Klippetæthed og porøsitet

forståelse af densiteten og porøsiteten af reservoirsten er en nøglefaktor i estimeringen af deres carbonhydridpotentiale. Tæthed og porøsitet hænger sammen.

densitet

densitet defineres som massen pr.volumen af et stof.

………………..(1)

typisk med enheder af g/cm3 eller kg/m3. Andre enheder, der kan opstå, er lbm/gallon eller lbm / ft3 (se tabel 1).

• 

  tabel 1 – tæthedskonverteringer.

for simpelt, helt homogent (enfaset) materiale er denne definition af densitet ligetil. Jordmaterialer involveret i petroleumsteknologi er imidlertid blandinger af flere faser, både faste stoffer (mineraler) og væsker. Især klipper er porøse, og porøsitet er tæt forbundet med densitet.

porøsitet

porøsitet (porøsitet) defineres som den ikke-faste eller porevolumenfraktion.

………………..(2)

porøsitet er et volumenforhold og dermed dimensionsløst og rapporteres normalt som en brøkdel eller procent. For at undgå forvirring, især når variable eller skiftende porositeter er involveret, rapporteres det ofte i porøsitetsenheder (1 PU = 1%).

Der kræves flere volumendefinitioner for at beskrive porøsitet:

………………..(3)

fra disse kan vi definere de forskellige former for porøsitet, der opstår:

………………..(4)

forholdet mellem densitet og porøsitet

Fig. 1 viser udseendet af disse typer porøsitet i en sandsten.

• 

  fig. 1-beregnet tæthed vs. porøsitet for sandsten, kalksten og dolomit.

tilsvarende følger definitionerne af standarddensiteterne forbundet med klipper:

………………..(5)

hvor Ms, Md, Msat, Mb og Mfl er massen af henholdsvis fast, tør sten, mættet sten, flydende sten og væske.

tætheden af en komposit, såsom klipper (eller boremudder), kan beregnes ud fra densiteterne og volumenfraktionen af hver komponent. For et to-komponent system,

………………..(6)

hvor pmiks er densiteten af blandingen; pA er densiteten af komponent a; pB er densiteten af B; A og B er volumenfraktionerne af henholdsvis A og B (og så B = 1− a).

udvidelse af dette til et generelt system med n komponenter,

………………..(7)

f.eks. 4, 5 og 6 for en sten, der består af to mineraler, m1 og m2, og to væsker, f 1 og f 2, finder vi

………………..(8) og ………………..(9)

Ek. 8 er en grundlæggende relation, der anvendes i hele jordvidenskaben til beregning af klippetæthed. Givet en porøsitet og specifik væske kan densitet let beregnes, hvis mineral-eller korntætheden er kendt. Korntætheder for almindelige stendannende mineraler er vist i tabel 2. Resultatet af at anvende EKV. 9 er vist i Fig. 1.

• 

  tabel 2 – korntætheder for almindelige stendannende mineraler

bemærk i tabel 2, at der er rapporteret flere tætheder for den samme mineralgruppe, såsom feltspat eller ler. Tætheden ændres systematisk, når sammensætningen varierer. For eksempel i plagioclase-serien øges densiteten, når natrium (Albite, LARP = 2,61 g/cm3) erstattes af calcium (anorthit, LARP = 2,75 g/cm3). De mest problematiske mineraler er ler, især ekspanderende ler (montmorillonit eller smectit), der er i stand til at indeholde store og variable mængder vand. I dette tilfælde kan tæthederne variere 40% eller mere. Dette er et særligt problem, fordi ler er blandt de mest almindelige mineraler i sedimentære klipper.

Reservoirsten indeholder ofte betydelige mængder halvfast organisk materiale såsom bitumen. Disse vil typisk have lette tætheder, der svarer til størrelsen af kul.

Porevæsketætheder er dækket detaljeret i Porevæskeegenskaber.

In situ densitet og porøsitet

generelt øges densiteten, og porøsiteten falder monotont med dybden. Dette forventes, fordi differenstryk normalt stiger med dybden. Når trykket stiger, skifter kornene og roterer for at nå en mere tæt pakning. Mere kraft vil blive pålagt kornkontakterne. Knusning og brud er et almindeligt resultat. Derudover arbejder diagenetiske processer såsom cementering for at fylde porerummet. Materiale kan opløses ved punktkontakter eller langs styolitter og derefter transporteres for at fylde porer. Nogle af teksturerne som følge af disse processer blev set i fotomikrograferne af Klippetyper. I Fig. 2, er generaliserede tætheder som en funktion af dybde for skifer plottet. Formerne og den overordnede adfærd for disse kurver er ens, selvom de kommer fra en lang række steder med forskellige geologiske historier. Disse former for kurver passer ofte med eksponentielle funktioner i dybden for at definere den lokale komprimeringstrend.

• 

  Fig. 2 – Shale density as a function of depth from several sedimentary basins (after Castagna et al. and Rieke and Chillingarian). 1 = Gas saturated clastics: probable minimum density (McCulloh). 2 = Po River Valley mudstone (lager), 3 = gennemsnitlig kystbugtskifer fra geofysiske målinger (Dickinson), 4 = gennemsnitlig kystbugtskifer fra tæthedsstammer (Eaton), 5 = Marcaibo-bassinbrønd (Dallmus), 6 = Ungarn beregnede vådtætheder (Skeels), 7 = Tørskifer fra Pennsylvanian og Perm (Dallmus), 8 = østlige Veneto (Dallmus).

differentielle eller effektive tryk øges ikke altid med stigende dybde. Unormalt højt porevæsketryk (“overtryk”) kan forekomme på grund af:

• hurtig komprimering
• lav permeabilitet
• Mineralafvanding
• Migration af højtryksvæsker

det høje poretryk resulterer i en unormalt lav forskel på effektivt tryk. Dette kan forsinke eller endda vende de normale komprimeringstendenser. En sådan situation ses i Fig. 3. Porositeter for både skifer og sand viser det forventede porøsitetstab med stigende dybde i de lave dele. 3500 m stiger poretrykket, og porøsiteten øges faktisk med dybden. Dette viser, hvorfor lokal kalibrering er nødvendig. Det angiver også trykafhængigheden af stenegenskaber.

• 

  fig. 3-skifer og sandsten porøsitet med dybde. Porøsiteten falder, indtil høje poretryk (= geopressure) reducerer det effektive tryk og forårsager en stigning i porøsitet (fra Stuart).

måleteknikker

laboratorium

talrige metoder kan anvendes i laboratoriet til bestemmelse af porøsitet og densitet. De mest almindelige er ved mætningsvægt og Boyles lov. For klipper uden følsomme mineraler såsom smectitter kan porøsiteten og tør, korn og mættet tæthed afledes af den mættede masse, tør masse og volumen (eller flydende vægt). Disse målinger tillader beregning af mættet, tør og korntæthed samt porøsitet og mineral-og porevolumen ved at anvende miljøkvalitetskrav. 3 til 5.Boyles lovteknik måler de relative ændringer i gastryk inde i et kammer med og uden en stenprøve. Det interne (tilsluttede) porevolumen beregnes ud fra disse variationer i tryk, hvorfra porositeter og densiteter ekstraheres.

logning

flere logningsteknikker er tilgængelige til måling af densitet eller porøsitet. Disse indirekte teknikker kan have betydelige fejl afhængigt af borehulsforhold, men de giver et mål for in situ-egenskaberne. Gamma ray logs bombarderer dannelsen med stråling fra en aktiv kilde. Stråling spredes tilbage til logværktøjet afhængigt af materialets elektrondensitet. Formationstæthed ekstraheres fra amplituden af disse tilbagespredte gammastråler. Neutronloggen estimerer porøsitet ved partikelinteraktion med hydrogenatomer. Neutroner mister energi, når de kolliderer med hydrogenatomer, hvilket giver et mål for hydrogenindholdet. Fordi det meste af brintet i klipper befinder sig i porerummet (vand eller olie), er dette derefter relateret til den væskefyldte porøsitet. Bemærk, at neutronloggen vil omfatte bundet vand i lerarter som porøsitet. Derudover, når relativt brintfattig gas er porevæsken, vil neutronloggen undervurdere porøsiteten. På lignende måde løser kernemagnetisk resonans (NMR) loggen hydrogenindholdet. Dette værktøj har imidlertid evnen til at skelne mellem frit bulkvand og bundet vand. Soniske logfiler bruges også til porøsitetsmålinger, især når unormale mineraler (såsom siderit) eller borehulsforhold gør andre værktøjer mindre nøjagtige. Teknikken involverer invertering af hastighed til porøsitet ved hjælp af et af de forhold, der tilvejebringes i elastiske bølgehastigheder. Gravimetri er også blevet brugt nede i hullet til at måle variationer i densitet. Selvom dette værktøj er ufølsomt over for ændringer i fin skala, tillader det tæthedsmåling langt ud i formationen.

seismisk

i grov skala kan tætheder undertiden ekstraheres fra seismiske data. Denne metode kræver adskillelse af densitetskomponenten af impedans. Dette kræver normalt en analyse af de seismiske data som en funktion af offset eller refleksionsvinkel. Denne teknik vil sandsynligvis se mere brug, da seismiske data forbedres og er yderligere indarbejdet i reservoirbeskrivelsen.

Nomenclature

bemærkelsesværdige papirer i OnePetro

Brug dette afsnit til at liste papirer i OnePetro, som en læser, der ønsker at lære mere, bestemt bør læse

Gardner, G., Gardner, L. Gregory, A. 1974. Formationshastighed og densitet—det diagnostiske grundlag for stratigrafiske fælder. Geofysik 39 (6): 770-780. http://dx.doi.org/10.1190/1.1440465.

Han, D.-H, Nur, A. og Morgan, D. 1986. Effekter af porøsitet og lerindhold på bølgehastigheder i sandsten. Geofysik 51 (11): 2093-2107. http://dx.doi.org/10.1190/1.1442062

Se også

Porevæskeeffekter på stenmekanik

Rockfejlforhold

trykstyrke af klipper

rockakustiske hastigheder og porøsitet

porøsitetsbestemmelse

porøsitetsbestemmelse med NMR-logning

Porøsitetsvurdering med akustisk logning

p> tæthedslogning

Peh:rock_properties