Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska PROJEKT INŻYNIERSKI

Transkrypt

1 AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska PROJEKT INŻYNIERSKI IMIĘ i NAZWISKO: Michał Chmura Nr albumu: KIERUNEK: Geofizyka KATEDRA: Geofizyki TYTUŁ PROJEKTU: Model litologiczno-prędkościowy na podstawie profilowań geofizyki otworowej w utworach węglanowych TYTUŁ PROJEKTU (w języku angielskim): Velocity and lithology models in carbonate formations based on well log data OPIEKUN PROJEKTU: prof. dr hab. inż. Jadwiga Jarzyna Końcowa ocena projektu: Kierownik Katedry... Przewodniczący Komisji Egzaminacyjnej Kraków, 2014 r. Akademia Górniczo Hutnicza im. Stanisława Staszica; Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska; al. Mickiewicza 30, Kraków

2 Opinia opiekuna projektu Projekt jest wykonany bardzo starannie. Zawiera część opisową i obliczeniową oraz ilustrację graficzną wyników. Autor opisał zastosowaną metodykę i wykonał obliczenie prędkości i gęstości średnich oraz średnich wartości impedancji akustycznej w wyznaczonych poziomach litostratygraficznych w 3. otworach na monoklinie przedsudeckiej, przecinających utwory dolomitu głównego i wapienia podstawowego. Wyniki zilustrował w programie TechLog, zgodnie z przyjętymi wzorcami w geofizyce otworowej. bardzo dobry (5) ocena opiekuna projektu... podpis opiekuna projektu OŚWIADCZENIE AUTORA PROJEKTU Oświadczam, świadoma/-y/ odpowiedzialności karnej za poświadczenie nieprawdy, że niniejszy projekt wykonałam/-em/ osobiście i samodzielnie, i nie korzystałam/-em/ ze źródeł innych, niż wymienione w tekście. Oświadczam również, że przedstawiony projekt nie był wcześniej przedmiotem procedur związanych z uzyskaniem tytułu zawodowego w wyższej uczelni. Ponadto przyjmuję do wiadomości, że projekt inżynierski lub jego część może być opublikowany jedynie po uzyskaniu pisemnej zgody opiekuna projektu data podpis autora projektu

3 SPIS TREŚCI 1. WSTĘP Budowa modeli prędkościowych Czynniki wpływające na prędkość rozchodzenia się fal sprężystych w ośrodku skalnym oraz gęstość skał Obszar badań Cel projektu METODYKA POMIARÓW PRZETWARZANIE DANYCH POMIAROWYCH PODSUMOWANIE...15 LITERATURA...16

4 1. WSTĘP 1.1 Budowa modeli prędkościowych Rozpoznanie skał macierzystych oraz formacji zbiornikowych i określenie ich zdolności do akumulowania węglowodorów wymaga stosowania kompleksowej interpretacji danych uzyskanych z pomiarów geofizycznych i geologicznych. By tego dokonać należy zbudować dokładny model litologiczno-prędkościowy ośrodka geologicznego ukazujący zmiany z głębokością parametrów sprężystych oraz gęstości objętościowej (Bała & Witek 2007). Dane sejsmiczne używane są głównie w celu identyfikacji poziomów odbijających, ich geometrii i głębokości zalegania. Jest to możliwe, ponieważ fale sejsmiczne ulegają odbiciu na granicach warstw o różnych własnościach sprężystych, czyli różnej prędkości i gęstości. Budowa modeli prędkościowych na potrzeby sejsmiki jest zadaniem bardzo istotnym, ale też bardzo skomplikowanym, biorąc pod uwagę różne warianty prędkości, np.: średnią, interwałową, RMS, NMO itd. W związku z tym firmy zajmujące się poszukiwaniem złóż węglowodorów utworzyły wiele różnych algorytmów postępowania, by uzyskać adekwatny do potrzeb model ośrodka. Wymienić w tym miejscu można np. inwersję sejsmiczną, tomografię refleksyjną, tomografię refrakcyjną i inne (Schlumberger 2013). W związku z mnogością rozwiązań niezwykle istotna jest korelacja danych powierzchniowych z tymi uzyskanymi z profilowań przeprowadzanych w głębokich otworach wiertniczych. Dzięki takiemu działaniu interpretator ma możliwość interpolacji danych z bliskiego otoczenia otworu na cały interwał pomiaru sejsmicznego. Proces ten pomaga wypełnić luki w wiedzy o właściwościach ośrodka pomiędzy otworami (Barclay et. al. 2007). Dane prędkościowe uzyskane w wyniku profilowań akustycznych lub obliczeń teoretycznych pozwalają także dokonać konwersji czasowo-głębokościowej modelu w skali czasowej uzyskanego z pomiarów sejsmicznych. Rozwiązanie w skali głębokościowej wykorzystywane jest do obliczania sekcji syntetycznych (Jarzyna 2009). W budowie modeli geologiczno-prędkościowych praktyczne zastosowanie znalazły również badania anizotropii prędkości rozchodzenia się fal sprężystych w ośrodku skalnym, elektrycznych parametrów skał oraz przepuszczalności (Zalewska, et. al. 2009). Uzupełnieniem i rozszerzeniem wyników uzyskanych z profilowań geofizyki otworowej mogą być badania laboratoryjne próbek skalnych pochodzących z rdzeni wiertniczych. Badania geofizyki otworowej prowadzi się w otworach wiertniczych. Profilowania oznaczają rejestrację zmian fizycznego parametru ośrodka z głębokością. Otwór jest cylindrem, zbliżonym w przekroju do koła, wypełnionym płuczką wiertniczą. Płuczka oprócz szeregu funkcji, jakie spełnia w otworze (wynoszenie okruchów skalnych, chłodzenie urządzenia wiercącego, zapewnienia równowagi ciśnień, utrzymywanie ścianki otworu w odpowiednim stanie) ma także destrukcyjny wpływ. Wpływa na powstawanie kawern,

5 a wnikanie filtratu płuczki w głąb ośrodka skalnego powoduje utworzenie wokół otworu charakterystycznych stref (fig. 1) (Jarzyna et. al. 1999). Fig. 1 Strefy tworzące się wokół otworu wiertniczego 1.2 Czynniki wpływające na prędkość rozchodzenia się fal sprężystych w ośrodku skalnym oraz gęstość skał Znajomość prędkości rozchodzenia się fal sprężystych w podłożu jest istotnym czynnikiem w celu określenia głębokości zalegania oraz nachylenia granic poszczególnych warstw. Pozwala ponadto określić litologię, porowatość, moduły sprężystości, a także obecność mediów złożowych i ich rodzaj. Prędkość rozchodzenia się fal sprężystych w skałach zarówno osadowych, jak i magmowych i metamorficznych zmienia się w szerokim zakresie i zależy od kilku czynników. Do głównych zaliczyć możemy: skład chemiczno-mineralny, strukturę i teksturę, porowatość, nasycenie i rodzaj medium nasycającego, ciśnienie, głębokość zalegania, stopień kompakcji (Plewa & Plewa 1992). Innym parametrem, równie istotnym jak prędkość rozchodzenia się fal w skałach, jest gęstość, która w przypadku ciała idealnie jednorodnego, wyrażana jest przez stosunek jego masy (m) do objętości (V) i jest zawsze stała. Oznaczamy ją symbolem ρ. m ρ = V g (1) 3 cm 5

6 Występujące w przyrodzie ciała nigdy nie są jednak idealnie jednorodne, gdyż oprócz fazy stałej zawierają w sobie ciecze i gazy. Stąd też do określania gęstości skał wprowadzono pojęcie gęstości objętościowej, określonej przez stosunek masy próbki skalnej do jej objętości. Tak ujęta gęstość zależy w głównej mierze od składu mineralnego, struktury, porowatości, gęstości mediów nasycających, głębokości zalegania (Plewa & Plewa 1992). 1.2 Obszar badań Otwory wiertnicze Ołobok-1, Radoszyn-3 i Radoszyn-4K wykonane zostały na obszarze monokliny przedsudeckiej, w okolicach miejscowości Świebodzin, w środkowej części województwa lubuskiego (fig. 2) (Wagner & Pokorski 2013). Fig. 2 Lokalizacja analizowanych otworów wiertniczych na tle cechsztyńskich złóż ropy naftowej w dolomicie głównym na niżu polskim Cechsztyński dolomit główny jest największą formacją roponośną na niżu polskim. Spora część złóż w tym rejonie związana jest z platformami węglanowymi i ich stokami otaczającymi basen sedymentacyjny (Wagner & Pokorski 2013). Obszar ten jest w ostatnich 6

7 latach intensywnie badany w związku z odkryciem kilku złóż o dużych zasobach. Ich znalezienie możliwe było dzięki zastosowaniu sejsmiki refleksyjnej 3D, dlatego tak ważne jest umiejętne wykorzystanie danych pochodzących z otworów wiertniczych w celu budowy modelu prędkościowego. 1.3 Cel projektu Dane uzyskane z profilowań geofizyki otworowej ze swej natury dają jedynie informację o badanym ośrodku skalnym wzdłuż osi otworu. Ważne więc jest ich skorelowanie z danymi sejsmicznymi, pokrywającymi znacznie większy obszar. Jest to możliwe dzięki profilowaniom akustycznym i gęstościowym. Przy ich pomocy wyznaczana jest impedancja akustyczna warstw, a następnie współczynniki odbicia. Celem niniejszego projektu było wyznaczenie współczynników odbicia na granicach litologicznych na podstawie profilowań z trzech otworów wiertniczych wykonanych na obszarze niżu polskiego: Ołobok-1, Radoszyn-3 i Radoszyn-4K. W trakcie badań skorzystano z rozwiązania litologicznego wyinterpretowanego przez pracowników Geofizyki Kraków S.A. 2. METODYKA POMIARÓW Profilowania akustyczne wykonywane są w głębokich otworach wiertniczych. Wykorzystują one prędkość rozchodzenia się fal sprężystych w ośrodku skalnym. Parametrem mierzonym jest czas interwałowy, T wyrażany w µ s, czyli zdolność skał do m transmisji fal akustycznych (Sheriff & Geldart 1995). Zdolność ta zależy od wielu czynników, m. in.: porowatości, szczelinowatości, nasycenia przestrzeni porowej, struktury, tekstury, gęstości, składu mineralnego (Jarzyna et. al. 1999). Prędkość rozchodzenia się fal jest odwrotnością czasu interwałowego, co wyraża wzór (Rider 2008): V = 1 m (2) T s Profilowanie akustyczne jest wykorzystywane głównie do oceny porowatości w otworach wypełnionych płuczką lub wodą. Z kolei przy badaniach sejsmicznych może być użyte do określenia prędkości interwałowej i kalibracji sekcji sejsmicznej. Natomiast skorelowane z profilowaniem gęstościowym (PGG) służy do wyznaczania impedancji akustycznej ośrodka oraz współczynników odbicia, będących pierwszym krokiem w tworzeniu sejsmogramów syntetycznych i interpretacji pionowych profilowań sejsmicznych (PPS, VSP) (Rider 2008). 7

8 Profilowanie gamma-gamma (PGG), stanowi gałąź metod jądrowych stosowanych w geofizyce otworowej. Opiera się ono na pomiarze rozproszonego promieniowania gamma w ośrodku skalnym. Stosuje się je najczęściej w celu określenia gęstości objętościowej, czyli gęstości szkieletu skalnego wraz z gęstością medium złożowego uwięzionego w porach. Wyniki uzyskane z profilowań gęstościowych wykorzystywane są głównie do oceny porowatości, natomiast wraz z profilowaniem akustycznym do obliczania impedancji akustycznej (Jarzyna et. al. 1999). Dysponując profilowaniami akustycznym i gęstościowym jesteśmy w stanie wyliczyć impedancję akustyczną (twardość akustyczną) na granicy poszczególnych warstw, jako iloczyn prędkości i gęstości (Schroeder 2013): I = V ρ (3) Zmiana wartości impedancji na granicy dwóch ośrodków daje informację o tym, że część energii zmierzającej ze źródła w głąb ośrodka zostanie odbita, część natomiast będzie przekazana dalej. Wartości impedancji akustycznej służą do wyznaczenia współczynników odbicia. Parametr ten jest parametrem ilościowym i określa, jaka część energii zostanie odbita na granicy dwóch warstw. Obliczamy go z wzoru (4), przy założeniu, że promień fali sprężystej pada prostopadle na granicę rozdziału ośrodków o zróżnicowanych własnościach sprężystych (Schroeder 2013): R C = I I i+ 1 i+ 1 + I I i i (4) Inwersja sejsmiczna, wykorzystująca dane dotyczące współczynników odbicia w funkcji głębokości pozwala na uzyskanie informacji, które można następnie skorelować z porowatością, litologią, nasyceniem czy modułami sprężystości, co zaowocuje zbudowaniem właściwego modelu geologicznego ośrodka (Barclay et. al. 2007). Dane użyte do obliczeń pochodziły z profilowań geofizyki otworowej przeprowadzonych w trzech otworach wiertniczych: Ołobok-1, Radoszyn-3 i Radoszyn-4K. Wykorzystano wyniki pomiarów profilowań akustycznych (DT) oraz gęstości objętościowej (RHOB) (fig. 3). Ich wizualizację przeprowadzono w programie Grapher. Do zilustrowania składu litologicznego posłużono się wynikami interpretacji pochodzącymi z Geofizyki Kraków S.A. Pomiary przeprowadzono na całej głębokości otworów, tj.: Ołobok m, Radoszyn ,5m oraz Radoszyn-4K 2481m, z krokiem pomiarowym wynoszącym 0,25m. 8

9 OŁOBOK-1 RADOSZYN-3 RADOSZYN-4K DT [µs/m] RHOB [g/cm 3 ] DT [µs/m] RHOB [g/cm 3 ] DT [µs/m] RHOB [g/cm 3 ] Fig. 3 Krzywe akustyczne i gęstościowe zarejestrowane w otworach Ołobok-1, Radoszyn-3 i Radoszyn-4K

10 3. PRZETWARZANIE DANYCH POMIAROWYCH Na podstawie profilowań akustycznych, zgodnie ze wzorem (2) obliczono prędkość dla każdej wartości głębokości, zgodnie z przyjętym krokiem pomiarowym. Otrzymane wartości prędkości oraz gęstości (uzyskane z profilowania gamma-gamma) posłużyły do wyliczenia wartości średnich w przyjętych, zgodnie z interpretacją Geofizyki Kraków S.A., warstwach litologicznych. Dzięki temu możliwe było obliczenie, zgodnie z wzorem (3) impedancji akustycznej w poszczególnych warstwach. Z twardości akustycznej uzyskano z kolei współczynniki odbicia na granicach warstw (zgodnie z wzorem (4)). Wszystkie obliczenia wykonano w programie Excel. Ze względu na obszerność danych zamieszczono jedynie ich fragment dla otworu Ołobok-1 (tab. 1). A3 Tab. 1. Fragment danych dla otworu Ołobok ,93 2, , ,84 2, Jednostka DEPTH DT RHOB RHOB śr V Vśr I Rc I3 2218, ,17 2, , , ,86 2, ,76 2, , ,93 2, , ,09 2, , ,10 2, ,09 2, , ,10 2, , ,10 2, , ,13 2, ,14 2, , ,17 2, , ,20 2, , ,21 2, ,19 2, , ,19 2, , ,31 2, , ,46 2, Jednostka DEPTH DT RHOB RHOB śr V Vśr I Rc A2G ,65 2, , , ,70 2, , ,77 2, , ,76 2, ,68 2, , ,44 2, Jednostka DEPTH DT RHOB RHOB śr V Vśr I Rc Na2 2224, ,22 2, , , ,13 2,

11 Tabele 2, 3 i 4 zawierają prędkości średnie, gęstości średnie i średnią wartość impedancji w wydzielonych poziomach, zawierają także współczynniki odbicia na każdej granicy lito-stratygraficznej. Tab. 2. Dane wynikowe dla otworu Ołobok-1 Średnia Nr Jednostka Średnia Średnia Współczynnik H stropu H spągu wartość Lito-strat. prędkość gęstość odbicia impedancji 1 Q+Tr , J , ,12 3 TRe , , ,14 4 Tk3G 665,5 775, , ,15 5 Tk3T 775, , ,02 6 Tk3D , ,07 7 Tk , ,08 8 Tm , , ,18 9 Tm2 1059,5 1124, , ,14 10 Tm1 1124, , ,01 11 Tp , , ,02 12 Tp2 1441, , ,07 13 Tp , ,02 14 IP , , ,01 15 Na4 2022, , ,02 16 I , ,09 17 Na , ,09 18 A , , ,27 19 I3 2218, , ,57 20 A2G , , ,44 21 Na2 2224, , ,09 22 A , , ,25 23 Ca2 2475,5 2583, , ,02 24 A3G 2583, , ,05 11

12 Tab. 3. Dane wynikowe dla otworu Radoszyn-3 Średnia Nr Jednostka Średnia Średnia Współczynnik H stropu H spągu wartość Lito-strat. prędkość gęstość odbicia impedancji 1 Q+Tr , J , ,18 3 TRe , ,10 4 Tk3G , ,17 5 Tk3T , ,07 6 Tk3D , ,08 7 Tk , ,06 8 Tm , ,12 9 Tm , ,21 10 Tm , , Tp , ,05 12 Tp , ,04 13 Tp , ,03 14 IP , ,03 15 Na , , I , ,24 17 Na , ,23 18 A , ,28 19 I , ,33 20 A2G , ,31 21 Na , ,25 22 A , ,25 23 Ca , , ,20 12

13 Tab. 3. Dane wynikowe dla otworu Radoszyn-4K Średnia Nr Jednostka Średnia Średnia Współczynnik H stropu H spągu wartość Lito-strat. prędkość gęstość odbicia impedancji 1 Q+Tr , J , ,17 3 TRe , ,15 4 Tk3G , ,13 5 Tk3T , ,04 6 Tk3D , ,05 7 Tk , ,04 8 Tm , ,04 9 Tm , ,28 10 Tm , , Tp , ,07 12 Tp , , ,01 13 Tp1 1712, , ,01 14 IP , , Na , , ,05 16 I4 2129,5 2134, , ,15 17 Na3 2134,5 2238, , ,13 18 A3 2238,5 2274, , ,28 19 I3 2274, , ,31 20 A2G/Na , ,31 21 I , ,34 22 A2G , , ,30 23 Na2 2304,5 2363, , ,22 24 A2 2363,5 2382, , ,20 25 Ca2 2382,5 2430, , ,01 26 A1 2430, , ,12 Wizualizację wyników profilowań, współczynników odbicia oraz interpretacji budowy litostratygraficznej dla dwóch otworów (Ołobok-1 i Radoszyn-4K) przedstawiono w programie Techlog. Na ścieżce 1 zaznaczona jest głębokość, ścieżka 2 prezentuje litologię, ścieżki 3, 4, 5 stratygrafię, ścieżki 6, 7 oraz 8 kolejno gęstość objętościową, czas interwałowy fali P oraz współczynniki odbicia. 13

14 Well: OLOBOK-1 UWI: DD Short name: Long name: Elevation: Elevation datum: Total depth: Coordinate system: X: Y: Longitude: Latitude: SPUD date: Completion date: Status: Operator: UWI: DD Short name: Long name: Elevation: Elevation datum: Total depth: Coordinate system: SPUD date: Completion date: Status: Operator: Q+Tr J anhydryt VANH halit VHAL gips VMIN dolomit VDOL kalcyt VCAL piaskowiec VQRT RHOB G/C DT US/ rc Reference (M) 1:3000 POR RHOB G/C DT US STRAT3 STRAT2 J VSH Q+Tr Q+Tr Rc J J 250 Q+Tr Cumulated variables sól potasowa porowatość X: Y: Longitude: Latitude: strat1 STRAT3 zailenie STRAT2 1 strat1 Reference (M) 1:3000 Cumulated variables 0 Well: RADOSZYN-4K TRe TRe TRe TRe T3 Tk3G Tk3G T T2 Tm3Tm2 Tm3Tm2 Tk1 Tk1 Tk3T Tk3D Tk Tk3T Tk3D Tk T2 Tm1 Tm Tp3 Tp Tp2 Tp2 T1 T Tp1 Tp1 Z4 Na3 Z3 Z3 Z1 A2 Ca A3A2G I3Na2A2Ca2 A3G Z2 Na2 P2 (cechsztyn) A3 A2G I3 Z2 P2 (cechsztyn) IPNa4 I4 Na3 IPNa4 I4 Z A3G Z1

15 4. PODSUMOWANIE Opracowanie modelu prędkościowego ośrodka skalnego jest kluczowym zadaniem na drodze zbudowania właściwego modelu geologicznego. W tym celu istotne jest określenie zmian z głębokością parametrów sprężystych (m. in. prędkości rozchodzenia się fal) oraz gęstości objętościowej. Problem ten można zrealizować w oparciu o wyniki interpretacji profilowań geofizyki otworowej, które można po odpowiednim skalowaniu dopasować do danych sejsmicznych. Obliczenia prędkości fal sprężystych i gęstości objętościowej w analizowanych otworach dokonano od pewnej głębokości (odpowiednio 26m dla otworu Ołobok-1, 36,5m dla otworu Radoszyn-3 oraz 29,5m dla otworu Radoszyn-4K) z pominięciem górnego interwału, gdzie nie przeprowadzono profilowań akustycznego oraz gęstościowego. Do wizualizacji litologii posłużono się interpretacją Geofizyki Kraków S.A. Można stwierdzić, że wykształcenie litologiczne otworów jest podobne. Pominięto dokładną analizę dolnych odcinków otworów, gdzie przeprowadzono pomiary zestawem DDL-D firmy Halliburton, z uwagi na bardzo małą miąższość wydzielonych tam warstw i w związku z tym występujące trudności z ich wizualizacją. Na podstawie wyznaczonych parametrów poszczególnych warstw obliczono, a następnie przedstawiono graficznie współczynniki odbicia na każdej z granic. Zakres zmienności współczynników jest duży. Zmienny znak wskazuje na odbicie lub przejście fali sprężystej na granicy rozdziału ośrodków o zróżnicowanych własnościach. Prędkości i gęstości oraz impedancja akustyczna w utworach węglanowych wyraźnie różnią się od wartości w utworach klastycznych. Prędkość waha się w przedziale od 2785 m/s dla wapienia muszlowego do 6099 m/s dla dolomitu głównego, gęstość od 2,40 g/cm 3 dla wapienia muszlowego do 2,71 g/cm 3 dla dolomitu głównego. 15

16 LITERATURA 1. Bała M. & Witek K., Model prędkościowy fal P i S oraz gęstości objętościowych dla wybranych otworów w rejonie Karpat Zachodnich, Geologia, 33, Barclay F., Bruun A., Rasmussen K.B., Alfaro J.C., Cooke A., Cooke D., Salter D., Godfrey R., Lowden D., McHugo S., Ozdemir H., Pickering S., Pineda F.G., Herwanger J., Volterrani S., Murineddu A., Rasmussen A. & Roberts R., Seismic Inversion: Reading Between The Lines Ocean, Oilfield Review, Jarzyna J., Jakie są możliwości geofizyki stosowanej?, Przegląd Geologiczny, 57, 11, Jarzyna J., Bała M. & Zorski T., Metody geofizyki otworowej, pomiary i interpretacja, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków. 5. Plewa M. & Plewa S., Petrofizyka, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa. 6. Rider M., The geological interpretation of well logs, Rider-French Consulting Ltd, Sutherland. 7. Schlumberger, Depth Imaging and Velocity Model Building. Strona internetowa firmy Schlumberger 8. Schroeder F.W., Seismic Reflection. Strona internetowa American Association of Petroleum Geologists, Slide Resources, 9. Sheriff R.E. & Geldart L.P., Exploration Seismology, Cambridge University Press, Cambridge. 10. Wagner R. & Pokorski J., W poszukiwaniu ropy i gazu. Strona internetowa Państwowego Instytutu Geologicznego Zalewska J., Sikora G. & Gąsior I., Laboratoryjne badania anizotropii fizycznych właściwości skał. [W:] PPKG. Abstrakty. Polskie Towarzystwo Geologiczne, Kraków. 135.