GEOLOGIA 2009 Tom 35 Zeszyt 2/1 591 598 PRZESTRZENNY ROZK AD PARAMETRÓW Z O OWYCH ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLÊDNIENIEM NASYCENIA WOD NIEREDUKOWALN, KAPILARN I WOLN DLA REJONU GROTOWA Spatial distribution of reservoir parameters with particular attention given to saturation with irreducible, capillary and free water for Grotów region Jadwiga ZALEWSKA 1, Micha³ MALAGA 2 & Dariusz CEBULSKI 1 1 Instytut Nafty i Gazu; ul. Lubicz 25a, 31-503 Kraków; e-mail: zalewska@inig.pl, cebulski@inig.pl 2 Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo S.A., Oddzia³ Pi³a; pl. Staszica 9, 64-920 Pi³a Abstract: The aim of the study is a determination of reservoir parameters distribution in the Grotów reservoir region, with appplication of test results carried out by means of Nuclear Magnetic Resonance method. The framework of the study included complex laboratory measurements of core plugs properties, including first of all distributions of porous space water saturation by means of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) method, but also specific and volumetric density, as well as total porosity coefficient and permeability of rocks, mineral composition of rocks based on X-ray analyses, electrical parameters of rocks, i.e. electrical resistance of rocks for varying coefficients of porous space saturation with water, porous structure indices and wettability of rocks. 102 samples, originating from 3 boreholes Grotów-1, -2, and -6, were analysed. The study finally resulted in irreducible, capillary and free water saturation distribution maps for the examined region. Key words: the Main Dolomite, NMR method, saturation, free water, capillary water, irreducible water S³owa kluczowe: dolomit g³ówny, metoda MRJ, nasycenie, woda wolna, woda kapilarna, woda nieredukowalna WSTÊP Poziom dolomitu g³ównego od wielu lat jest obiektem poszukiwañ naftowych w Polsce, m.in. wiercenia w zachodniej czêœci bloku Gorzowa doprowadzi³y do odkrycia z³o a gazowo- -ropnego Barnówko Mostno Buszewo (B-M-B), dotychczas najwiêkszego z³o a w Polsce (Górecki 2004, Wolnowski 2002).
592 J. Zalewska, M. Malaga & D. Cebulski Utwory dolomitu g³ównego (Ca2) charakteryzuj¹ siê du ymi zmianami w³asnoœci zbiornikowych, zarówno w poziomie jak i w pionie, widocznymi w obrêbie jednego z³o a. Pory stanowi¹ce pierwotne przestrzenie pomiêdzy ziarnami utworów wêglanowych Ca2 s¹ rzadko zachowane. Dominuje zazwyczaj porowatoœæ po rozpuszczonych ziarnach wêglanowych, tworz¹cych nieregularne pró nie przypominaj¹ce kawerny, rzadziej otwarte szczeliny. Generalnie, daleko posuniête procesy wtórnej cementacji i zabliÿnianie pierwotnych por, wywo³ane wtórn¹ rekrystalizacj¹ anhydrytu, doprowadzi³y do zatarcia dobrych w³asnoœci zbiornikowych. Obiekt Grotów stanowi pu³apkê o charakterze litologicznym lub litologiczno- -strukturalnym. Po³o ony jest on w pó³nocnej czêœci pó³wyspu platformy wêglanowej, na sk³onie struktury Miêdzychód. Mapa stropu dolomitu g³ównego pokazuje, e utwory Ca2 zapadaj¹ tu na pó³noc, przy czym krawêdÿ platformy wêglanowej zatacza ³uk, otaczaj¹c obszar Grotowa z trzech stron. Z³o e Grotów zosta³o udostêpnione trzema odwiertami poszukiwawczymi Grotów-1, -2, -6. Otwór Grotów-1 przewierci³ 33.5 m utworów Ca2 w ca³oœci nasyconych wêglowodorami. W wyniku testu produkcyjnego uzyskano przyp³yw ropy naftowej. Równoczeœnie stwierdzono wysoki wyk³adnik gazowy w czasie testu. Rozk³ad ciœnieñ pomierzonych w otworze mo e wskazywaæ na przewiercenie przez otwór czapy gazowej z³o a. Otwór Grotów-2 jest po³o ony 730 m na pó³noc od otworu Grotów-1. Nawierci³ on strop dolomitu g³ównego o 22 m ni ej ni Grotów-1 i potwierdzi³ spodziewan¹ poprawê zbiornikowych w³asnoœci Ca2. Z kolei otwór Grotów-6 jest po³o ony 2200 m na NNE od Grotowa-1 i 1600 m na NE od Grotowa-2. Strop Ca2 wystêpuje w nim o oko³o 100 m ni ej ni w Grotowie-1. WYNIKI BADAÑ Wykonano kompleksowe pomiary laboratoryjne w³aœciwoœci rdzeni wiertniczych, obejmuj¹ce przede wszystkim nasycenie wod¹ przestrzeni porowej, metod¹ j¹drowego rezonansu magnetycznego (NMR), a tak e gêstoœæ w³aœciw¹ i objêtoœciow¹. Pomierzono tak e wspó³czynnik porowatoœci ca³kowitej i przepuszczalnoœci ska³, okreœlono sk³ad mineralny ska³ na podstawie analiz rentgenowskich oraz wyznaczono elektryczne parametry ska³, tzn. elektryczn¹ opornoœæ ska³ przy zmiennych wspó³czynnikach nasycenia przestrzeni porowej wod¹, wskaÿniku struktury porowej i zwil alnoœci ska³ (Zalewska et al. 2004). Pomiar metod¹ j¹drowego rezonansu magnetycznego pozwala rejestrowaæ sekwencjê ech spinowych i rozk³ad czasów poprzecznej relaksacji T 2 j¹der wodoru zawartego w mediach z³o owych (Kenyon 1997, Kleinberg et al. 1996, Ostroff et al. 1999, Ciechanowska & Zalewska 2002). Czasy T 2 s¹ najkrótsze dla wody nieredukowalnej, d³u sze dla wody kapilarnej oraz najd³u sze dla wody wolnej. Dla rozdzielenia powierzchni pod obwiedni¹ ech spinowych wyznacza siê tzw. graniczne wartoœci T 2G. Wartoœci graniczne czasu relaksacji poprzecznej T 2G1 i T 2G2 pozwalaj¹ jednoznacznie rozdzieliæ mierzony sygna³ NMR na 3 obszary, na podstawie których wyznacza siê wielkoœæ przestrzeni porowej wype³nionej wod¹ nieredukowaln¹ K p1, wod¹ kapilarn¹ K p2, wod¹ woln¹ K p3. Wielkoœæ T 2G2 jest charakterystyczna dla okreœlonego rodzaju ska³ i rejonu, a jej znajomoœæ odgrywa wa n¹ rolê w poprawnej interpretacji wyników pomiarów NMR (Chang et al. 1997, Jarzyna 1998, Kenyon 1997, Kleinberg et al. 1996, Ostroff et al. 1999, Ciechanowska & Zalewska 2002).
Przestrzenny rozk³ad parametrów z³o owych ze szczególnym uwzglêdnieniem nasycenia wod¹ nieredukowaln¹, kapilarn¹ i woln¹ dla rejonu Grotowa 593 Tabela (Table) 1 Zestawienie zakresów zmian i œrednich wartoœci parametrów okreœlonych metod¹ NMR dla otworów: Grotów-1, Grotów-2, Grotów-6 i utworów dolomitu g³ównego (Ca2) The range of variability and average values determined from Nuclear Magnetic Resonance method for wells: Grotów-1, Grotów-2, Grotów-6 and for series of the Main Dolomite (Ca2) Grotów-1 Grotów-2 Parametr, Parameters Iloœæ próbek Number of samples Zakres zmiany parametru Parameter s range Œrednia arytmetyczna Arithmetic average Iloœæ próbek Number of samples Zakres zmiany parametru Parameter s range Œrednia arytmetyczna Arithmetic average Woda nieredukowalna Irreducible water, Kp 1 % Woda kapilarna Capillary water, Kp 2 % Woda wolna Free water, Kp 3 % Porowatoœæ ca³kowita Total porosity, Kp NMR % Porowatoœæ efektywna Effective porosity, Kp NMRef % Nasycenie wod¹ nieredukowaln¹ Irreducible water Saturation Sw% Parametr, Parameters Woda nieredukowalna Irreducible water, Kp 1 % Woda kapilarna Capillary water Kp 2 % Woda wolna Free water, Kp 3 % Porowatoœæ ca³kowita Total porosity, Kp NMR % Porowatoœæ efektywna Effective porosity, Kp NMRef % Nasycenie wod¹ nieredukowaln¹ Irreducible water saturation, Sw% 19 0.10 0.82 0.48 52 0.26 1.37 0.81 19 0.41 2.73 1.31 52 0.66 9.65 2.58 19 0.05 11.35 1.88 52 0.26 19.19 4.00 19 1.13 12.59 3.67 52 2.02 20.60 7.40 19 0.71 12.19 3.20 52 1.31 19.93 6.60 19 0.91 53.59 19.97 52 3.25 36.18 16.38 Grotów-6 Utwory dolomitu g³ównego Series of the Main Dolomite 31 0.45 1.23 0.74 102 0.10 1.37 0.73 31 1.85 12.89 6.86 102 0.41 12.89 3.65 31 0.49 5.86 9.60 102 0.05 25.86 5.30 31 3.17 28.40 17.20 102 1.13 28.40 9.70 31 2.36 27.70 16.47 102 0.71 27.71 8.96 31 2.19 25.55 5.50 102 0.91 53.59 13.74 Standardowy czas T 2G2 dla ska³ wêglanowych wynosi 93 ms, natomiast wyznaczony eksperymentalnie na próbkach ska³ z rejonu Grotowa (Klaja w pracy Zalewska et al. 2004) wynosi T 2G2 = 115 ms. W pracy porównano wyniki rozk³adów nasycenia wod¹ próbek ska³ przy zastosowaniu literaturowych i pomiarowych czasów granicznych. Z przeprowadzonej
594 J. Zalewska, M. Malaga & D. Cebulski analizy wynika, e nie uleg³y zmianie wartoœci wspó³czynnika porowatoœci ca³kowitej Kp NMR i efektywnej Kp NMRef oraz wspó³czynnika nasycenia wod¹ nieredukowaln¹ Sw nr. Natomiast generalnie zmniejszy³a siê zawartoœæ wody kapilarnej a zwiêkszy³ siê udzia³ wody wolnej. Ró nice w zawartoœci wody wolnej mieœci³y siê w granicach od 0 do 5.49%, przy œredniej arytmetycznej 0.5%. Zawartoœæ wody wolnej odzwierciedla objêtoœæ ska³y, z której mog¹ byæ wydobyte p³yny z³o owe, a wiêc wzrost o 5.5% jest znacz¹cy. Wynik ten wskazuje jak istotnym zagadnieniem jest w³aœciwe okreœlenie czasu granicznego dla konkretnej serii stratygraficznej danego rejonu. Analizie poddano 102 próby pochodz¹ce z 3 otworów wiertniczych Grotów-1, -2 i -6, reprezentuj¹ce utwory dolomitu g³ównego. Zestawienie wartoœci wspó³czynników nasycenia wod¹ próbek ska³ z otworów Grotów-1, -2, -6 i zbiorczo dla badanych rdzeni dolomitu g³ównego zawarto w tabeli 1. Na podstawie analizy parametrów oznaczonych metod¹ NMR porowatoœæ ca³kowita w otworze Grotów-1 zawiera siê w przedziale Kp NMR 1.13 12.59% (wartoœæ œrednia arytmetyczna równa siê 3.67%), w otworze Grotów-2 Kp NMR 2.02 20.60% (przy œredniej arytmetycznej 7.40%), a w otworze Grotów-6 Kp NMR 3.17 28.40% (przy œredniej arytmetycznej 17.20%). Œrednia arytmetyczna wspó³czynnika nasycenia wod¹ nieredukowaln¹ zmienia siê od 19.97% (otwór Grotów-1), poprzez 16.38% (otwór Grotów-2) do 5.50% (otwór Grotów-6). Spoœród trzech omawianych otworów wyró niaj¹ siê próbki z otworu Grotów-6 posiadaj¹ce wyj¹tkowo dobre parametry zbiornikowe. Œrednia wartoœæ arytmetyczna porowatoœci ca³kowitej wynosi 17.20%, porowatoœci efektywnej 16.47%, przy œredniej arytmetycznej zawartoœci wody wolnej równej 9.60% i wody nieredukowalnej 0.74%. Na szczególn¹ uwagê zas³uguj¹ próbki z g³êbokoœci 3318.15 3329.0 m, które charakteryzuj¹ siê bardzo niskimi wspó³czynnikami nasycenia wod¹ nieredukowaln¹ Sw nr 2.19 4.28% (przy wartoœci œredniej arytmetycznej Sw _ nr =3.09%) oraz bardzo wysokimi wspó³czynnikami porowatoœci efektywnej Kp NMR_ef 20.63 27.71% (przy œredniej arytmetycznej Kp NMR _ ef = 23.73%). Takie parametry œwiadcz¹ o bardzo dobrych w³asnoœciach zbiornikowych badanych ska³. Próbki z g³êbokoœci 3330.0 3361.40 m posiadaj¹ s³absze w³asnoœci zbiornikowe. Maj¹ nieco wy sze wartoœci Sw nr (Sw nr 3.0 12.33% (przy wartoœci œredniej arytmetycznej Sw _ nr = 5.53%) i nieco ni sze porowatoœci efektywnej Kp NMR_ef 5.95 19.76% Kp _ =11.72%). ( NMR ef ANALIZA STATYSTYCZNA NASYCENIA WODAMI Z O OWYMI I WYNIKÓW POMIARÓW GEOFIZYKI WIERTNICZEJ Przeprowadzona analiza statystyczna opiera³a siê na istotnym za³o eniu o istnieniu zale noœci miêdzy ka dym rodzajem wody zawartej w próbkach oœrodka skalnego: nieredukowaln¹, kapilarn¹ i woln¹ z jednej strony a wynikami pomiarów geofizyki wiertniczej z drugiej strony. Weryfikacja tego za³o enia by³a przeprowadzana metodami statystyki matematycznej: wyniki obliczeñ statystycznych pozwalaj¹ orzekaæ, które profilowania geofizyki wiertniczej wp³ywaj¹ na zmiennoœæ wybranego rodzaju wody z³o owej, podaj¹ równie miary tego wp³ywu.
Przestrzenny rozk³ad parametrów z³o owych ze szczególnym uwzglêdnieniem nasycenia wod¹ nieredukowaln¹, kapilarn¹ i woln¹ dla rejonu Grotowa 595 Rozk³ady pionowe nasycenia wod¹ nieredukowaln¹, kapilarn¹ i woln¹ wyznaczono dla warstwy Ca2 we wszystkich trzech odwiertach. Wykorzystano równie wyznaczone poprzednio rozk³ady nasycenia w kilku otworach usytuowanych w s¹siedztwie z³o a Grotów (Zalewska et al. 2004). Zwraca uwagê du e zró nicowanie wartoœci pomierzonego nasycenia dla poszczególnych otworów, co znajduje wyjaœnienie w bardzo wyraÿnej niejednorodnoœci struktury przestrzeni porowej dolomitu g³ównego w badanym rejonie. Wielkoœci nasycenia rozwa ano jako zmienne losowe, okreœlane przez zespó³ zmiennych objaœniaj¹cych (równie losowych) wyników profilowañ geofizyki otworowej, przy czym aproksymacji dokonano metod¹ regresji wielokrotnej. Podsumowanie wyników regresji wskazuje, e stopieñ zale noœci nasycenia od parametrów profilowañ geofizyki otworowej wynosi od 66.4% dla wody nieredukowalnej w otworze Gotów-2, do 95.6% dla wody wolnej w otworze Grotów-6. ANALIZA STATYSTYCZNA ROZK ADÓW NASYCENIA WODAMI Z O OWYMI I ATRYBUTÓW SEJSMICZNYCH DLA REJONU MIÊDZYCHODU W celu przeprowadzenia analizy statystycznej utworzono 21 atrybutów sejsmicznych, których autorem by³ mgr in. Tomasz Solarski z Oœrodka Pó³noc PGNiG w Pile. Atrybuty te zosta³y obliczone w oparciu o wyniki interpretacji zdjêcia sejsmicznego 3D dla rejonu Miêdzychód- Sieraków, wykonanego przez Spó³kê Geofizyka Toruñ. Zarówno wybór jak i liczba atrybutów zosta³y dokonane z zamiarem ustalenia optymalnych powi¹zañ z rozpatrywanymi parametrami z³o owymi. Celem analizy regresji by³o w tym przypadku zbadanie zwi¹zków miêdzy wyró nionymi atrybutami sejsmicznymi z jednej strony a nasyceniem trzema rodzajami wody z³o owej z drugiej strony. Regresja wielokrotna z atrybutami sejsmicznymi, jako zbiorem zmiennych objaœniaj¹cych, nie mo e byæ przeprowadzona standardowo, gdy macierz korelacji atrybutów jest Ÿle uwarunkowana, bo wiele wyrazów ma wartoœæ blisk¹ 1 lub 1. Œwiadczy to osilnej zale noœci liniowej miêdzy wieloma przyjêtymi atrybutami. Wobec tego skorzystano z regresji krokowej postêpuj¹cej. Na figurach 1 i 2 przedstawiono rozk³ady nasycenia na badanym obszarze. Zwracaj¹ uwagê bardzo wysokie wartoœci wspó³czynników korelacji i determinacji R ir 2. Jest to konsekwencj¹ przyjêtego za³o enia o ca³kowitym dopasowaniu ka dego parametru do pewnego zbioru wyznaczonych atrybutów, czyli o zerowej wartoœci sk³adnika losowego w równaniu regresji. W praktyce taka idealna sytuacja nigdy nie wyst¹pi, jednak nie ma mo liwoœci przewidzieæ rzeczywistego stopnia dopasowania. Obliczeniowo dochodzi siê do pe³nego dopasowania metod¹ iteracyjn¹. O ile przy aproksymacji rozk³adów nasycenia zmiennymi w otworach nie zaobserwowano znacz¹cej dominacji wybranych zmiennych, to w przypadku dopasowania rozk³adów powierzchniowych nasycenia i atrybutów sejsmicznych mo - na wyró niæ grupê atrybutów najbardziej istotnych dla kszta³towania siê zmiennych nasycenia wod¹ nieredukowaln¹, kapilarn¹ i woln¹. S¹ to nastêpuj¹ce atrybuty: ATR07 amplituda RMS z bramki od 4 do +12 ms w stosunku do horyzontu Z2, ATR08 amplituda RMS z bramki od +4 do +24 ms w stosunku do horyzontu Z2, ATR11 minimalna prêdkoœæ z inwersji sejsmicznej (ze wstêpnym modelem prêdkoœci) z bramki od +6 do +24 ms w stosunku do horyzontu Z2,
596 J. Zalewska, M. Malaga & D. Cebulski ATR13 œrednia amplituda chwilowa z bramki od +4 do +24 ms w stosunku do Z2, ATR18 mi¹ szoœæ czasowa amplitudy o wartoœciach < 1000 w bramce od 0 do +20 ms, ATR20 amplituda composite (ATR02-ATR01-ATR03). Fig. 1. Rozk³ad nasycenia wod¹ woln¹ dla rejonu Grotowa Fig. 1. Distribution of free water saturation for the Grotów region Fig. 2. Rozk³ad nasycenia wod¹ nieredukowaln¹ dla rejonu Grotowa Fig. 2. Distribution of irreducible water for the Grotów region PODSUMOWANIE Na podstawie przeprowadzonych laboratoryjnych badañ rdzeni wiertniczych z rejonu Grotowa przedstawiono nastêpuj¹ce uwagi i wnioski: 1. Badane utwory dolomitu g³ównego posiadaj¹ poziomy ska³ o lepszych i gorszych w³aœciwoœciach zbiornikowych. Œrednia wartoœæ porowatoœci z metody helowej wynosi 11.25%, a z metody NMR 8.96%. Przepuszczalnoœæ oznaczona metod¹ gazow¹ równa siê 0.95 md. Wspó³czynnik nasycenia wod¹ nieredukowaln¹ mieœci siê w zakresie 0.91 53.59 przy œredniej 13.74%.