De dichtheid en porositeit van gesteente

inzicht in de dichtheid en porositeit van gesteente in reservoirs is een belangrijke factor bij het schatten van hun koolwaterstofpotentieel. Dichtheid en porositeit zijn gerelateerd.

dichtheid

dichtheid wordt gedefinieerd als de massa per volume van een stof.

………………..(1)

typisch met eenheden van g/cm3 of kg / m3. Andere eenheden die kunnen worden aangetroffen zijn lbm / gallon of lbm / ft3 (zie Tabel 1).

• 

  tabel 1 – dichtheidsconversies.

  voor eenvoudig, volledig homogeen (eenfasig) materiaal is deze definitie van dichtheid eenvoudig. Echter, aarde materialen die betrokken zijn bij petroleum engineering zijn mengsels van verschillende fasen, zowel vaste stoffen (mineralen) en vloeistoffen. Rotsen, in het bijzonder, zijn poreus, en porositeit is nauw verbonden met de dichtheid.

  porositeit

  porositeit (Φ) wordt gedefinieerd als de niet-vaste of porievolumefractie.

  ………………..(2)

  porositeit is een volumeverhouding en dus dimensieloos, en wordt meestal gerapporteerd als een fractie of percentage. Om verwarring te voorkomen, met name wanneer het gaat om variabele of veranderende porositeiten, wordt het vaak gerapporteerd in porositeitseenheden (1 PU = 1%).

  verschillende volumedefinities zijn vereist om porositeit te beschrijven:

  

  ………………..(3)

  hieruit kunnen we de verschillende soorten porositeit definiëren die we tegenkomen:

  ………………..(4)

  relatie van dichtheid en porositeit

  Fig. 1 toont het uiterlijk van deze soorten porositeit in een zandsteen.

  • 

    Fig. 1-berekende dichtheid vs. porositeit voor zandsteen, kalksteen en dolomiet.

  hetzelfde geldt voor de definities van de standaarddichtheden geassocieerd met rotsen:

  ………………..(5)

  waarbij Ms, Md, Msat, Mb en Mfl de massa zijn van respectievelijk vast, droog, verzadigd, drijvend gesteente en vloeibaar gesteente.

  de dichtheid van een composiet zoals gesteente (of boorgruis) kan worden berekend uit de dichtheden en volumefractie van elk bestanddeel. Voor een tweecomponentensysteem,

  ………………..(6)

  waarbij pmix de dichtheid van het mengsel is; pA de dichtheid van bestanddeel A; pB de dichtheid van B; A en B zijn de volumefracties van respectievelijk A en B (en dus B = 1− A).

  Dit uitbreiden naar een algemeen systeem met n componenten,

  ………………..(7)

  bijvoorbeeld het benutten van MKN. 4, 5 en 6 voor een gesteente dat bestaat uit twee mineralen, m1 en m2, en twee vloeistoffen, f 1 en f 2, vinden we

  ………………..(8) en ………………..(9)

  Eq. 8 is een fundamentele relatie die in de aardwetenschappen wordt gebruikt om de dichtheid van gesteenten te berekenen. Gezien de poreusheid en de specifieke vloeistof kan de dichtheid gemakkelijk worden berekend als de mineraal-of korreldichtheid bekend is. De korreldichtheden voor steenvormende mineralen zijn weergegeven in Tabel 2. Het resultaat van de toepassing van Eq. 9 is weergegeven in Fig. 1.

  • 

    tabel 2 – korreldichtheid voor steenvormende mineralen

    in Tabel 2 worden verschillende dichtheden gerapporteerd voor dezelfde mineraalgroep, zoals veldspaat of klei. De dichtheid zal systematisch veranderen naarmate de samenstelling varieert. In de plagioclase-reeks bijvoorbeeld neemt de dichtheid toe naarmate natrium (albiet, ρ = 2,61 g / cm3) wordt vervangen door calcium (anorthiet, ρ = 2,75 g/cm3). De meest problematische mineralen zijn klei, met name uitzettende klei (montmorilloniet of smectiet) die grote en variabele hoeveelheden water kan bevatten. In dit geval kan de dichtheid 40% of meer variëren. Dit is een bijzonder probleem, omdat klei tot de meest voorkomende mineralen in sedimentaire gesteenten behoort.

    Reservoir gesteenten bevatten vaak significante hoeveelheden halfvaste organische materialen zoals bitumen. Deze zullen typisch lichtdichtheden hebben die in grootte vergelijkbaar zijn met die van kolen.

    porievloeistofdichtheden worden in detail behandeld in Porievloeistofeigenschappen.

    In-situ dichtheid en porositeit

    in het algemeen neemt de dichtheid toe en neemt de porositeit monotonisch af met de diepte. Dit wordt verwacht, omdat de drukverschil meestal toeneemt met de diepte. Naarmate de druk toeneemt, zullen korrels verschuiven en roteren om een meer dichte verpakking te bereiken. Er zal meer kracht worden uitgeoefend op de graancontacten. Breken en breken is een gemeenschappelijk resultaat. Daarnaast werken diagenetische processen zoals cementatie om de poriënruimte te vullen. Het materiaal kan bij puntcontacten of langs styolieten worden opgelost en dan worden getransporteerd om poriën te vullen. Sommige van de texturen als gevolg van deze processen werden gezien in de fotomicrografen van Rotstypes. In Fig. 2, Algemene dichtheid als functie van de diepte voor leisteen worden uitgezet. De vormen en het algemene gedrag voor deze krommen zijn gelijkaardig, hoewel zij van een grote verscheidenheid van plaatsen met verschillende geologische geschiedenissen komen. Dit soort curves zijn vaak geschikt met exponentiële functies in de diepte om de lokale verdichting trend te definiëren.

    • 

      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 = gemiddelde kustvlakte van Mexico-leisteen uit geofysische metingen (Dickinson), 4 = gemiddelde kustvlakte van Mexico-leisteen uit density logs (Eaton), 5 = marcaibo basin well (Dallmus), 6 = door Hongarije berekende natte dichtheden (Skeels), 7 = droge leisteen uit Pennsylvanië en Perm (Dallmus), 8 = Oost-Venezuela (Dallmus).

    differentiële of effectieve druk neemt niet altijd toe met toenemende diepte. Abnormaal hoge porie vloeistofdruk (“overdruk”) kan optreden als gevolg van:

    • snelle verdichting
    • lage permeabiliteit
    • Mineraalontwatering
    • migratie van hogedrukvloeistoffen

    De hoge poriedruk resulteert in een abnormaal laag verschil in effectieve druk. Dit kan de normale verdichtingstendensen vertragen of zelfs omkeren. Een dergelijke situatie wordt gezien in Fig. 3. Porositeiten voor zowel leisteen als zand vertonen het verwachte porositeitsverlies met toenemende diepte in de ondiepe porties. Echter, op ongeveer 3500 m, stijgt de poriedruk en de porositeit neemt eigenlijk toe met de diepte. Dit toont aan waarom lokale kalibratie nodig is. Het geeft ook de drukafhankelijkheid van gesteenteeigenschappen aan.

    • 

      fig. 3-schalie en zandsteen porositeit met diepte. De porositeit neemt af tot hoge poriedrukken (=geopressuur) de effectieve druk verminderen en een toename van de porositeit veroorzaken (van Stuart).

    meettechnieken

    laboratorium

    in het laboratorium kunnen talrijke methoden worden gebruikt om de porositeit en dichtheid te bepalen. De meest voorkomende zijn door verzadiging gewicht en Boyle ‘ s law. Voor rotsen zonder gevoelige mineralen zoals smectieten, de porositeit en droge, graan, en verzadigde dichtheden kunnen worden afgeleid van de verzadigde massa, droge massa, en volume (of drijfgewicht). Deze metingen maken het mogelijk om de verzadigde, droge en korreldichtheid, de porositeit en het mineraal-en porievolume te berekenen door gebruik te maken van MKN. 3 tot en met 5.

    De wetstechniek van Boyle meet de relatieve veranderingen in de gasdruk in een kamer met en zonder gesteente. Het interne (verbonden) porievolume wordt berekend uit deze drukvariaties, waaruit porositeiten en dichtheden worden geëxtraheerd.

    Logging

    Er zijn verschillende logtechnieken beschikbaar om dichtheid of porositeit te meten. Deze indirecte technieken kunnen aanzienlijke fouten hebben afhankelijk van de omstandigheden van het boorgat, maar zij verstrekken een maat van de in-situ eigenschappen. Gammastraling logs bombarderen de formatie met straling van een actieve bron. De straling wordt teruggestrooid naar het loggereedschap, afhankelijk van de elektronendichtheid van het materiaal. De vormingsdichtheid wordt gewonnen uit de amplitude van deze achterwaarts verspreide gammastralen. Het neutronenlogboek schat de porositeit door deeltjesinteractie met waterstofatomen. Neutronen verliezen energie bij botsingen met waterstofatomen, waardoor een maat wordt gegeven voor het waterstofgehalte. Omdat het grootste deel van de waterstof in rotsen zich in de poriënruimte bevindt (water of olie), is dit dan gerelateerd aan de met vloeistof gevulde porositeit. Merk op dat het neutronenlogboek gebonden water in klei als porositeit zal bevatten. Bovendien, wanneer relatief waterstofarm gas de porievloeistof is, zal het neutronenlogboek de porositeit onderschatten. Op dezelfde manier zal het nuclear magnetic resonance (NMR) log het waterstofgehalte oplossen. Deze tool, echter, heeft de mogelijkheid om onderscheid te maken tussen vrij bulk water en gebonden water. Sonische logs worden ook gebruikt voor porositeit metingen, met name wanneer afwijkende mineralen (zoals sideriet) of boorgat voorwaarden maken andere instrumenten minder nauwkeurig. De techniek impliceert het omkeren van snelheid aan porositeit gebruikend één van de verhoudingen die in elastische golfsnelheden worden verstrekt. Gravimetrie is ook gebruikt downhole om variaties in dichtheid te meten. Hoewel dit gereedschap ongevoelig is voor veranderingen op kleine schaal, laat het dichtheidsmeting toe tot ver in de formatie.

    seismisch

    op een grove schaal kunnen de dichtheden soms worden geëxtraheerd uit seismische gegevens. Deze methode vereist het scheiden van de dichtheid component van impedantie. Dit vereist normaal gesproken een analyse van de seismische gegevens als functie van offset of reflectiehoek. Deze techniek zal waarschijnlijk meer gebruik als seismische gegevens verbetert en wordt verder opgenomen in het reservoir beschrijving.

    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	=	dichtheid, kg/m3 of g/cm3
    pb	=	bulk dichtheid, kg/m3 of g/cm3
    pB	=	als voorwoord dichtheid, kg/m3 of g/cm3
    pd	=	droge dichtheid, kg/m3 of g/cm3
    pfl	=	vloeistof dichtheid, kg/m3 of g/cm3
    pg	=	graan of minerale dichtheid, kg/m3 of g/cm3
    pG	=	gas dichtheid, kg/m3 of g/cm3
    pO	=	olie dichtheid, kg/m3 of 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., and Kan, T. K. 1993. Rock physics – de link tussen rock eigenschappen en AVO reactie. In Offset-Dependent Reflectivity-Theory and Practice of AVO Analysis, ed. P. Castagna en M. M. Backus, Nr. 8, 124-157. Tulsa, Oklahoma: Investigations in Geophysics series, Society of Exploration Geophysicists. 2.1 Rieke III, H. H. and Chilingarian, G. V. 1974. Verdichting van Argillaceous sedimenten. Amsterdam, Nederland: Elsevier Scientific Publishing Company.
    2. 3.0 3.1 McCulloh, T. H. 1967. Massa-eigenschappen van sedimentaire gesteenten en gravimetrische effecten van aardolie-en aardgasreservoirs. USGS Professional Paper 528-A, Department of the Interior, United States Geological Survey, Washington, DC http://pubs.usgs.gov/pp/0528a/report.pdf.
    3. 4.0 4.1 Storer, D. 1959. Verdichting van de argiuaceous sedimenten in het Padano bekken. In The Gasiferous Deposits of Western Europe, Vol. 2, 519–536. Roma, Italië: Accademia Nazionale dei Lincei.
    4. 5.0 5.1 Dickinson, G. 1953. Geologische aspecten van abnormale reservoirs druk in Gulf Coast Louisiana. AAPG Stier. 37 (2): 410-432.
    5. 6.0 6.1 Eaton, B. A. 1969. Breukgradiëntvoorspelling en de toepassing ervan in olieveld operaties. J Pet Technol 21 (10): 1353-1360. SPE-2163-PA. http://dx.doi.org/10.2118/2163-PA.
    6. 7,0 7.1 7.2 7.3 Dallmus, K. F. 1958. Mechanica van de evolutie van het bekken en de relatie met de habitat van olie in het bekken. In Habitat of Oil, L. G. Weeks, no. 36, 2071-2174. Tulsa, Oklahoma: AAPG Memoir, AAPG.
    7. 8,0 8.1 Skeels, C. 2001. Hydrol. Processen 15 (25 Oktober 2001): 3073. 9.1 Stuart, C. A. 1970. Geopressuren. Gepresenteerd op het Louisiana State University 1970 Symposium over abnormale ondergrondse druk, Baton Rouge, Louisiana, USA.
    8. Schlumberger. 1985. Log Interpretation Charts, 1985 edition. Sugar Land, Texas: Schlumberger. Hurst, A., Griffiths, C. M., and Worthington, P. F. 1992. Geologische toepassingen van Wireline Logs II, nr. 65. Bath, UK: Geological Society Publishing House.

    opmerkelijke artikelen in OnePetro

    Gebruik deze sectie om artikelen in OnePetro op te sommen die een lezer die meer wil leren zeker

    Gardner, G., Gardner, L., and Gregory, A. 1974. Formatie snelheid en dichtheid – de diagnostische basis voor stratigrafische vallen. Geofysica 39 (6): 770-780. http://dx.doi.org/10.1190/1.1440465.

    Han, D.-H, Nur, A., en Morgan, D. 1986. Effecten van porositeit en kleigehalte op golfsnelheden in zandstenen. Geofysica 51 (11): 2093-2107. http://dx.doi.org/10.1190/1.1442062

    Zie ook:

    Porie vloeistof effecten op rock mechanics

    Rock falen van relaties

    Druksterkte van rotsen

    Rock akoestische snelheden en porositeit

    Porositeit bepaling

    Porositeit bepaling met NMR te loggen

    Porositeit evaluatie met akoestische loggen

    de Dichtheid te loggen

    PEH:Rock_Properties