Stanis³aw Dubiel*, Adam Zubrzycki*

Transkrypt

1 WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 27 ZESZYT Stanis³aw Dubiel*, Adam Zubrzycki* ANALIZA W AŒCIWOŒCI ZBIORNIKOWYCH UTWORÓW MIOCENU AUTOCHTONICZNEGO ZAPADLISKA PRZEDKARPACKIEGO NA PODSTAWIE WYNIKÓW OPRÓBOWAÑ Z O OWYCH I GEOFIZYKI WIERTNICZEJ** 1. WSTÊP Gazonoœne i wodonoœne, piaszczysto-mu³owcowo-ilaste utwory miocenu autochtonicznego w zapadlisku przedkarpackim charakteryzuj¹ siê znaczn¹ zmiennoœci¹ facjaln¹, zarówno poziom¹ jak i pionow¹. Ich warstewkowo-laminowa struktura, z czêstymi redukcjami mi¹ szoœci powoduje wystêpowanie zró nicowanego nasycenia wod¹ z³o ow¹ i gazem ziemnym. Z tego powodu wyniki opróbowañ takich utworów, uzyskiwane na etapie poszukiwañ naftowych, mog¹ mieæ czêsto charakter niejednoznaczny w lokalizowaniu nagromadzenia gazu ziemnego o wartoœci przemys³owej. W³aœciwoœci zbiornikowe utworów mioceñskich w rozpatrywanym obszarze poszukiwañ naftowych od szeregu lat badane s¹ metodami geofizyki wiertniczej, rurowymi próbnikami z³o a (RPZ) oraz z wykorzystaniem metod laboratoryjnych. Wyniki tych badañ wykorzystywane s¹ na bie ¹co przez s³u by geologiczno wiertnicze w zakresie podejmowania wa nych decyzji technologicznych oraz poszukiwawczych. Praktyka przemys³owa wykaza³a, e naj³atwiejsze do uzyskania s¹ te parametry z oznaczeñ geofizyki wiertniczej oraz testów z³o owych RPZ. Dane z badañ laboratoryjnych rdzeni wiertniczych s¹ zazwyczaj ograniczone do pojedynczych, krótkich interwa³ów poziomów gazonoœnych i czêsto ma³o miarodajne ze wzglêdu na du ¹ rozsypliwoœæ badanych próbek ska³ mioceñskich. W artykule, przy wykorzystaniu metod statystycznych, podjêto próbê analizy regionalnej zmian przepuszczalnoœci efektywnej dla wody ska³ zbiornikowych miocenu * Wydzia³ Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków ** Praca wykonana w ramach badañ statutowych 121

2 (okreœlanej na podstawie testów z³o owych RPZ), w zale noœci od ich porowatoœci efektywnej (okreœlonej wg badañ geofizycznych). Badano zale noœæ: przepuszczalnoœæ vs porowatoœæ dla wybranych interwa³ów w profilach miocenu autochtonicznego pochodz¹cych z dwóch stref: po³udniowej miêdzy Bochni¹ i Rzeszowem oraz pó³nocnej w strefie NE zapadliska (Wola Obszañska). 2. CHARAKTERYSTYKA DANYCH PRZEMYS OWYCH I SPOSOBY ICH UZYSKANIA Badania rurowymi próbnikami z³o a umo liwiaj¹ okreœlenie podstawowych parametrów z³o owych oraz w³aœciwoœci zbiornikowych opróbowanych interwa³ów. W poszukiwaniach naftowych szczególne znaczenie ma znajomoœæ wspó³czynnika przepuszczalnoœci efektywnej ska³ zbiornikowych dla wody. W przypadku badañ próbnikami rurowymi wartoœæ tego wspó³czynnika dotyczy badanej strefy przyodwiertowej, której promieñ wynosi zwykle od kilku do kilkudziesiêciu metrów. Z analizy danych przemys³owych wynika, e w najwiêkszej liczbie przypadków opróbowañ utworów miocenu (w latach oko³o 80%) uzyskano przyp³yw wody bez œladów gazu ziemnego, ze œladami gazu lub lekko nagazowanej. Niekiedy w wodzie tej by³y tak e niewielkie iloœci filtratu p³uczkowego lub nawet p³uczki wiertniczej [1, 3]. Do okreœlania parametrów z³o owych na podstawie wyników tego typu opróbowañ u ywano najczêœciej metody Hornera, jako najbardziej przydatnej do interpretacji krzywych odbudowy ciœnienia dennego, rejestrowanych w przedziale od 60 do 90 minut. Do interpretacji testów odbudowy ciœnienia dennego trwaj¹cych ponad 90 minut stosowano czêsto tak e metodê log log [1, 2,]. Ska³y zbiornikowe typu klastycznego reprezentowane przez piaskowce, charakteryzuje zasadniczo proporcjonalnoœæ przepuszczalnoœci efektywnej dla wody do porowatoœci otwartej okreœlanej badaniami laboratoryjnymi, zbli onej do porowatoœci efektywnej okreœlanej metodami geofizyki wiertniczej [6]. Proporcjonalnoœæ ta jest zró nicowana i zale y od typu mineralogicznego piaskowców, ich tekstury oraz przebiegu procesu diagenezy w czasie geologicznym, a zw³aszcza od procesu zagêszczania (kompakcji) piaskowców [5]. W profilach g³êbokoœciowych naj³atwiej dostêpne s¹ wartoœci tych parametrów pochodz¹ce z iloœciowych ocen geofizyki wiertniczej oraz wyników testów z³o owych, dokonywanych w trakcie poszukiwañ naftowych, na etapie wiertniczego rozpoznania. Profil miocenu autochtonicznego zapadliska przedkarpackiego tworzy kompleks molas o bardzo zró nicowanej mi¹ szoœci: od 2 tys. m w strefie po³udniowej (przed czo³em nasuniêcia fliszu karpackiego) do kilkuset m w strefie krawêdziowej pó³nocnej i pó³nocno-wschodniej, spoczywaj¹cy na zró nicowanym wiekowo pod³o u mezo-paleozoicznym platformy zachodnioeuropejskiej. Kompleks ten buduj¹ utwory badenu i górnego sarmatu w postaci sekwencji ³awic drobno-rytmicznych piaskowców (czêsto rozsypliwych), drobno i œrednioziarnistych oraz mu³owców i ³upków. Zmiany facjalne nastêpuj¹ doœæ szybko, zarówno w profilu pionowym, jak i poziomym. 122

3 Akumulacje gazu ziemnego o charakterze przemys³owym wystêpuj¹ zasadniczo w poziomach piaszczystych, o sprzyjaj¹cej pozycji strukturalnej, niemniej nasycenie gazem spotykane jest równie w drobnolaminowanych poziomach piaszczysto-ilastych lub mu- ³owcowo-ilastych. Interesuj¹ce wydaje siê problem, czy w tak zró nicowanym facjalnie i g³êbokoœciowo basenie zapadliska przedkarpackiego wystêpuj¹ strefy o odrêbnej charakterystyce zale noœci w³aœciwoœci zbiornikowych (przepuszczalnoœæ porowatoœæ), czy raczej basen mioceñski jest pod tym wzglêdem bardziej jednorodny. Celem zbadania tego problemu wytypowano dwie odrêbne pod wzglêdem pozycji strukturalnej oraz mi¹ szoœci profilu osadów miocenu autochtonicznego strefy zapadliska przedkarpackiego, a nastêpnie dokonano analizy metodami statystycznymi zale noœci logarytmu przepuszczalnoœci efektywnej (log k), okreœlonej na podstawie testów z³o owych RPZ, od porowatoœci efektywnej (Φ), okreœlanej metodami geofizyki wiertniczej. Dane te zestawiono w tabelach 1 i 2. Dla porównania wyznaczono podobn¹ zale noœæ wykorzystuj¹c (czêœciowo publikowane) wartoœci przepuszczalnoœci efektywnej dla wody i porowatoœci otwartej, okreœlone metodami laboratoryjnymi dla mioceñskich próbek rdzeniowych, pochodz¹cych ze strefy Bochni (strefa S ) [4] i Nowosielca (strefa NE ). Dane przemys³owe dotycz¹ce porowatoœci efektywnej zebrane w tabach 1 i 2 (strefa S i strefa NE) zosta³y okreœlone na podstawie krzywych geofizyki wiertniczej przy typowaniu do opróbowania RPZ poziomów potencjalnie gazonoœnych. Wartoœci przepuszczalnoœci efektywnej zestawione w zamieszczonych tabelach pochodz¹ z testów z³o owych wykonanych RPZ w tych interwa³ach, z których uzyskano przyp³ywy wód z³o owych lekko zgazowanych, z niewielk¹ domieszk¹ p³ynów wiertniczych. Lp. Tabela 1 Zestawienie wartoœci wspó³czynników porowatoœci i przepuszczalnoœci ska³ miocenu okreœlonych odpowiednio metodami geofizyki wiertniczej oraz na podstawie wyników opróbowañ RPZ w strefie po³udniowej zapadliska przedkarpackiego [1] Odwiert i nr zapiêcia w roku G³êbokoœæ interwa³u opróbowania [m] Porowatoœæ geof. Ö [%] Przepuszczalnoœæ k [md] log k 1 Tarnów 70k; 87/ ,0 7,0 0,845 2 Rad³ów 3; 89/ ,0 58,0 1,763 3 Pilzno 45k; 56/ ,0 80,0 1,903 4 Pilzno 45k; 58/ ,0 35,0 1,544 5 Zaczarnie 8; 51/ ,0 25,4 1,405 6 Zawada 4; 51/ ,0 10,0 1,000 7 Brzeziny 6; 8/ ,0 2,5 0,398 8 Zaczarnie 7; 158/ ,0 63,0 1,799 9 Zdrochec 2; 167/ ,0 22,5 1,

4 Lp. Odwiert i nr zapiêcia w roku Tabela 1 cd. G³êbokoœæ interwa³u opróbowania [m] Porowatoœæ geof. Ö [%] Przepuszczalnoœæ k [md] log k 10 Bogumi³owice 5; 11/ ,0 60,0 1, Brzeziny 9; 45/ ,0 0,61 0, Brzeziny 9; 48/ ,0 4,5 0, Jarz¹bkowice 1; 40/ ,0 2,3 0, Pojawie 7; 125/ ,0 5,0 0, Pojawie 7; 127/ ,0 33,0 1, Pojawie 7; 129/ ,0 4,0 0, Pojawie 7; 132/ ,0 12,0 1, Brzeziny 7; 113/ ,0 13,0 1, Dwojanów 1; 200/ ,0 10,0 1, Tarnów 80; 162/ ,0 2,0 0, Tarnów 80; 164/ ,0 0,94 0, Rzêdzin 7; 1/ ,0 3,0 0, Schabowiec 1; 54/ ,0 96,0 1, Schabowiec 1; 55/ ,0 90,0 1, yraków 1; 67/ ,0 7,0 0, azy 8; 137/ ,0 2,0 0, Brzeziny 4; 165/ ,5 6,0 0, Pilzno 45k; 54/ ,0 6,3 0, Tarnów 70k; 94/ ,0 11,0 1, Pilzno 47; 99/ ,0 525,0 2, Ró a 3; 123/ ,0 1,25 0, Kielanówka 14A;116/ ,0 207,0 2,316 Lp. Tabela 2 Zestawienie wartoœci wspó³czynników porowatoœci i przepuszczalnoœci ska³ miocenu uzyskanych metodami geofizyki wiertniczej oraz na podstawie wyników opróbowañ RPZ w strefie pó³nocno-wschodniej zapadliska przedkarpackiego w latach [1, 3] Nazwa odwiertu G³êbokoœæ interwa³u opróbowania [m] Porowatoœæ geof. Ö [%] Przepuszczalnoœæ k [md] log k 1 Wola Obszañska ,0 100,0 2,000 2 Wola Obszañska ,0 500,0 2,699 3 Wola Obszañska ,0 40,0 1,602 4 Wola Obszañska ,0 200,0 2,301 5 Wola Obszañska ,0 10,0 1,

5 Tabela 2 cd. 6 Wola Obszañska ,0 10,0 1,000 7 Wola Obszañska ,0 100,0 2,000 8 Wola Obszañska ,0 10,0 1,000 9 Wola Obszañska ,0 150,0 2, Wola Obszañska ,0 900,0 2, Wola Obszañska ,0 40,0 1, Wola Obszañska ,0 10,0 1, Wola Obszañska ,0 150,0 2, Wola Obszañska ,0 50,0 1, Wola Obszañska ,0 10,0 1, Wola Obszañska ,0 200,0 2, Wola Obszañska ,0 80,0 1, Wola Obszañska ,0 100,0 2, Wola Obszañska ,0 200,0 2, Wola Obszañska ,0 100,0 2, Wola Obszañska ,0 200,0 2, Wola Obszañska ,0 10,0 1, Wola Obszañska ,0 500,0 2, Wola Obszañska ,0 40,0 1, Wola Obszañska ,0 30,0 1, Wola Obszañska ,0 80,0 1, Wola Obszañska ,0 80,0 1, Wola Obszañska ,0 80,0 1, Wola Obszañska ,0 400,0 2, Wola Obszañska ,0 10,0 1, Wola Obszañska ,0 80,0 1, Wola Obszañska ,0 10,0 1, Wola Obszañska ,0 50,0 1, Wola Obszañska ,0 500,0 2, Wola Obszañska ,0 200,0 2, Wola Obszanska ,0 40,0 1, Wola Obszañska ,0 500,0 2, Wola Obszañska ,0 100,0 2, Wola Obszañska ,0 100,0 2, Kowale ,0 5,14 0,

6 3. ANALIZA STATYSTYCZNA ZALE NO CI WSPÓ CZYNNIKA PRZEPUSZCZALNO CI EFEKTYWNEJ OD WSPÓ CZYNNIKA POROWATO CI DLA SKA ZBIORNIKOWYCH MIOCENU AUTOCHTONICZNEGO Metodami analizy statystycznej badano zale no æ: logk = a + b Φ, gdzie: k wspó³czynnik przepuszczalno ci efektywnej ska³ dla wody [md]; Φ wspó³czynnik porowato ci efektywnej ska³ [%], wykorzystuj¹c odpowiednie dane przemys³owe zestawione w tabelach 1 i 2. Zebrane w nich dane dotycz¹ce wspó³czynnika przepuszczalno ci efektywnej okre lone zosta³y na podstawie wyników interpretacji testów z³o owych metodami: Hornera oraz log log [1, 2], natomiast warto ci wspó³czynnika porowato ci efektywnej badanych interwa³ów uzyskano za pomoc¹ interpretacji wyników profilowañ geofizycznych. Wykorzystuj¹c metody analizy statystycznej stwierdzono znaczn¹ zgodno æ (brak istotnej ró nicy przy poziomie istotno ci testowania α = 0.05) warto ci wspó³czynników korelacji parzystej, liniowej miêdzy logk i Φ dla rozpatrywanych dwóch stref z³o owych zapadliska przedkarpackiego. Na tej podstawie utworzono jeden zbiór danych, który wykorzystano do konstrukcji wykresu przedstawionego na rysunku 1. Dla porównania na rysunku 2 przedstawiono zale no æ wspó³czynnika przepuszczalno ci efektywnej dla wody (klab) od porowato ci otwartej (Φlab) dla oznaczeñ laboratoryjnych badanych w³a ciwo ci zbiornikowych ska³ mioceñskich. Rys. 1. Zale no æ przepuszczalno ci efektywnej dla wody (na podstawie testów z³o owych RPZ) jako log k, od porowato ci efektywnej (wyznaczonej metodami geofizyki wiertniczej) dla utworów piaskowcowych miocenu autochtonicznego zapadliska przedkarpackiego. Romby pe³ne strefa S; romby puste strefa NE zapadliska. Linie przerywane przedzia³y ufno ci 95% 126

7 Rys. 2. Zale noœæ przepuszczalnoœci efektywnej dla wody jako log k lab, od porowatoœci otwartej (Φ lab ) wyznaczonych metodami laboratoryjnymi [4] dla utworów piaskowcowych miocenu autochtonicznego zapadliska przedkarpackiego (strefa S i NE). Linie przerywane przedzia³y ufnoœci 95% Przedstawione na rysunkach 1 i 2 wykresy badanej zale noœci opisuj¹ nastêpuj¹ce równania regresji, przy poziomie istotnoœci 0,05 z okreœleniem 95-procentowych przedzia- ³ów ufnoœci: a) logk = Φ, przy wspó³czynniku korelacji r = (wartoœæ krytyczna r kr = 0,232) dla obu stref (S + NE) analizowanych ³¹cznie, w zakresie g³êbokoœci od 168 do 2273 m (rys. 1); b) logk lab = Φ lab, przy wspó³czynniku korelacji r = (wartoœæ krytyczna r kr = 0,349) dla obu stref analizowanych ³¹cznie, w zakresie g³êbokoœci od 103 do 1082 m (rys. 2). 4. WNIOSKI KOÑCOWE 1. Metodami analizy statystycznej stwierdzono stosunkowo siln¹, liniow¹ korelacjê miêdzy wartoœci¹ logarytmu z przepuszczalnoœci efektywnej dla wody okreœlonej na podstawie testów z³o owych RPZ, a porowatoœci¹ efektywn¹, okreœlon¹ na podstawie badañ geofizyki wiertniczej dla ska³ piaskowcowych miocenu autochtonicznego zapadliska przedkarpackiego. 2. Analiza statystyczna danych przemys³owych wykaza³a istnienie bardzo zbli onych zale noœci pomiêdzy przepuszczalnoœci¹ efektywn¹ dla wody, okreœlon¹ na podstawie 127

8 testów z³o owych RPZ i porowatoœci¹ efektywn¹, okreœlon¹ metodami geofizyki wiertniczej dla utworów piaskowcowych miocenu autochtonicznego, w dwóch ró - nych strefach zapadliska przedkarpackiego, co pozwoli³o na wyznaczenie jednej zale noœci dla ca³ego obszaru zapadliska. 3. Wyznaczone równanie regresji mo e s³u yæ do prognozowania wartoœci przepuszczalnoœci efektywnej dla wody w ska³ach piaskowcowych miocenu, na podstawie wartoœci wspó³czynnika porowatoœci efektywnej tych ska³, okreœlonego metodami geofizyki wiertniczej, w analizowanych obszarach poszukiwañ naftowych zapadliska przedkarpackiego. 4. Wykres przedstawiony na rysunku 1, interpretowany w skali regionalnej, wskazuje na znaczn¹ jednolitoœæ utworów piaskowcowych basenu mioceñskiego pod wzglêdem analizowanych w³aœciwoœci zbiornikowych. Z tego wzglêdu, mo liwe jest ujednolicenie doboru racjonalnych parametrów technologicznych w procesach dowiercania, udostêpniania i opróbowania ska³ zbiornikowych miocenu autochtonicznego dla ca³ego obszaru zapadliska przedkarpackiego. 5. Pewnym potwierdzeniem jednolitoœci utworów piaskowcowych basenu mioceñskiego s¹ równie wyniki analizy statystycznej zale noœci logarytmu z wartoœci przepuszczalnoœci efektywnej dla wody, od porowatoœci otwartej, wyznaczonych za pomoc¹ badañ laboratoryjnych dla tego typu ska³ miocenu autochtonicznego zapadliska przedkarpackiego (rys. 2). LITERATURA [1] Dubiel S., Rzyczniak M., Wójtowicz T., Ku³aga T. i in.: Analiza i interpretacja wyników opróbowañ rurowymi próbnikami z³o a warstw perspektywicznych w obszarze przedgórza Karpat i w Karpatach. Wydzia³ WNiG AGH, Kraków (niepublikowane) [2] Dubiel S., Chrz¹szcz W., Rzyczniak M.: Problemy opróbowania warstw perspektywicznych rurowymi próbnikami z³o a. UWND AGH, Kraków 2003 [3] Dubiel S.: Ocena wyników z opróbowañ rurowymi próbnikami z³o a warstw miocenu na Przedgórzu Karpat. Wiertnictwo, Nafta, Gaz (rocznik AGH), t. 20, z. 1, 2003 [4] Hollendonner M.: Sedimentology and petrology of autochthonous Miocene of the Polish Carpathian Foredeep in the area of Bochnia. South Poland Clausthaler Geowiss. Diss. Nr. 49, TU-Clausthal-Zellerfeld, 1995 [5] Twardowski K., Traple J.: Wp³yw kompakcji na w³aœciwoœci zbiornikowo-filtracyjne ska³ miocenu Przedgórza Karpat. Wiertnictwo, Nafta, Gaz (pó³rocznik AGH), t. 25, z. 2, 2008 [6] Twardowski K., Traple J.: Charakterystyka iloœciowa porowatoœci oœrodków gruntowo-skalnych a zjawiska molekularno-powierzchniowe. Wiertnictwo, Nafta, Gaz (rocznik AGH), t. 23, z. 1,