A kőzetsűrűség és porozitás
a víztározó kőzetek sűrűségének és porozitásának megértése kulcsfontosságú tényező a szénhidrogénpotenciál becslésében. A sűrűség és a porozitás összefügg.
sűrűség
a sűrűség az anyag térfogatonkénti tömege.
………………..(1)
jellemzően g/cm3 vagy kg / m3 egységekkel. Egyéb egységek, amelyekkel találkozhatunk, az lbm/gallon vagy az lbm/ft3 (lásd az 1.táblázatot).
-
1.táblázat – sűrűség konverziók.
egyszerű, teljesen homogén (egyfázisú) anyag esetén ez a sűrűség meghatározása egyszerű. A kőolajgyártásban részt vevő földanyagok azonban több fázis keverékei, mind szilárd anyagok (ásványi anyagok), mind folyadékok. Különösen a kőzetek porózusak, a porozitás pedig szorosan kapcsolódik a sűrűséghez.
porozitás
a porozitást () nem szilárd vagy pórustérfogatú frakcióként definiáljuk.
………………..(2)
a porozitás térfogatarány, így dimenzió nélküli, és általában frakcióként vagy százalékban jelenik meg. Az összetévesztés elkerülése érdekében, különösen változó vagy változó porozitások esetén, gyakran porozitási egységekben jelentik (1 PU = 1%).
számos kötetdefiníció szükséges a porozitás leírásához:
………………..(3)
ezekből meghatározhatjuk a különböző típusú porozitást:
………………..(4)
sűrűség és porozitás kapcsolata
ábra. Az 1. ábra az ilyen típusú porozitás megjelenését mutatja egy homokkőben.
-
ábra. 1-számított sűrűség vs. porozitás homokkő, mészkő és dolomit esetében.
Hasonlóképpen a kőzetekhez kapcsolódó standard sűrűségek definíciói a következők:
………………..(5)
ahol Ms, Md, Msat, Mb és Mfl a szilárd, száraz kőzet, telített kőzet, úszó kőzet és folyadék tömege.
egy kompozit, például kőzetek (vagy fúróiszapok) sűrűsége kiszámítható az egyes komponensek sűrűségéből és térfogatrészéből. Kétkomponensű rendszer esetén
………………..(6)
ahol pmix a keverék sűrűsége; pA az a komponens sűrűsége; pB a B sűrűsége; A és B az A és B térfogatfrakciói (és így B = 1− A).
ennek kiterjesztése egy általános rendszerre n komponensekkel,
………………..(7)
például az Eqs kihasználása. 4, 5 és 6 két ásványból, m1-ből és m2-ből, valamint két folyadékból, F1-ből és F2-ből álló kőzet esetében
………………..(8) és 
………………..(9)
Eq. 8 egy alapvető kapcsolat, amelyet a földtudományok során használnak a kőzetsűrűség kiszámításához. Porozitás és specifikus folyadék alapján a sűrűség könnyen kiszámítható, ha az ásványi vagy szemcsesűrűség ismert. A közönséges kőzetképző ásványok szemcsesűrűségét a 2.táblázat mutatja. Az EQ alkalmazásának eredménye. A 9.ábrán látható. 1.
-
2.táblázat – a közönséges kőzetképző ásványok szemcsesűrűsége
a 2. táblázatban vegye figyelembe, hogy ugyanazon ásványcsoportra, például földpátra vagy agyagra vonatkozóan több sűrűséget jelentettek. A sűrűség az összetétel változásával szisztematikusan változik. Például a plagiokláz-sorozatban a sűrűség növekszik, mivel a nátriumot (Albit, ++ = 2,61 g/cm3) kalciummal helyettesítik (anortit, ++ = 2,75 g/cm3). A legproblematikusabb ásványok az agyagok, különösen a táguló agyagok (montmorillonit vagy szmektit), amelyek nagy és változó mennyiségű vizet tartalmazhatnak. Ebben az esetben a sűrűség 40% vagy annál nagyobb lehet. Ez egy különleges probléma, mivel az agyagok az üledékes kőzetek leggyakoribb ásványai közé tartoznak.
a víztározó kőzetei gyakran jelentős mennyiségű félszilárd szerves anyagot, például bitument tartalmaznak. Ezeknek általában a fénysűrűsége hasonló nagyságrendű, mint a széné.
a Pórusfolyadék sűrűségét a Pórusfolyadék tulajdonságai részletesen lefedik.
in situ sűrűség és porozitás
általában a sűrűség növekszik és a porozitás monoton csökken a mélységgel. Ez várható, mivel a nyomáskülönbség általában a mélységgel növekszik. A nyomás növekedésével a szemek eltolódnak és forognak, hogy sűrűbb csomagolást érjenek el. Nagyobb erő lesz a gabona érintkezőkre. A zúzás és a törés közös eredmény. Ezenkívül a diagenetikus folyamatok, például a cementálás a pórustér kitöltésére szolgálnak. Az anyagot pontérintkezőkön vagy sztiolitok mentén feloldhatjuk, majd a pórusok kitöltésére szállíthatjuk. Az ezekből a folyamatokból származó textúrák egy részét a kőzettípusok fotomikrográfiáiban látták. Az Ábrán. 2, az általánosított sűrűségeket a palák mélységének függvényében ábrázoljuk. Ezeknek a görbéknek az alakja és általános viselkedése hasonló, annak ellenére, hogy sokféle helyről származnak, különböző geológiai előzményekkel. Az ilyen típusú görbék gyakran illeszkednek az exponenciális függvényekhez a helyi tömörítési trend meghatározásához.
-
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 folyó völgyi iszapkő (tároló), 3 = a Mexikói-öböl átlagos part menti palája Geofizikai mérésekből (Dickinson), 4 = a Mexikói-öböl átlagos part menti palája sűrűségnaplókból (Eaton), 5 = Marcaibo-medence kútja (Dallmus), 6 = Magyarország számított nedves sűrűség (Skeels), 7 = pennsylvaniai és Permi száraz pala (Dallmus), 8 = Kelet-Venezuela (Dallmus).
a differenciális vagy effektív nyomás nem mindig növekszik a mélység növekedésével. Abnormálisan magas pórusfolyadék-nyomás (“túlnyomás”) a következők miatt fordulhat elő:
- gyors tömörítés
- alacsony permeabilitás
- ásványi víztelenítés
- nagynyomású folyadékok migrációja
a magas pórusnyomás abnormálisan alacsony hatékony nyomáskülönbséget eredményez. Ez késleltetheti vagy akár megfordíthatja a normál tömörítési trendeket. Egy ilyen helyzet látható ábrán. 3. Mind a pala, mind a homok porozitása a várható porozitásveszteséget mutatja, a sekély részek mélységének növekedésével. Körülbelül 3500 m-en azonban a pórusnyomás emelkedik, a porozitás pedig a mélységgel növekszik. Ez azt mutatja, hogy miért van szükség helyi kalibrálásra. Azt is jelzi, hogy a kőzet tulajdonságai nyomásfüggőek.
-
ábra. 3-pala és homokkő porozitás mélységgel. A porozitás addig csökken, amíg a magas pórusnyomás (= geopressure) csökkenti az effektív nyomást, és növeli a porozitást (Stuart-tól).
mérési technikák
laboratórium
a laboratóriumban számos módszer használható a porozitás és sűrűség meghatározására. A leggyakoribb a telítettségi súly és a Boyle-törvény. Az érzékeny ásványi anyagok, például a szmektiták nélküli kőzetek esetében a porozitás és a száraz, gabona és telített sűrűség a telített tömegből, száraz tömegből és térfogatból (vagy úszó tömegből) származhat. Ezek a mérések lehetővé teszik a telített, száraz és szemcsesűrűség, valamint a porozitás, valamint az ásványi és pórusmennyiség kiszámítását Eqs alkalmazásával. 3 – tól 5-ig.
a Boyle-törvény technikája a gáznyomás relatív változásait méri egy kamrában kőzetmintával vagy anélkül. A belső (összekapcsolt) pórustérfogatot ezekből a nyomásváltozásokból számítják ki, amelyekből a porozitásokat és sűrűségeket extrahálják.
naplózás
számos naplózási technika áll rendelkezésre a sűrűség vagy porozitás mérésére. Ezeknek a közvetett technikáknak a fúrólyuk körülményeitől függően jelentős hibái lehetnek, de megadják az in situ tulajdonságok mérését. A gammasugaras naplók aktív forrásból származó sugárzással bombázzák a képződést. A sugárzás az anyag elektronsűrűségétől függően szétszóródik a naplózó eszközbe. A képződési sűrűséget ezen hátsó szétszórt gamma-sugarak amplitúdójából nyerik ki. A neutronnapló a porozitást a hidrogénatomokkal való részecske-kölcsönhatás alapján becsüli meg. A neutronok energiát veszítenek, amikor hidrogénatomokkal ütköznek, így mérik a hidrogéntartalmat. Mivel a kőzetekben lévő hidrogén nagy része a pórustérben (víz vagy olaj) található, ez összefügg a folyadékkal töltött porozitással. Vegye figyelembe, hogy a neutronnapló porozitásként tartalmazza az agyagon belüli kötött vizet. Ezenkívül, ha viszonylag hidrogénszegény gáz a pórusfolyadék, a neutronnapló alábecsüli a porozitást. Hasonló módon a magmágneses rezonancia (NMR) napló megoldja a hidrogéntartalmat. Ez az eszköz azonban képes különbséget tenni a szabad ömlesztett víz és a kötött víz között. A Sonic rönköket porozitás mérésekhez is használják, különösen akkor, ha az anomális ásványok (például sziderit) vagy a fúrólyuk körülményei más eszközöket kevésbé pontosak. A technika magában foglalja a sebesség megfordítását porozitás a rugalmas hullámsebességekben biztosított kapcsolatok egyikével. Gravimetriát is használtak mélylyuk a sűrűség változásainak mérésére. Bár ez az eszköz érzéketlen a finom léptékű változásokra, lehetővé teszi a sűrűség mérését messze a formációig.
szeizmikus
durva skálán a sűrűségek néha kinyerhetők a szeizmikus adatokból. Ez a módszer megköveteli az impedancia sűrűségkomponensének elválasztását. Ez általában megköveteli a szeizmikus adatok elemzését az eltolás vagy a visszaverődés szögének függvényében. Ez a technika valószínűleg többet fog használni, mivel a szeizmikus adatok javulnak, és tovább beépülnek a tározó leírásába.
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 |
| = | sűrűség, kg/m3 vagy g/cm3 | |
| pb | = | tömegsűrűség, kg/m3 vagy g/cm3 |
| pB | = | előszóként sűrűség, kg/m3 vagy g/cm3 |
| PD | = | száraz sűrűség, kg/m3 vagy g/cm3 |
| PFL | = | folyadéksűrűség, kg/m3 vagy g/cm3 |
| PG | = | gabona vagy ásványi sűrűség, kg/m3 vagy g/cm3 |
| PG | = | gázsűrűség, kg/m3 vagy g/cm3 |
| po | = | olajsűrűség, kg/m3 vagy 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. |
- 1.0 1.1 Castagna, J.P., Batzle, M.L., és Kan, tk 1993. Rock fizika – a kapcsolat a rock tulajdonságai és AVO válasz. In Ofszetfüggő reflexió-az AVO analízis elmélete és gyakorlata, Szerk. P. Castagna és M. M. Backus, 8. szám, 124-157. Tulsa, Oklahoma: vizsgálatok a geofizikai sorozatban, kutató geofizikusok Társasága.
- 2.0 2.1 Rieke III, H. H. és Chilingarian, G. V. 1974. Argillaceous üledékek tömörítése. Amszterdam, Hollandia: Elsevier Scientific Publishing Company.
- 3.0 3.1 McCulloh, T. H. 1967. Az üledékes kőzetek tömegtulajdonságai és a kőolaj-és földgáztározók gravimetrikus hatásai. USGS Professional Paper 528-A, Belügyminisztérium, Egyesült Államok Geológiai szolgálata, Washington, DC http://pubs.usgs.gov/pp/0528a/report.pdf.
- 4.0 4.1 raktározó, D. 1959. Az argiuaceous üledékek tömörítése a Padano-medencében. Nyugat-Európa Gázos lerakódásaiban, Vol. 2, 519–536. Roma, Olaszország: Accademia Nazionale dei Lincei.
- 5.0 5.1 Dickinson, G. 1953. A rendellenes Tározónyomás geológiai vonatkozásai az Öböl-parti Louisiana-ban. Aapg bika. 37 (2): 410-432.
- 6.0 6.1 Eaton, Ba 1969. A törésgradiens előrejelzése és alkalmazása olajmező műveletekben. J Pet Technol 21 (10): 1353-1360. SPE-2163-PA. http://dx.doi.org/10.2118/2163-PA.
- 7.0 7.1 7.2 7.3 Dallmus, K. F. 1958. A medence evolúciójának mechanikája és annak viszonya az olaj élőhelyéhez a medencében. Az olaj élőhelyében, L. G. hetek, 36. szám, 2071-2174. Tulsa, Oklahoma: Aapg emlékirat, AAPG.
- 8.0 8.1 Skeels, C. 2001. Hydrol. Folyamatok 15 (25 Október 2001): 3073.
- 9.0 9.1 Stuart, C. A. 1970. Geopresszorok. Bemutatták a Louisiana Állami Egyetem 1970 szimpózium a rendellenes felszín alatti nyomásról, Baton Rouge, Louisiana, USA.
- Schlumberger. 1985. Napló értelmezési táblázatok, 1985-ös kiadás. Cukorföld, Texas: Schlumberger.
- Hurst, A., Griffiths, C. M., and Worthington, P. F. 1992. A vezetékes naplók geológiai alkalmazásai II, 65. szám. Bath, Egyesült Királyság: Geológiai Társaság kiadó.
figyelemre méltó papírok a OnePetro-ban
használja ezt a részt a onepetro-ban található dokumentumok felsorolásához, amelyeket egy olvasónak, aki többet szeretne megtudni, feltétlenül olvassa el
Gardner, G., Gardner, L. és Gregory, A. 1974. Képződési sebesség és sűrűség-a rétegtani csapdák diagnosztikai alapja. Geofizika 39 (6): 770-780. http://dx.doi.org/10.1190/1.1440465.
Han, D.-H, Nur, A. és Morgan, D. 1986. A porozitás és az agyagtartalom hatása a homokkövek hullámsebességére. Geofizika 51 (11): 2093-2107. http://dx.doi.org/10.1190/1.1442062
Lásd még
Pórusfolyadék hatások a kőzetmechanikára
Kőzethibák összefüggései
kőzetek nyomószilárdsága
kőzetek akusztikus sebessége és porozitása
porozitás meghatározása
porozitás meghatározása NMR naplózással
porozitás értékelése akusztikus naplózással
sűrűség naplózás
Peh:rock_properties