Strukturalna analiza mioceńskich piaskowców z zapadliska przedkarpackiego za pomocą wysokorozdzielczej mikrotomografii komputerowej

Podobne dokumenty
Rentgenowska mikrotomografia komputerowa w badaniu skał węglanowych

Trójwymiarowa wizualizacja szczelin metodą mikrotomografii rentgenowskiej

Charakterystyka przestrzeni porowej utworów czerwonego spągowca na podstawie rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej

BADANIE 3D STRUKTURY PRZESTRZENI POROWEJ CEMENTÓW METODĄ MIKROTOMOGRAFII RENTGENOWSKIEJ (MICRO-CT) 1. Wstęp

NAFTA-GAZ, ROK LXXI, Nr 12 / 2015

Analiza związków prędkości propagacji fal sprężystych z przestrzenią porową skały odzwierciedloną w obrazie 3D

ANALIZA ROZDRABNIANIA WARSTWOWEGO NA PODSTAWIE EFEKTÓW ROZDRABNIANIA POJEDYNCZYCH ZIAREN

Przykłady wykorzystania mikroskopii elektronowej w poszukiwaniach ropy naftowej i gazu ziemnego. mgr inż. Katarzyna Kasprzyk

Analiza zmiany objętości węglowodorów gromadzonych w danej strukturze w czasie geologicznym z wykorzystaniem modelowania PetroCharge

Temat: kruszyw Oznaczanie kształtu ziarn. pomocą wskaźnika płaskości Norma: PN-EN 933-3:2012 Badania geometrycznych właściwości

NAFTA-GAZ listopad 2009 ROK LXV

Zarys budowy geologicznej rejonu Tarnowa

GEOLOGIA STOSOWANA (III) Geomechanika

Charakterystyka parametrów termicznych skał mezopaleozoicznych z rejonu Kraków-Dębica

METODYKA POSZUKIWAŃ ZLÓŻ ROPY NAFTOWEJ I GAZU ZIEMNEGO

LABORATORIUM: ROZDZIELANIE UKŁADÓW HETEROGENICZNYCH ĆWICZENIE 1 - PRZESIEWANIE

X POLSKO-NIEMIECKA KONFERENCJA ENERGETYKA PRZYGRANICZNA POLSKI I NIEMIEC DOŚWIADCZENIA I PERSPEKTYWY SULECHÓW, LISTOPAD 2013

PL B BUP 12/13. ANDRZEJ ŚWIERCZ, Warszawa, PL JAN HOLNICKI-SZULC, Warszawa, PL PRZEMYSŁAW KOŁAKOWSKI, Nieporęt, PL

WYSTĘPOWANIE METANU W POKŁADACH WĘGLA BRUNATNEGO. 1. Wstęp. 2. Metodyka wykonania badań laboratoryjnych próbek węgla na zawartość metanu

NAFTA-GAZ, ROK LXXIV, Nr 11 / Paulina Krakowska, Edyta Puskarczyk, Magdalena Habrat. Paweł Madejski. Mariusz Jędrychowski

Badanie procesów dyfuzji i rozpuszczania się gazu ziemnego w strefie kontaktu z ropą naftową

Interpretacja jakościowa i ilościowa przestrzeni porowej piaskowca karbońskiego na podstawie wyników rentgenowskiej tomografii komputerowej

BADANIA ZRÓŻNICOWANIA RYZYKA WYPADKÓW PRZY PRACY NA PRZYKŁADZIE ANALIZY STATYSTYKI WYPADKÓW DLA BRANŻY GÓRNICTWA I POLSKI

SPRAWOZDANIE Z BADAŃ

Analiza wpływu zastosowania otworów typu slim hole na opłacalność eksploatacji niekonwencjonalnych złóż mioceńskich

Badanie zależności pomiędzy właściwościami zbiornikowymi piaskowców czerwonego spągowca a wymiarem fraktalnym struktury porowej

KORŇANSKÝ ROPNÝ PRAMEN UNIKATOWE GEOSTANOWISKO PÓŁNOCNEJ SŁOWACJI KORŇANSKÝ ROPNÝ PRAMEN UNIQUE GEOSITE OF NORTHERN SLOVAKIA

Badania przepuszczalności rdzeni wiertniczych z użyciem różnych płynów złożowych

Wizualizacja kanalików robaczkowych, wywołanych zabiegiem kwasowania rdzeni wiertniczych, uzyskana metodą mikrotomografii rentgenowskiej

Rok akademicki: 2016/2017 Kod: BEZ s Punkty ECTS: 4. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 14/12

Wpływ mikrocementu na parametry zaczynu i kamienia cementowego

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z KONSTRUKCJI METALOWCH. Ć w i c z e n i e H. Interferometria plamkowa w zastosowaniu do pomiaru przemieszczeń

GAZ ZE ŹRÓDEŁ NIEKONWENCJONALNYCH POTENCJAŁ POSZUKIWAWCZY, DOTYCHCZASOWE DOŚWIADCZENIA mgr inż. Aldona Nowicka, mgr inż. Małgorzata Koperska PGNiG SA

Uchwała nr 38 Rady Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA. w sprawie dokumentacji geologicznej złoża kopaliny

Wpływ warunków hydratacji na strukturę przestrzenną kamieni cementowych

ZAGROŻENIA NATURALNE W OTWOROWYCH ZAKŁADACH GÓRNICZYCH

Politechnika Poznańska

TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

Parametry PMG Strachocina osiągnięte w pierwszym cyklu eksploatacji magazynu, po rozbudowie pojemności czynnej zakończonej w 2011 r.

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

Jerzy Stopa*, Stanis³aw Rychlicki*, Pawe³ Wojnarowski* ZASTOSOWANIE ODWIERTÓW MULTILATERALNYCH NA Z O ACH ROPY NAFTOWEJ W PÓ NEJ FAZIE EKSPLOATACJI

NAPRĘŻENIA ŚCISKAJĄCE PRZY 10% ODKSZTAŁCENIU WZGLĘDNYM PRÓBEK NORMOWYCH POBRANYCH Z PŁYT EPS O RÓŻNEJ GRUBOŚCI

WPŁYW GĘSTOŚCI SUROWCA NA BILANSOWANIE PRODUKTÓW KLASYFIKACJI HYDRAULICZNEJ W HYDROCYKLONACH W OPARCIU O WYNIKI LASEROWYCH ANALIZ UZIARNIENIA**

NAFTA-GAZ, ROK LXXIV, Nr 6 / 2018

Analiza porównawcza sposobu pomiaru jakości spalania gazu w palnikach odkrytych

Pomiary dwuenergetycznej tomografii (Dual Energy CT) w celu badania skał

ZAKŁAD POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH ZPSiSS WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I LOTNICTWA

ODKSZTAŁCALNOŚĆ BLACH PERFOROWANYCH

Grupa 1 1.1). Obliczyć średnicę zastępczą przewodu o przekroju prostokątnym o długości boków A i B=2A wypełnionego wodą w 75%. Przewód ułożony jest w

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

Bilans zasobów gazu ziemnego

Analiza wpływu zastosowania różnych technologii udostępniania złóż niekonwencjonalnych na opłacalność ich eksploatacji

WPŁYW ZAKŁÓCEŃ PROCESU WZBOGACANIA WĘGLA W OSADZARCE NA ZMIANY GĘSTOŚCI ROZDZIAŁU BADANIA LABORATORYJNE

Wpływ promieniowania na wybrane właściwości folii biodegradowalnych

WYKORZYSTANIE CIEKÓW POWIERZCHNIOWYCH W MONITOROWANIU JAKOŚCI EKSPLOATOWANYCH ZBIORNIKÓW WÓD PODZIEMNYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Mo liwoœci rozwoju podziemnych magazynów gazu w Polsce

DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA

NAFTA-GAZ grudzień 2009 ROK LXV

Politechnika Poznańska

Charakterystyka naprężeniowo-odkształceniowa dla próbek piaskowca z szorstkimi i gładkimi pęknięciami

Analiza przydatności wybranych złóż niecki zielonogórskiej do konwersji na PMG

Technologia elementów optycznych

AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH: TECHNIKA PROCESÓW SPALANIA

GDZIE UWIĘZIONY JEST GAZ ŁUPKOWY I CZY ŁATWO GO WYDOBYĆ

POTENCJAŁ ZASOBOWY POLSKI W ZAKRESIE GAZU I ROPY NAFTOWEJ Z PUNKTU WIDZENIA DZIAŁALNOŚCI POSZUKIWAWCZEJ PGNIG SA

Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych i logiki rozmytej w tworzeniu baz danych dla złóż dual porosity dual permeability

dr inż. Paweł Strzałkowski

KATEDRA SUROWCÓW ENERGETYCZNYCH projekty inżynierskie 2019/2020

Nowe oprogramowanie geologiczne do budowy przestrzennych modeli złóż

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

Wyniki badań laboratoryjnych wybranych parametrów geotechnicznych dla gruntów spoistych z tematu:

Teoretyczne podstawy zmian amplitud z offsetem Metody interpretacji złożowej bazujące na zmianach amplitudy z offsetem

na ścieżce nr 3, od lewej strony do prawej, przedstawiono

D O K U M E N T A C J A G E O T E C H N I C Z N A ( O P I N I A G E O T E C H N I C Z N A )

Płyta VSS. Piotr Jermołowicz - Inżynieria Środowiska Szczecin

Wykonanie stymulacji produktywności metanu w otworach Gilowice 1 i Gilowice 2H

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

Spis treści. Wykaz ważniejszych symboli i akronimów... 11

podstawie odsłonięć i objawów powierzchniowych w obszarze Krosno-Rymanów- Jaśliska. Ocena ropogazonośności formacji fliszowych na

OCENA WYBRANYCH CECH JAKOŚCI MROŻONEK ZA POMOCĄ AKWIZYCJI OBRAZU

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Mikrotomografia. Beata Adamczyk Aleksandra Popiel Metody fizyczne w biologii i medycynie. Kraków, r.

Nieustalony wypływ cieczy ze zbiornika przewodami o różnej średnicy i długości

1. Część teoretyczna. Przepływ jednofazowy przez złoże nieruchome i ruchome

WPŁYW DENIWELACJI TERENU NA NIEJEDNORODNOŚĆ SKALI ZDJĘCIA LOTNICZEGO (KARTOMETRYCZNOŚĆ ZDJĘCIA)

III r. EiP (Technologia Chemiczna)

Badanie możliwości transportowania mieszaniny gazu ziemnego z wodorem gazociągami z tworzyw sztucznych.

PL B1. Sposób kątowego wyciskania liniowych wyrobów z materiału plastycznego, zwłaszcza metalu

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Systemy Ochrony Powietrza Ćwiczenia Laboratoryjne

KOMPUTEROWE MODELOWANIE I OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE ZBIORNIKÓW NA GAZ PŁYNNY LPG

DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCH W UKŁADACH ŁOPATKOWYCH CZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCH

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

D O K U M E N T A C J A G E O T E C H N I C Z N A ( O P I N I A G E O T E C H N I C Z N A )

Transkrypt:

NAFTA-GAZ, ROK LXXI, Nr 9 / 2015 Łukasz Kaczmarek Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii Grzegorz Machowski AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Michał Maksimczuk, Tomasz Wejrzanowski Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej Strukturalna analiza mioceńskich piaskowców z zapadliska przedkarpackiego za pomocą wysokorozdzielczej mikrotomografii komputerowej Artykuł przedstawia wyniki wykorzystania wysokorozdzielczej mikrotomografii komputerowej w analizie strukturalnej oraz ilościowej przestrzeni porów i szczelin w piaskowcach mioceńskich. Dodatkowo wykonano badanie przepuszczalności analizowanych skał. Próbki zostały pobrane z odwiertu S-3, zlokalizowanego we wschodniej części zapadliska przedkarpackiego. W celu przeprowadzenia badania wykonano dwie serie naświetlania rentgenowskiego próbek. Pierwszy zestaw próbek został wytypowany dla uzyskania przestrzennego rozkładu ziaren, porów oraz szczelin. Długość boku woksela (tzn. najmniejszego elementu objętości) w tym etapie badań wynosiła około 26 µm. Drugi zestaw naświetlania został wykonany dla zobrazowania elementów strukturalnych o wielkościach od około 3 µm do 26 µm oraz cech petrofizycznych. Wynikiem przeprowadzonych badań jest charakterystyka analizowanych skał, która umożliwia podział próbek na dwie grupy. Pierwsza grupa próbek posiada cechy strukturalne oraz petrofizyczne typowe dla skał złóż konwencjonalnych, natomiast druga grupa dla skał złóż typu niekonwencjonalnego. Właściwe rozpoznanie parametrów petrofizycznych każdego typu złoża stanowi kluczowy element optymalizacji procesu jego udostępniania. Słowa kluczowe: piaskowce, wysokorozdzielcza mikrotomografia komputerowa, zapadlisko przedkarpackie, miocen. The use of high-resolution X-ray computed microtomography in the structural analysis of the Miocene sandstones of the Carpathian Foredeep The article presents results of high-resolution computed microtomography use in the structural analysis and quantification of pores and fractures in Miocene sandstones. Furthermore, the permeability studies of rocks were performed. Miocene samples were taken from well S-3, located in the eastern part of the Carpathian Foredeep. For the aforementioned analysis two series of X-ray irradiation were performed. The first set of samples was selected to obtain the spatial distribution of grains, pores and fractures. At this stage of the study, the length of the voxel side amounted to approx. 26 µm. The second set of X-ray exposure was performed to reveal structural elements and petrophysical characteristics of sizes ranging from approx. 3 µm to 26 µm. The result of performed characteristics is the division of samples into two groups. The first group of samples has structural and petrophysical features of rocks typical for conventional reservoir deposits, while the second for the unconventional type. Appropriate identification of petrophysical parameters of the formation is a key element for the optimization of the reservoir development. Key words: sandstones, high-resolution computed microtomography, Carpathian Foredeep, Miocene. 647

NAFTA-GAZ Wstęp Rejon Karpat i zapadliska przedkarpackiego jest miejscem najdłuższej eksploatacji złóż węglowodorów w Polsce. W ostatnich latach szczególnym zainteresowaniem cieszą się obszary występowania złóż konwencjonalnych oraz niekonwencjonalnych odznaczających się, w pewnym uproszczeniu, hybrydowym systemem przestrzeni porowej, co rzutuje na inną strukturę wewnętrzną skały, jej porowatość, a zwłaszcza na przepuszczalność. Wpływa to bezpośrednio na właściwości zbiornikowe i filtracyjne górotworu. Z tego powodu w przypadku skał złóż niekonwencjonalnych wymagane są często specjalne zabiegi udostępniania (np. szczelinowanie). Dobrym przykładem niekonwencjonalnych złóż typu tight są piaskowce, posiadające ziarnistą strukturę, którą można poddać analizie z wykorzystaniem wysokorozdzielczej mikrotomografii komputerowej. Ta nieniszcząca i nieinwazyjna technika pozwala na uzyskanie trójwymiarowego modelu struktury próbki oraz umożliwia wyznaczenie niektórych jej cech petrofizycznych. W niniejszym artykule została przedstawiona strukturalna analiza silikoklastycznych osadów miocenu z zapadliska przedkarpackiego, które stanowią potencjalne konwencjonalne i niekonwencjonalne złoża gazu ziemnego. Dokładny opis przebadanych próbek obejmuje również charakterystykę ilościową porowatości, szczelinowatości oraz uwarstwienia. Dodatkowo wyniki badań tomograficznych zostały uzupełnione o analizę przepuszczalności. Analizy struktury zostały wykonane na podstawie trójwymiarowych obrazów budowy wewnętrznej próbek, które zostały poddane numerycznemu przetwarzaniu. Obiekt badań Obiektem szczegółowych badań było 7 próbek piaskowców reprezentujących utwory miocenu autochtonicznego (sarmat) wschodniej części zapadliska przedkarpackiego pod nasunięciem karpackim (rysunek 1). Próbki zostały pobrane z odwiertu S-3, zlokalizowanego w południowo-wschodnim obrzeżeniu pola gazowego Husów (obecnie PMG) z interwałów 1768 1777 m (jedna próbka nr 6) oraz 1917 1926 m (6 próbek nr 1 5 i 7). Utwory sarmatu w tej strefie zapadliska Rys. 1. Lokalizacja obszaru badań na tle rozkładu złóż gazu ziemnego w rejonie zapadliska przedkarpackiego i frontu nasunięcia Karpat (według [3], zmodyfikowany) 648 Nafta-Gaz, nr 9/2015

artykuły przedkarpackiego przykryte są utworami płaszczowiny skolskiej i jednostki zgłobickiej. Analizowane piaskowce (rysunek 2) reprezentują osady silikoklastyczne, drobno- i średnioziarniste (frakcja psamitowa i aleurytowa), wchodzące w skład facji heterolitowej, której charakterystyczną cechą jest występowanie cienkoławicowych przewarstwień piaskowca, pyłowca i mułowca [10]. Facja heterolitowa w przypadku korzystnych warunków strukturalnych jest nierzadko miejscem występowania przemysłowych akumulacji gazu ziemnego [6]. Obecność metanu w wielohoryzontowych zbiornikach heterolitów, wykazujących słabe własności pojemnościowe i filtracyjne, sugeruje warunki, w których skała macierzysta dla gazu jest w znacznej części skałą zbiornikową [10], typu niekonwencjonalnego. Rys. 2. Analizowana próbka nr 1 piaskowca mioceńskiego z zapadliska przedkarpackiego Metodyka badań Podstawową zasadą, na której opiera się technika mikrotomografii, jest różnica liniowego współczynnika absorpcji promieniowania rentgenowskiego ziaren oraz cząstek badanego materiału. Na przykład jeżeli część ziaren w piaskowcu ma dużą gęstość lub liczbę atomową pierwiastków składowych w stosunku do pozostałych, uzyskiwany jest wtedy klarowny obraz, pozwalający na wyodrębnienie poszczególnych elementów strukturalnych próbek. Badanie wykonywane w mikrotomografie polega na naświetlaniu stopniowo obracającej się o kąt 360 próbki wokół własnej osi z jednoczesnym rejestrowaniem przechodzącego promieniowania za pomocą detektora CCD ze specjalną powłoką scyntylacyjną, pozwalającą na przetworzenie intensywności promieniowania na sygnał elektryczny i zapis w formie cyfrowej za pomocą wielu projekcji. Otrzymane projekcje próbki są składane do obrazu trójwymiarowego, a następnie obraz ten dzielony jest na poprzeczne obrazy (przekroje), zapisywane w formie bitmapy, oddzielone o długość boku woksela (tzw. trójwymiarowy piksel). Ostatnią fazą badania mikrotomograficznego jest wykonanie analizy obrazu oraz obliczeń numerycznych dotyczących parametrów badanego materiału. Warto podkreślić, że jakość otrzymanego obrazu oraz możliwe do uzyskania powiększenie zależne są przede wszystkim od wielkości próbki, ponieważ w uogólnieniu większa droga przejścia promieni rentgenowskich, wyższa gęstość i grubość materiału badawczego powodują słabszą jakość i czytelność obrazu uzyskiwanego w mikrotomografie. Związane jest to ze zmniejszoną ilością promieniowania rejestrowanego przez detektor. Dalsze szczegółowe informacje, dotyczące m.in. procesów fizycznych zachodzących podczas naświetlania próbki oraz zasady działania mikrotomografu, zostały opisane w literaturze [1, 2, 7]. Natomiast wyniki analiz z wykorzystaniem mikrotomografii dla skał z obszaru Polski można znaleźć m.in. w [5, 8, 12, 13]. Przeprowadzona analiza mikrotomograficzna składała się z czterech etapów. Pierwszym było wytypowanie zestawu 6 walcowych próbek (opisywanych wcześniej) oraz odcięcie drobnych fragmentów o wysokości 3 4 mm z każdej próbki (drugi zestaw próbek). Drugi etap procedury badawczej dotyczył uzyskania radiografów z naświetlania w mikrotomografie próbek pierwszej, a następnie drugiej serii. Pierwsza seria próbek była przeznaczona do uzyskania obrazów całych próbek i dzięki temu przestrzennego ułożenia struktury. Dzięki drugiemu zestawowi próbek otrzymano lepszej jakości obraz, pozwalający na określenie porów powyżej 5 µm. Ostatnim etapem było przeprowadzenie parametryzacji opisu przebadanych próbek, m.in. wyznaczenie zakresów średnic występujących przestrzeni pustych, dodatkowa analiza numeryczna określenia głównego kierunku przepływu oraz wykonanie laboratoryjnych badań przepuszczalności, w celu przypisania poszczególnym próbkom typu konwencjonalnego lub niekonwencjonalnego. Naświetlania zostały wykonane wolframową lampą rtg Hamamatsu L8121-03, chłodzoną powietrzem. Generowane promieniowanie posiadało geometrię stożkową. Napięcie lampy rtg w przypadku pierwszej serii miało wartość od 130 kv do 140 kv, natomiast dla drugiej serii od 80 kv do 100 kv. Czas naświetlania pojedynczego zdjęcia wynosił około 4,5 s, przy całkowitym czasie naświetlania próbki równym 2,5 godziny (1201 projekcji). Rezultatem naświetleń był obraz o rozdzielczości 1024 1024, z wokselem o boku wielkości około 25 µm dla pierwszego zestawu oraz 5 µm dla drugiej serii próbek. Po otrzymaniu obrazu w formacie bitmapy (BMP) wykonano analizę struktury, a następnie przeprowadzono binaryzację obrazu (metodą progowania), czyli przypisanie informacji na temat tego, które elementy stanowią pory, a które ziarna piaskowca czy też ich spoiwo. Do przetworzenia uzyskanych radiografów Nafta-Gaz, nr 9/2015 649

NAFTA-GAZ oraz wykonania obliczeń numerycznych wykorzystane zostały programy SkyScan i Avizo 8.0. Badania gazoprzepuszczalności realizowano na próbkach cylindrycznych w kierunku osiowym. Pomiar polegał na umieszczeniu próbki w pierścieniu gumowym, który zabezpieczał przed migracją gazu na boki, i na pomiarze czasu przepływu określonej ilości sprężonego gazu (azotu) poddanego ciśnieniu naporowemu. W celu zablokowania próbki w osłonie z dołu i z góry działały na nią metalowe cylindry, ściskane naprężeniem około 2 3 MPa. Ze względu na odblokowywanie się porów skały w trakcie poddawania jej ciśnieniu naporowemu pomiar rozpoczynano po ustabilizowaniu się przepływu. Czas stabilizacji wynosił około 5 15 min. Wartość współczynnika gazoprzepuszczalności k prz określana była ze wzoru (1). 2 Q p0 η L k prz = 1000 (1) 2 2 p p S 1 0 gdzie (w układzie CGS): Q wydatek gazu [cm 3 /s], p 0 ciśnienie atmosferyczne (za próbką) [at], p 1 ciśnienie gazu w układzie (przed próbką) [at], η lepkość dynamiczna gazu [cp], L długość próbki [cm], S przekrój poprzeczny próbki [cm 2 ]. Wyniki badań Charakterystykę strukturalną badanych piaskowców rozpoczęto od wizualizacji budowy wewnętrznej próbek. Na rysunku 3 został przedstawiony średnioziarnisty piaskowiec w różnych przekrojach (A) wraz z wizualizacją przestrzennego rozłożenia porów (B). Rysunek 3A dobrze obrazuje takie cechy jak kształt, obtoczenie i rozkład ziaren w całej próbce. Warto dodać, że brak równoległości na jednym z przekrojów na obrazach mikrotomograficznych jest zniekształceniem spowodowanym brakiem kształtu idealnego walca. Kolejne przekroje przedstawiają strukturę próbek nr 3 i 6 (rysunek 4). W przypadku próbki nr 3 (rysunek 4A) ziarna średnioziarnistego piaskowca są dobrze rozpoznawalne, podobnie jak występujące w tym przypadku pory. Taki rezultat był możliwy dzięki naświetleniu mniejszego fragmentu próbki i w konsekwencji otrzymaniu dokładniejszego obrazu (mniejszego woksela). Natomiast w próbce nr 6 (rysunek 4B) pomimo zwiększenia dokładności kontury ziaren są słabo widoczne, przy dobrze rozpoznawalnych większych porach. Kolejne zestawienie pokazuje obrazy otrzymane z największą dokładnością (długość boku woksela około 2 µm). Pomimo zauważalnej różnicy wielkości ziaren w próbce nr 1 piaskowca średnioziarnistego (rysunek 5A) oraz próbce nr 4 piaskowca drobnoziarnistego (rysunek 5B) można przeanalizować kształt ziaren. Rysunek 6 przedstawia piaskowiec drobnoziarnisty (próbka nr 2) mocno różniący się cechami strukturalnymi, w tym cechujący się marginalną obecnością większych porów. W tej próbce nie jest obecne uwarstwienie, obserwowane w pozostałych analizowanych drobnoziarnistych piaskowcach. Na rysunku 6B można zauważyć również bezładną strukturę ziaren i drobne pory. 650 Nafta-Gaz, nr 9/2015 Rys. 3. Struktura wewnętrzna próbki nr 1 (długość boku woksela równa 26,7 µm): A różne przekroje próbki; B przestrzenny rozkład porów

artykuły Rys. 4. Struktura wewnętrzna próbki nr 3 piaskowca średnioziarnistego oraz próbki nr 6 piaskowca drobnoziarnistego (długość boków woksela około 5 µm) Rys. 5. Próbka nr 1 i próbka nr 4 na obrazie, którego długość woksela wynosi około 2 µm Rys. 6. Struktura wewnętrzna drobnoziarnistego piaskowca (próbka nr 2): A różne przekroje próbki (bok woksela o długości 26,8 µm); B przekrój przez fragment próbki (bok woksela o długości 4,8 µm) Rysunek 7 prezentuje piaskowiec również o drobnoziarnistej strukturze, ale z obecnym warstwowaniem. Próbka ta charakteryzuje się obecnością szczeliny zgodnej z kierunkiem warstwowania, której wizualizację przedstawiono na rysunku 7B. Przedostatnia z analizowanych próbek (rysunek 8) oprócz drobnoziarnistej struktury posiadała system szczelin, z których jedna ciągnęła się przez całą próbkę. Charakter rozwarcia tej szczeliny był niejednorodny, z miejscowym Nafta-Gaz, nr 9/2015 651

NAFTA-GAZ Rys. 7. Struktura wewnętrzna drobnoziarnistego piaskowca (próbka nr 5): A różne przekroje próbki; B wizualizacja powierzchni szczeliny Rys. 8. Struktura wewnętrzna drobnoziarnistego piaskowca (próbka nr 6): A różne przekroje próbki; B numeryczna analiza głównych kierunków przepływu przez dominującą szczelinę w próbce zanikaniem. W celu określenia głównego kierunku przepływu i sprawdzenia ciągłości pozostałych szczelin przeprowadzono numeryczną symulację przepływu cieczy. Na rysunku 8B można zauważyć, że wektory przepływu nie mają równej długości ani zwrotów, co świadczy o różnej ciągłości szczeliny na przekroju. Wielkość porowatości oraz rozmiary porów są jednymi z kluczowych parametrów w klasyfikacji pojemnościowej skał zbiornikowych. Do oceny właściwości filtracyjnych wykorzystano analizę przepuszczalności. Łączne wyniki pozwalają na określenie typu analizowanych skał zbiornikowych. W tablicy 1 przedstawiono wyniki analiz. Ważnym elementem w procesie wyznaczania porowatości jest wielkość woksela, która daje informację o granicznej wielkości rejestrowanych elementów struktury próbki. W przypadku pierwszej serii próbek długość boku woksela wynosi około 26 µm (0,026 mm), co oznacza, że pory o średnicy mniejszej niż 26 µm nie zostały zobrazowane. W przypadku konwencjonalnych skał zbiornikowych dominującą rolę w magazynowaniu węglowodorów pełnią pory charakteryzujące się większymi zakresami średnic. Piaskowce, które mają bardzo dobre parametry zbiornikowe (np. utwory eoliczne czerwonego spągowca), wykazują średnicę powyżej 20 µm [11]. W literaturze [11] można również znaleźć informacje o wartości progowej średnicy porów dla niezerowej przepuszczalności, bliskiej 3 4 µm. Drugim kryterium tego typu skał jest przepuszczalność, której graniczną wartość przyjmuje się powyżej 0,1 md [4, 9]. Ze względu na bardzo mały rozmiar porów w artykule jako wartość graniczną ustalono 0,5 md. Średni udział porów i szczelin o średnicy większej od 26 µm wynosi 0,42%, natomiast większych od średnicy około 3 µm, a mniejszych od około 26 µm 2,69%. Średnia przepuszczalność przeanalizowanych próbek to 1,22 md. W przypadku próbki nr 4 wyniki małej porowatości oraz stosunkowo wysokich przepuszczalności wynikających ze szczelinowatości świadczą o zamkniętej porowatości badanych skał. Tablica 2 przedstawia zestawienie opisu struktury omawianych piaskowców z dwóch grup analizowanych próbek. Pierwsza grupa (próbki nr 1, 3), reprezentująca skały zbiornikowe typu konwencjonalnego (o średniej porowatości całkowitej 5,74% oraz średniej przepuszczalności 3,87 md), 652 Nafta-Gaz, nr 9/2015

artykuły Tablica 1. Wyniki analizy wysokorozdzielczej mikrotomografii komputerowej oraz badań przepuszczalności piaskowców mioceńskich Wyniki mikrotomografii komputerowej Wyniki badania przepuszczalności Numer próbki Udział porów oraz szczelin (ø > lv) n [%] Długość boku woksela lv [µm] Udział porów oraz szczelin we fragmentach próbek (lv > ø > lv) n [%] Długość boku woksela obrazu fragmentu próbki lv [µm] Sumaryczna porowatość na podstawie microct (ø > lv) n [%] k prz [md] 1 0,75 26,7 2,32 2,1 3,07 2,5108 2 0,04 26,8 1,62 4,8 1,66 0,1061 3 0,37 26,8 8,04 4,7 8,41 5,2256 4 0,01 26,7 6,22 2,1 6,23 0,4129 5 0,28 25,1 0,01 4,9 0,29 0,1791 6 1,07 26,8 0,19 4,8 1,26 7 0,40 25,0 0,41 4,7 0,45 0,1089 została wyznaczona na podstawie wielkości porów, porowatości oraz przepuszczalności. Druga grupa (próbki nr 2, 4, 5, 6, 7) została określona jako skały zbiornikowe o charakterze niekonwencjonalnym (średnia porowatość całkowita 2,06% oraz średnia przepuszczalność 0,23 md) z powodu małej wielkości porów oraz niskiej przepuszczalności. Tablica 2. Opis struktury dwóch grup piaskowców Nr grupy Typ skały zbiornikowej Frakcja ziaren Stopień selekcji Obtoczenie ziaren Kształt ziaren Warstwowanie 1 konwencjonalny psamitowa niski obtoczone płasko wydłużone brak 2 niekonwencjonalny aleurytowa wysoki dobrze obtoczone kuliste w większości próbek występuje Podsumowanie Przeprowadzono analizę strukturalną oraz ilościową przestrzeni porów i szczelin mioceńskich drobno- i średnioziarnistych piaskowców z zapadliska przedkarpackiego, z wykorzystaniem wysokorozdzielczej mikrotomografii komputerowej skorelowanej z wynikami pomiarów przepuszczalności. Wyniki analizy pozwoliły na podział próbek na 2 grupy, charakteryzujące się określoną porowatością, przepuszczalnością oraz strukturą. Próbki zaliczone do pierwszej grupy miały średnioziarnistą strukturę z obtoczonymi ziarnami o płasko wydłużonym kształcie, 5,74-proc. udział porów oraz przepuszczalność 3,87 md. Druga grupa próbek cechowała się drobnoziarnistą strukturą, w większości warstwowaną, z obecnością szczelin. Średnia porowatość całkowita dla tej grupy wyniosła 2,06%, natomiast średnia przepuszczalność była równa 0,23 md. Podsumowując, można stwierdzić, że analizowane próbki piaskowców mioceńskich reprezentują hybrydowy system skał zbiornikowych, wykazujących cechy charakterystyczne dla typu konwencjonalnego, jak i niekonwencjonalnego. Należy również podkreślić, że w prezentowanej pracy nie zostały przedstawione wyniki badań współwystępujących w profilu z piaskowcami skał mułowcowo-ilastych (facja heterolitowa), które również stanowią perspektywiczny poziom zbiornikowy typu niekonwencjonalnego i będą obiektem badań w najbliższym czasie. Prosimy cytować jako: Nafta-Gaz 2015, nr 9, s. 647 654 Artykuł nadesłano do Redakcji 19.06.2015 r. Zatwierdzono do druku 14.07.2015 r. Podziękowania. Prezentowane wyniki badań były finansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (umowa nr PBS2/ A2/16/2013, kierownik: dr Artur T. Krzyżak). Badania przepuszczalności zostały wykonane przez dr. hab. inż. P. Małkowskiego z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Autorzy dziękują PGNiG S.A. za udostępnienie próbek rdzeni wiertniczych. Nafta-Gaz, nr 9/2015 653

NAFTA-GAZ Literatura [1] Baker D., Mancini L., Polacci M., Higgins M., Gualda G., Hill R., Rivers M.: An introduction to the application of X-ray microtomography to the three-dimensional study of igneous rocks. Lithos 2015, vol. 148, pp. 262 276. [2] Cnudde V., Boone M.: High-resolution X-ray computed tomography in geosciences: A review of the current technology and applications. Earth-Science Reviews 2013, vol. 123, pp. 1 17. [3] Gorecki W. (red.) et al.: Atlas geotermalny zapadliska przedkarpackiego. Monografia. Katedra Surowców Energetycznych, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 2012, s. 418. [4] Hadro J.: Strategia poszukiwan zloz gazu ziemnego w lupkach. Przegląd Geologiczny 2010, vol. 58, nr 3, s. 250 258. [5] Kaczmarek L., Lukasiak D., Maksimczuk M., Wejrzanowski T.: Wykorzystanie wysokorozdzielczej mikrotomografii komputerowej oraz analizy ultradzwiekowej w charakterystyce struktury paleozoicznych gazonosnych lupkow z basenu baltyckiego. Nafta-Gaz 2015 (zaakceptowane do druku). [6] Karnkowski P.: Zloza gazu ziemnego i ropy naftowej w Polsce, tom 2: Karpaty i zapadlisko przedkarpackie. Kraków, Towarzystwo Geosynoptyków GEOS, 1993. [7] Ketcham R., Carlson W.: Acquisition, optimization and interpretation of X-ray computed tomographic imagery: applications to the geosciences. Computers & Geosciences 2001, vol. 27, pp. 381 400. [8] Lykowska G.: Trojwymiarowa wizualizacja szczelin metoda mikrotomografii rentgenowskiej. Nafta-Gaz 2012, nr 12, s. 959 964. [9] Naik G. C.: Tight Gas Reservoirs An Unconventional Natural Energy Source for the Future. Association of Petroleum Geologists of India, 2005, http://pinedaleonline.com/socioeconomic/pdfs/tight_gas.pdf (dostęp: maj 2015). [10] Paszkowski M., Porebski S. J., Warchol M.: Koncepcja projektu otworu kierunkowego w miocenskich utworach zapadliska przedkarpackiego. Wiadomości Naftowe i Gazownicze 2009, 3 (131), s. 4 13. [11] Such P., Lesniak G., Slota M.: Ilosciowa charakterystyka porowatosci i przepuszczalnosci utworow czerwonego spagowca potencjalnie zawierajacych gaz ziemny zamkniety. Przegląd Geologiczny 2010, vol. 58, nr 4, s. 345 351. [12] Zalewska J., Dohnalik M.: Comparison of rock pore space based on X-ray computed microtomography (micro-ct) and nuclear magnetic resonance (NMR) data. Part III. Nafta-Gaz 2011, nr 10, s. 702 713. [13] Zalewska J., Kaczmarczyk J.: Analysis of rock samples internal pore structure based on X-ray computed microtomography data. Part I. Nafta-Gaz 2011, nr 8, s. 533 544. Mgr Łukasz Kaczmarek Doktorant na Wydziale Geologii Uniwersytetu Warszawskiego ul. Żwirki i Wigury 93 02-089 Warszawa E-mail: lukasz.kaczmarek@uw.edu.pl Technolog na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej ul. Wołoska 141 02-507 Warszwawa E-mail: Lukasz.Kaczmarek@inmat.pw.edu.pl Dr inż. Grzegorz Machowski Asystent na Wydziale Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków E-mail: machog@agh.edu.pl Mgr Michał Maksimczuk Technolog na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej ul. Wołoska 141 02-507 Warszawa E-mail: michal.maksimczuk@inmat.pw.edu.pl Dr inż. Tomasz Wejrzanowski Adiunkt na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej ul. Wołoska 141 02-507 Warszawa E-mail: twejrzanowski@inmat.pw.edu.pl 654 Nafta-Gaz, nr 9/2015