Kiven tiheys ja huokoisuus

varastokivien tiheyden ja huokoisuuden ymmärtäminen on keskeinen tekijä arvioitaessa niiden hiilivetypotentiaalia. Tiheys ja huokoisuus liittyvät toisiinsa.

tiheys

tiheys määritellään aineen massana tilavuutta kohti.

………………..(1)

tyypillisesti yksiköillä g/cm3 tai kg/m3. Muita mahdollisia yksiköitä ovat lbm/gallona tai lbm/ft3 (KS.Taulukko 1).

• 

  / div>

  taulukko 1 – tiheyskonversiot.

  yksinkertaiselle, täysin homogeeniselle (yksivaiheiselle) materiaalille tämä tiheyden määritelmä on suoraviivainen. Öljytekniikkaan osallistuvat maa-aineet ovat kuitenkin useiden faasien seoksia, sekä kiinteitä aineita (mineraaleja) että nesteitä. Erityisesti kivet ovat huokoisia, ja huokoisuus liittyy läheisesti tiheyteen.

  huokoisuus

  huokoisuus (Φ) määritellään epäolennaiseksi eli huokosvolyymifraktioksi.

  ………………..(2)

  huokoisuus on tilavuussuhde ja siten dimensioton, ja se ilmoitetaan yleensä murtolukuna tai prosentteina. Sekaannuksen välttämiseksi, erityisesti jos kyseessä on vaihteleva tai muuttuva huokoisuus, se ilmoitetaan usein huokoisuusyksikköinä (1 PU = 1%).

  huokoisuuden kuvaamiseen tarvitaan useita tilavuusmäärityksiä:

  

  ………………..(3)

  näistä voidaan määritellä kohdatut erilaiset huokoisuuslajit:

  ………………..(4)

  tiheyden ja huokoisuuden suhde

  kuva. 1 näyttää näiden huokoisuuden tyyppien ulkonäön hiekkakivessä.

  • 

    div>

    kuva. 1-laskettu tiheys vs. huokoisuus hiekkakivelle, kalkkikivelle ja dolomiitille.

    vastaavasti kallioihin liittyvien vakiotiheyksien määritelmät sitten seuraavat:

    ………………..(5)

    missä Ms, MD, Msat, Mb ja MFL ovat kiinteän kiven, kuivan kiven, kylläisen kiven, kelluvan kiven ja nesteen massa.

    komposiittimateriaalin, kuten kivien (tai porausmuovien) tiheys voidaan laskea kunkin komponentin tiheydestä ja tilavuusosuudesta. Kaksikomponenttijärjestelmässä

    ………………..(6)

    , jossa pmix on seoksen tiheys; pA on komponentin a tiheys; pB on B: n tiheys; A ja B ovat A: n ja B: n tilavuusfraktiot (ja siten B = 1− A).

    laajentaa tätä yleiseksi järjestelmäksi, jossa on n-komponentteja,

    ………………..(7)

    esimerkiksi ympäristönlaatunormien hyödyntäminen. 4, 5 ja 6 kivestä, joka koostuu kahdesta mineraalista, m1 ja m2, sekä kahdesta nesteestä, f 1 ja f 2, löytyy

    ………………..(8) ja ………………..(9)

    ekv. 8 on perustavaa laatua oleva suhde, jota käytetään kaikkialla maatieteissä kivitiheyden laskemiseen. Koska huokoisuus ja ominaisneste, tiheys voidaan helposti laskea, jos mineraali-tai raetiheys tunnetaan. Tavallisten kivenmuodostusmineraalien viljatiheydet on esitetty taulukossa 2. Tulos soveltamalla Eq. 9 on esitetty kuvassa. 1.

    • 

      /div>

      taulukko 2 – yleisten kivenmuodostusmineraalien viljatiheydet

      huomaa taulukossa 2, että samasta mineraaliryhmästä, kuten maasälvästä tai savesta, on ilmoitettu useita tiheyksiä. Tiheys muuttuu systemaattisesti koostumuksen vaihtuessa. Esimerkiksi plagioklaasisarjassa tiheys kasvaa, kun natrium (albiitti, ρ = 2,61 g/cm3) korvautuu kalsiumilla (anortiitti, ρ = 2,75 g/cm3). Ongelmallisimpia mineraaleja ovat savet, erityisesti laajenevat savet (montmorilloniitti tai smektiitti), jotka pystyvät sisältämään suuria ja vaihtelevia määriä vettä. Tällöin tiheydet voivat vaihdella 40% tai enemmän. Tämä on erityinen ongelma, koska savi on yleisimpiä mineraaleja sedimenttikivissä.

      Säiliökivissä on usein merkittäviä määriä puolipitkää orgaanista materiaalia, kuten bitumia. Näiden valotiheydet ovat tyypillisesti samansuuruisia kuin hiilten.

      huokosnesteen tiheydet käsitellään yksityiskohtaisesti Huokosnesteen ominaisuuksissa.

      in situ tiheys ja huokoisuus

      yleensä tiheys kasvaa ja huokoisuus vähenee monotonisesti syvyyden myötä. Tämä on odotettavissa, koska paine-erot yleensä kasvavat syvyyden myötä. Paineen kasvaessa jyvät siirtyvät ja kiertyvät tiheämpään pakkaukseen. Viljakoskettimiin kohdistetaan lisää voimaa. Murskaaminen ja murtuminen on yleinen seuraus. Lisäksi diageneettiset prosessit, kuten sementointi, pyrkivät täyttämään huokostilan. Materiaali voidaan liuottaa pistekosketuksissa tai styoliitteja pitkin ja kuljettaa sitten täyttämään huokoset. Osa näistä prosesseista johtuvista tekstuureista nähtiin kivilajien fotomikrografeissa. Kuvassa. 2, yleistetty tiheydet kuin funktio syvyys liuske on piirretty. Näiden käyrien muodot ja yleinen käyttäytyminen ovat samanlaisia, vaikka ne tulevat monista eri paikoista, joilla on erilainen geologinen historia. Tällaiset käyrät sopivat usein eksponenttifunktioiden kanssa syvällisesti määrittelemään paikallista tiivistymiskehitystä.

      • 

        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 (Storer), 3 = average coastal Gulf of Mexico shales from geofysical measurement (Dickinson), 4 = average coastal Gulf of Mexico shales from density logs (Eaton), 5 = Marcaibo Bell (Dallmus), 6 = Hungary calculated wet densities (Skeels), 7 = Pennsylvanian and Permian dry shales (Dallmus), 8 = itäinen Venezuela (dallmus).

      differentiaaliset tai efektiiviset paineet eivät aina kasva syvemmällä. Poikkeuksellisen korkea huokosnesteen paine (”ylipaine”) voi esiintyä, koska:

      • nopea tiivistyminen
      • Alhainen permeabiliteetti
      • Mineraalikato
      • Korkeapainenesteiden migraatio

      korkea huokospaine johtaa poikkeuksellisen alhaiseen tehollisen paineen eroon. Tämä voi hidastaa tai jopa kääntää normaalin tiivistymiskehityksen. Tällainen tilanne nähdään Fig-lehdessä. 3. Porosities sekä liuskekivi ja hiekka osoittavat odotettavissa huokoisuus menetys syvyyttä matalissa osissa. Kuitenkin noin 3500 metrin korkeudessa huokospaine nousee ja huokoisuus itse asiassa kasvaa syvyyden mukana. Tämä osoittaa, miksi paikallista kalibrointia tarvitaan. Se kertoo myös kiven ominaisuuksien paineriippuvuudesta.

      • 

        /div>

        kuva. 3-liuskekivi ja hiekkakivi huokoisuus syvyys. Huokoisuus vähenee, kunnes korkeat huokospaineet (=geopaine) vähentävät tehokasta painetta ja aiheuttavat huokoisuuden lisääntymistä (Stuartista).

        mittaustekniikat

        laboratorio

        laboratoriossa voidaan käyttää lukuisia menetelmiä huokoisuuden ja tiheyden määrittämiseksi. Yleisimpiä ovat kylläisyyspainon ja Boylen lain mukaan. Kivissä, joissa ei ole herkkiä mineraaleja, kuten smektiiteissä, huokoisuus ja kuiva -, Rae-ja tyydyttyneet tiheydet voidaan johtaa tyydyttyneestä massasta, kuivasta massasta ja tilavuudesta (tai kelluvasta painosta). Nämä mittaukset mahdollistavat kyllästetyn, kuivan ja raetiheyden sekä huokoisuuden ja mineraalien ja huokosmäärän laskemisen ympäristönlaatunormien avulla. 3 – 5.

        Boylen lakitekniikka mittaa kaasun paineen suhteellisia muutoksia kammion sisällä kivikappaleen kanssa ja ilman sitä. Sisäinen (kytketty) huokostilavuus lasketaan näistä paineen vaihteluista, joista porositeetit ja tiheydet uutetaan.

        Hakkuu

        tiheyden tai huokoisuuden mittaamiseen on useita hakkuutekniikoita. Näissä epäsuorissa tekniikoissa voi olla merkittäviä virheitä porakaivon olosuhteista riippuen, mutta ne antavat mittauksen in situ-ominaisuuksista. Gammasädelokit pommittavat muodostelmaa aktiivisesta lähteestä tulevalla säteilyllä. Säteily siroaa takaisin hakkuutyökaluun riippuen materiaalin elektronitiheydestä. Muodostumistiheys saadaan näiden takaisin hajallaan olevien gammasäteiden amplitudista. Neutronilogi arvioi huokoisuutta hiukkasten vuorovaikutuksella vetyatomien kanssa. Neutronit menettävät energiaa törmätessään vetyatomeihin, jolloin saadaan mitta vetypitoisuudesta. Koska suurin osa kivissä olevasta vedystä sijaitsee huokosavaruudessa (vedessä tai öljyssä), tämä liittyy silloin nestetäytteiseen huokoisuuteen. Huomaa, että neutronilokiin sisältyy sitoutunut vesi saven sisällä huokoisuutena. Lisäksi kun huokosnesteenä on suhteellisen vetyköyhä kaasu, neutroniloki aliarvioi huokoisuutta. Samalla tavalla ydinmagneettinen resonanssi (NMR) log ratkaisee vetypitoisuuden. Tällä työkalulla on kuitenkin kyky erottaa vapaa irtovesi ja sidottu vesi. Sonic lokit käytetään myös huokoisuus mittaukset, varsinkin kun poikkeavia mineraaleja (kuten sideriitti) tai porakaivon olosuhteet tekevät muita työkaluja epätarkempi. Tekniikkaan kuuluu nopeuden kääntäminen huokoisuuteen käyttäen jotakin elastisissa aaltonopeuksissa annetuista suhteista. Gravimetriaa on käytetty myös porareikien avulla mittaamaan tiheyden vaihteluita. Vaikka tämä työkalu ei ole herkkä hienomittakaavan muutoksille, se sallii tiheyden mittaamisen kauas muodostelmaan.

        seismiset

        karkeassa mittakaavassa tiheydet voidaan joskus poimia seismisistä tiedoista. Tämä menetelmä edellyttää impedanssin tiheyskomponentin erottamista. Tämä edellyttää yleensä seismisen datan analysointia offset-tai heijastuskulman funktiona. Tämä tekniikka tulee todennäköisesti näkemään enemmän käyttöä, kun seisminen data paranee ja se sisällytetään edelleen tekojärven kuvaukseen.

        Nomenclature

        Vpor	=	total pore volume, m3 or cm3
        Vp-con	=	connected pore volume, m3 or cm3
        Vp-iso	=	isolated pore volume, m3 or cm3
        Φ	=	porosity
        Φfx	=	fracture porosity
        Φp-e	=	effective porosity
        Φp-iso	=	isolated, ineffective porosity
        ρ		tiheys, kg/m3 tai g/cm3
        PB		irtotiheys, kg/m3 tai g/cm3
        PB	esipuhetiheys, kg/m3 tai g/cm3
        PD	kuiva tiheys, kg/m3 tai g/cm3
        kuiva tiheys, kg/m3 tai g/cm3
        kuiva tiheys, kg/m3 tai g/cm3
        	RAE-tai mineraalitiheys, kg/m3 tai g/cm3
        PG	kaasutiheys, kg/m3 tai g/cm3
        po	=	öljytiheys, kg / m3 tai g / cm3
        ρsat	=	saturated density, kg/m3 or g/cm3
        ρW	=	water density, kg/m3 or g/cm3
        M	=	molecular weight, g/mole
        Af 1, Af 2	=	fraction fluid component 1, 2, etc.
        Am1, Am2	=	fraction mineral component 1, 2, etc.
        A1, A2	=	fraction component 1, 2, etc.

        1. 1.0 1.1 Castagna, J.P., Batzle, M.L., ja Kan, tk 1993. Kivifysiikka-kiven ominaisuuksien ja AVO-vasteen välinen yhteys. In Offset-Dependent Reflectivity-Theory and Practice of AVO Analysis, toim. P. Castagna ja M. M. Backus, nro 8, 124-157. Tulsa, Oklahoma: Investigations in Geophysics series, Society of Exploration Geophysicists.
        2. 2,0 2,1 Rieke III, H. H. ja Chilingarian, G. V. 1974. Tiivistyminen Argillaceous Sediments. Amsterdam, Alankomaat: Elsevier Scientific Publishing Company.
        3. 3.0 3.1 McCulloh, T. H. 1967. Sedimenttikivien massaominaisuudet ja maaöljyn ja maakaasualtaiden gravimetriset vaikutukset. USGS Professional Paper 528-A, Department of the Interior, United States Geological Survey, Washington, DC http://pubs.usgs.gov/pp/0528a/report.pdf.
        4. 4,0 4,1 Storer, K. 1959. Padanon altaan argiu-sedimenttien tiivistyminen. In the Gasiferous Deposits of Western Europe, Vol. 2, 519–536. Roma, Italia: Accademia Nazionale dei Lincei.
        5. 5,0 5,1 Dickinson, G. 1953. Geologiset näkökohdat poikkeavista tekojärven paineista Gulf Coast Louisianassa. AAPG Bull. 37 (2): 410-432.
        6. 6,0 6,1 Eaton, B. A. 1969. Murtumagradientin ennustaminen ja sen soveltaminen öljykenttien toiminnassa. J Pet Technol 21 (10): 1353-1360. SPE-2163-PA. http://dx.doi.org/10.2118/2163-PA.
        7. 7,0 7,1 7,2 7,3 Dallmus, K. F. 1958. Mekaniikka altaan evoluutio ja sen suhde elinympäristö öljyn altaan. In Habitat of Oil, L. G. Weeks, No. 36, 2071-2174. Tulsa, Oklahoma: AAPG Memoir, AAPG.
        8. 8,0 8,1 Skeels, K. 2001. Hydrol. Prosessit 15 (25. Lokakuuta 2001): 3073.
        9. 9,0 9,1 Stuart, C. A. 1970. Geopaineita. Esitetty Louisiana State University 1970 Symposium on Abnormal Subsurface Pressure, Baton Rouge, Louisiana, USA.
        10. Schlumberger. 1985. Log tulkinta kaavioita, 1985 Painos. Sugar Land, Texas: Schlumberger.
        11. Hurst, A., Griffiths, C. M. ja Worthington, P. F. 1992. Geologic Applications of Wireline Logs II, nro 65. Bath, Iso-Britannia: Geological Society Publishing House.

        Onepetron huomionarvoiset paperit

        käytä tätä osiota Listataksesi onepetron papereita, joita lukijan, joka haluaa oppia lisää, tulisi ehdottomasti lukea

        Gardner, G., Gardner, L., ja Gregory, A. 1974. Muodostumisnopeus ja tiheys—stratigrafisten ansojen diagnostinen perusta. Geofysiikka 39 (6): 770-780. http://dx.doi.org/10.1190/1.1440465.

        Han, D.-H, Nur, A. ja Morgan, D. 1986. Huokoisuuden ja savipitoisuuden vaikutukset aaltonopeuksiin hiekkakivissä. Geofysiikka 51 (11): 2093-2107. http://dx.doi.org/10.1190/1.1442062

        Katso myös

        Huokosnesteen vaikutukset kalliomekaniikkaan

        Kallion vikasuhteet

        kivien puristuslujuus

        Kallion akustiset nopeudet ja huokoisuus

        huokoisuuden määritys NMR-hakkuulla

        huokoisuuden arviointi akustisella hakkuulla

        tiheyshakkuut

        Peh:kallio_potentiaalit