/gtoc, co jest zgodne z danymi literaturowymi zachodnioeuropejskich basenów karboñskich. Do tej wielkoœci odniesiono pomierzone i obliczone wielkoœci transformacji termicznej kerogenu Tr p w poszczególnych blokach obliczeniowych i skorelowano je ze stopniem dojrza³oœci termicznej materii organicznej w skali refleksyjnoœci witrynitu R r%, okreœlaj¹c stopieñ wygenerowania wêglowodorów w przedziale okna ropnego lub gazowego.

3 Zasoby prognostyczne nieodkryty potencja³ gazu ziemnego w polskim basenie czerwonego sp¹gowca 125 W wyniku zastosowania powy szych wielkoœci wejœciowych, równaniami metody Schmokera (1994), obliczono sumaryczny potencja³ generacyjny karbonu dolnego i górnego w obszarze basenu czerwonego sp¹gowca w iloœci m 3 gazu. Wyznaczono równie jednostkowy generacyjny potencja³ objêtoœciowy w kghc/m 3 ska³y macierzystej ijednostkowy generacyjny potencja³ powierzchniowy w kghc/m 2 powierzchni strukturalnej basenu (Fig. 1). Fig. 1. Mapa jednostkowego potencja³u powierzchniowego (JPP) utworów karbonu dolnego Fig. 1. Map of unit surface potential [JPP] of Lower Carboniferous. Explanations: 1 distribution of Rotliegend, 2 distribution of Lower Carboniferous, 3 Variscan orogen front (Pozaryski et al. 1992), 5 Variscan orogen front (Pokorski 2008), 6 contours of unit surface potential, 7 gas fileds, 8 average for computation zone, 9 unit surface potential [kg HC/m 2 basin] Regionaln¹ wielkoœæ wolnej fazy wêglowodorowej wprowadzonej do przestrzeni migracyjnej basenu czerwonego sp¹gowca obliczono metod¹ ró nicowego bilansu masy. Pomniejszaj¹c jednostkowy powierzchniowy potencja³ generacyjny basenu o wspó³czynnik strat migracji wewnêtrznej w skale macierzystej P = 1 mghc/g sm., uzyskano regionaln¹ wielkoœæ masy wêglowodorowej w iloœci m 3 podlegaj¹cej migracji w przestrzeni zbiorni-

4 126 W. Burzewski, W. Górecki, T. Maækowski, B. Papiernik & B. Reicher kowej czerwonego sp¹gowca. Ta masa wêglowodorów podlega³a stratom migracyjnym wdwóch wymiarach nasyceniowym i regionalnym wyprowadzeniom dopowierzchniowym na obrze eniach basenu permskiego. Straty z rozpuszczalnoœci gazu w s³onych wodach porowych s¹ proporcjonalnie ma³e i z obliczenia dla warunków wg³êbnych wynosz¹ m 3 gazu, natomiast straty sorbcji m 3 s¹ praktycznie do pominiêcia. St¹d masa wolnej fazy gazowej podlegaj¹cej migracji wynosi m 3. Przyjmuj¹c wspó³czynnik akumulacji W A = 0.1 w odniesieniu do masy migruj¹cego gazu uzyskano wielkoœæ potencja³u akumulacyjnego w iloœci m 3 gazu. Mo liwoœæ przyjêcia tak wysokiego wskaÿnika akumulacji W A wynika z regionalnej analizy rozwoju geologicznego obszaru i wyników analiz nasyceniowych, które wykaza³y, e: 1) basen akumulacyjny czerwonego sp¹gowca jest dobrze uszczelniony w skali regionalnej; 2) system dyslokacyjny basenu nie rozprasza masy wêglowodorowej do pokrywy mezozoicznej z wyj¹tkiem stref brze nych w otoczeniu Gór Œwiêtokrzyskich, wa³u wolsztyñskiego i dyslokacyjnego systemu Odry; 3) rezydualne nasycenie gazowe ska³ zbiornikowych po przejœciu wolnej strugi gazowej jest minimalne, z wyj¹tkiem przystropowych partii czerwonego sp¹gowca w strefach zbioru akumulacyjnego. Obliczona wielkoœæ potencja³u akumulacyjnego, równowa na zasobom prognostycznym w iloœci m 3 gazu, w przeliczeniu na warunki normalne, pomniejszona o udokumentowane zasoby wydobywalne w utworach czerwonego sp¹gowca rzêdu m 3 ( m 3 ) okreœla nieodkryty potencja³ wêglowodorowy, który wynosi m 3 gazu. Przeprowadzone obliczenia zasobów prognostycznych gazu wskazuj¹, e istnieje wystarczaj¹ca iloœæ masy wêglowodorowej, której akumulacja uwarunkowana jest typem i rozk³adem pu³apek z³o owych w utworach czerwonego sp¹gowca. OBSZARY MO LIWEJ AKUMULACJI GAZU ZIEMNEGO Argumentów do wskazania obszarów mo liwej akumulacji gazu ziemnego w g³êbszych czêœciach basenu czerwonego sp¹gowca dostarczaj¹ wyniki modelowania procesu migracji gazu, który mia³ charakter pulsacyjny i przebiega³ z ró nym nasileniem w basenie. Najwczeœniej proces migracji gazu rozpocz¹³ siê u schy³ku wczesnego triasu na odcinku kutnowskim bruzdy w depresji Kroœniewic. W tym okresie gaz migruj¹cy w kierunku NE móg³ akumulowaæ siê w zrêbowych strukturach antyklinalnych Szubin Byczyna Kutno. Z lokalnego centrum generowania na pó³noc od Wrzeœni we wczesnym triasie gaz migrowa³ skoncentrowan¹ strug¹ w kierunku po³udniowo-zachodnim monokliny przedsudeckiej. Zasadniczy etap masowej migracji gazu w zbiorniku czerwonego sp¹gowca przypada na okresy póÿnego triasu, wczesnej jury i póÿnej jury. Modelowania wykaza³y, e w póÿnym triasie dosz³o do powstania pierwszych akumulacji gazowych w niecce poznañskiej, w wyniku d³ugodystansowej migracji gazu z centrum generowania na linii Pi³a Konin oraz krótkodystansowej z podpermskiego pod³o- a niecki poznañskiej. Wystêpuj¹ca bli ej centrum generowania Pi³a Konin potencjalna strefa akumulacyjna Mê yk Objezierze Wrzeœnia mog³a byæ efektywniej zasilana przez gaz migruj¹cy w kierunku niecki poznañskiej.

5 Zasoby prognostyczne nieodkryty potencja³ gazu ziemnego w polskim basenie czerwonego sp¹gowca 127 W œwietle wyników regionalnej analizy basenu za najbardziej perspektywiczne obszary mo liwej akumulacji gazu mo na uznaæ 4 strefy: 1) Mê yk Objezierze Wrzeœnia o g³êbokoœci zalegania stropu czerwonego sp¹gowca w granicach od 4000 do 5000 m i mo liwoœci¹ wystêpowania pu³apek strukturalnych i stratygraficznych; 2) Konin Malanów g³ównie z pu³apkami strukturalnymi w stropie czerwonego sp¹gowca w interwale od 4500 do 5500 m; 3) Szubin Byczyna Kutno o g³êbokoœci zalegania stropu czerwonego sp¹gowca w granicach od 4500 m w rejonie Szubina do 6500 m w strefie Byczyna Kutno; 4) pó³nocno-wschodnia krawêdÿ wa³u wolsztyñskiego w niecce poznañskiej, która nadal pozostaje perspektywiczna dla akumulacji gazu, ale g³ównie w pu³apkach stratygraficznych na g³êbokoœci od 2500 do 3000 m. Powy sza analiza rozk³adu potencjalnych stref akumulacji wykaza³a, e gazonoœne utwory czerwonego sp¹gowca na obszarze basenu polskiego pomimo wielu dotychczasowych odkryæ z³o owych s¹ nadal perspektywiczne dla poszukiwañ naftowych, ale ju w g³êbszej czêœci basenu na g³êbokoœci od 3500 do 5500 m w obszarach dotychczas niewystarczaj¹co rozpoznanych badaniami sejsmicznymi i wierceniami. Zasadniczym problemem poszukiwawczym w basenie czerwonego sp¹gowca pozostaje sejsmiczne kartowanie potencjalnych struktur z³o owych. Lokalizacja pu³apek w g³êbszej czêœci basenu jest mo liwa przede wszystkim poprzez udoskonalenie metod badañ sejsmicznych przed rozpoznaniem wiertniczym. Niniejszy artyku³ stanowi czêœæ opracowania pt. Zasoby prognostyczne, nieodkryty potencja³ gazu ziemnego w utworach czerwonego sp¹gowca i wapienia cechsztyñskiego w Polsce realizowanego w latach w Katedrze Surowców Energetycznych na Wydziale Geologii, Geofizyki i Ochrony Œrodowiska Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie na zamówienie Departamentu Geologii i Koncesji Geologicznych Ministerstwa Œrodowiska (Us³uga w zakresie badañ naukowych nr 562/2005/Wn-06/SG-sm-tx/D) i finansowanego ze œrodków Narodowego Funduszu Ochrony Œrodowiska i Gospodarki Wodnej w Warszawie. PODSUMOWANIE Obliczenia zasobów prognostycznych zosta³y wykonane na obszarze ca³ego basenu czerwonego sp¹gowca w zasiêgu wystêpowania w pod³o u karboñskich ska³ macierzystych. Przeprowadzenie obliczeñ wymaga³o okreœlenia parametrów geochemicznych charakteryzuj¹cych ska³y macierzyste: mi¹ szoœci, pierwotnej zawartoœci wêgla organicznego, typu kerogenu, pierwotnego potencja³u wêglowodorowego i stopnia jego wyczerpania wyra onego wspó³czynnikiem transformacji termicznej kerogenu. W profilu karbonu wyró niono poziomy macierzyste przyjmuj¹c jako wartoœci progowe zailenie > 85% oraz pierwotn¹ zawartoœæ TOC >0.5% wagowego. Dla ca³ego basenu przyjêto wystêpowanie kerogenu III typu o pierwotnym potencjale genetycznym HI o nie przekraczaj¹cym 210 [mg HC /g TOC]. Metod¹ genetyczn¹ obliczono sumaryczny potencja³ generacyjny karbonu dolnego i górnego w iloœci m 3 gazu. Metod¹ ró nicowego bilansu masy, uwzglêdniaj¹c straty wynikaj¹ce z migracji pierwotnej w skale macierzystej oraz straty w migracji wtórnej w ska³ach zbiornikowych i wysoki wspó³czynnik akumulacji W A=0.1 obliczono wielkoœæ potencja³u akumulacyjnego odpowiadaj¹cego zasobom prognostycznym w iloœci m 3 gazu. Po uwzglêdnieniu udoku-

6 128 W. Burzewski, W. Górecki, T. Maækowski, B. Papiernik & B. Reicher mentowanych zasobów rzêdu m 3 gazu okreœlono nieodkryty potencja³ wêglowodorowy na m 3 gazu. Przeprowadzone ponadto czasowo-przestrzenne modelowania migracji gazu dostarczy³y dodatkowych argumentów do wyznaczenia stref mo liwej akumulacji w g³êbszej strefie basenu: Mê yk Objezierze Wrzeœnia, Konin Malanów, Szubin Byczyna Kutno, oraz przy NE krawêdÿ wa³u wolsztyñskiego. Opracowanie zrealizowano z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania geologiczno-geofizycznego firmy Landmark Graphics Corporation a Haliburton Company udostêpnionego w ramach programu wspierania badañ naukowych uniwersytetów (Agreement No COM ). Praca by³a prezentowana na Sesji Naukowej organizowanej przez Katedrê Mineralogii, Petrografii i Geochemii pt. 90 lat Katedry Mineralogii, Petrografii i Geochemii w AGH. LITERATURA Depowski S. et al., Analiza zasobnoœci gazo- i roponoœnych obszarów Polski. PIG, Warszawa. Karnkowski P., Z³o a gazu ziemnego i ropy naftowej w Polsce. Tom 2. Ni Polski. Wydawnictwo Towarzystwa Geosynoptyków Geos, Kraków. Karnkowski P., Oil and gas deposits in Poland. Towarzystwo Geosynoptyków Geos, Kraków. Karnkowski P., Solak M., o³nierczuk T., Wielkopolski basen gazo-roponoœny. Nafta- -Gaz, 5. Pokorski J., Schematyczna mapa rozmieszczenia utworów karbonu dolnego i górnego zokreœleniem litofacji dominuj¹cych. W: Górecki W. et al. 2008, Zasoby prognostyczne, nieodkryty potencja³ gazu ziemnego w utworach czerwonego sp¹gowca i wapienia cechsztyñskiego w Polsce, Temat realizowany na zlecenie MŒ, Archiwum CAG, Warszawa. Po aryski W. & Karnkowski P., Tectonic map of Poland during the variscan time. 1 : [tytu³ równie w jêzyku polskim]: Mapa tektoniczna Polski w epoce waryscyjskiej. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa, 1992 Schmoker J.W., Volumetric Calculation of Hydrocarbons Generated. W: Magoon L.B. & Dow W.G. (eds), The Petroleum System from Source to Trap. AAPG Memoir, 60. Strzetelski J. & Burzewski W., Ocena zasobów prognostycznych basenu czerwonego sp¹gowca i cechsztynu. IGNiG Kraków, AGH Kraków. Strzetelski J. & Burzewski W., Ocena zasobów prognostycznych gazu naturalnego w megazbiorniku kompleksu czerwonego sp¹gowca pomiêdzy Górami Œwiêtokrzyskimi a wschodni¹ granic¹ monokliny przedsudeckiej. IGNiG Kraków, AGH Kraków. Wolnowski T., Prognoza zasobnoœci czerwonego sp¹gowca w basenie permskim ni u polskiego. PGNiG BG GEONAFTA Pi³a. o³nierczuk T. et al., Zasoby wêglowodorów basenu czerwonego sp¹gowca. PGNiG, Zielona Góra.