Densitatea și porozitatea rocilor

înțelegerea densității și porozității rocilor din rezervor este un factor cheie în estimarea potențialului lor de hidrocarburi. Densitatea și porozitatea sunt legate.

densitatea

densitatea este definită ca masa pe volum a unei substanțe.

………………..(1)

de obicei cu unități de g/cm3 sau kg / m3. Alte unități care ar putea fi întâlnite sunt lbm / galon sau LBM / ft3 (vezi Tabelul 1).

• 

  tabelul 1 – conversii de densitate.

pentru materialul simplu, complet omogen (monofazat), această definiție a densității este simplă. Cu toate acestea, materialele de pământ implicate în ingineria petrolului sunt amestecuri de mai multe faze, atât solide (minerale), cât și fluide. Rocile, în special, sunt poroase, iar porozitatea este strâns legată de densitate.

porozitatea

porozitatea (XV) este definită ca fracția nonsolidă sau volumul porilor.

………………..(2)

porozitatea este un raport de volum și, prin urmare, adimensional, și este de obicei raportat ca o fracție sau la sută. Pentru a evita confuzia, în special atunci când sunt implicate porozități variabile sau în schimbare, este adesea raportată în unități de porozitate (1 PU = 1%).

sunt necesare mai multe definiții de volum pentru a descrie porozitatea:

………………..(3)

Din acestea putem defini diferitele tipuri de porozitate întâlnite:

………………..(4)

relația dintre densitate și porozitate

Fig. 1 prezintă aspectul acestor tipuri de porozitate într-o gresie.

• 

  fig. 1-densitate calculată vs. porozitate pentru gresie, calcar și dolomită.

în mod similar, definițiile densităților standard asociate rocilor urmează:

………………..(5)

unde Ms, Md, Msat, Mb și Mfl sunt masa rocii solide, uscate, saturate, plutitoare și respectiv fluide.

densitatea unui compozit, cum ar fi rocile (sau nămolurile de foraj), poate fi calculată din densitățile și fracțiunea de volum a fiecărei componente. Pentru un sistem cu două componente,

………………..(6)

unde pmix este densitatea amestecului; pA este densitatea componentei a; pB este densitatea lui B; A și B sunt fracțiile de volum ale lui a și respectiv B (și deci B = 1− a).

extinderea acestuia într-un sistem general cu n componente,

………………..(7)

de exemplu, exploatarea SCM. 4, 5 și 6 pentru o rocă formată din două minerale, m1 și m2, și două fluide, f 1 și f 2, găsim

………………..(8) și ………………..(9)

Eq. 8 este o relație fundamentală utilizată de-a lungul științelor pământului pentru a calcula densitatea rocilor. Având în vedere o porozitate și un fluid specific, densitatea poate fi ușor calculată dacă densitatea minerală sau a cerealelor este cunoscută. Densitățile de cereale pentru mineralele comune care formează roci sunt prezentate în tabelul 2. Rezultatul aplicării Eq. 9 este prezentat în Fig. 1.

• 

  tabelul 2 – densitățile cerealelor pentru mineralele comune Formatoare de roci

rețineți în tabelul 2 că există mai multe densități raportate pentru aceeași grupă minerală, cum ar fi feldspatul sau argila. Densitatea se va schimba sistematic pe măsură ce compoziția variază. De exemplu, în seria plagioclazică, densitatea crește pe măsură ce sodiul (albit, XQX = 2,61 g/cm3) este înlocuit cu calciu (anortit, XQX = 2,75 g/cm3). Cele mai problematice minerale sunt argilele, în special argilele în expansiune (montmorillonite sau smectite) capabile să conțină cantități mari și variabile de apă. În acest caz, densitățile pot varia de 40% sau mai mult. Aceasta este o problemă specială, deoarece argilele sunt printre cele mai frecvente minerale din rocile sedimentare.

rocile de rezervor conțin adesea cantități semnificative de material organic semisolid, cum ar fi bitumul. Acestea vor avea de obicei densități de lumină similare ca mărime cu cele ale cărbunilor.

densitățile fluidului porilor sunt acoperite în detaliu în proprietățile fluidului porilor.

densitatea și porozitatea in situ

în general, densitatea crește și porozitatea scade monoton cu adâncimea. Acest lucru este de așteptat, deoarece presiunile diferențiale cresc de obicei cu adâncimea. Pe măsură ce presiunea crește, boabele se vor deplasa și se vor roti pentru a ajunge la un ambalaj mai dens. Mai multă forță va fi impusă contactelor de cereale. Zdrobirea și fracturarea sunt un rezultat comun. În plus, procesele diagenetice, cum ar fi cimentarea, funcționează pentru a umple spațiul porilor. Materialul poate fi dizolvat la contactele punctuale sau de-a lungul stioliților și apoi transportat pentru a umple porii. Unele dintre texturile rezultate din aceste procese au fost văzute în fotomicrografele tipurilor de roci. În Fig. 2, densitățile generalizate în funcție de adâncime pentru șisturi sunt reprezentate grafic. Formele și comportamentele generale pentru aceste curbe sunt similare, chiar dacă provin dintr-o mare varietate de locații cu istorii geologice diferite. Aceste tipuri de curbe sunt adesea potrivite cu funcții exponențiale în profunzime pentru a defini tendința locală de compactare.

• 

  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 = Piatra de noroi din valea râului Po( depozit), 3 = șisturile medii de coastă din Golful Mexic din măsurătorile geofizice (Dickinson), 4 = șisturile medii de coastă din Golful Mexic din buștenii de densitate (Eaton), 5 = Fântâna bazinului Marcaibo (Dallmus), 6 = densitățile umede calculate în Ungaria (Skeels), 7 = șisturile uscate din Pennsylvania și Permian (Dallmus), 8 = estul Venezuelei (Dallmus).

presiunile diferențiale sau efective nu cresc întotdeauna odată cu creșterea adâncimii. Presiuni anormal de mari ale fluidului porilor („suprapresiune”) pot apărea din cauza:

• compactare rapidă
• permeabilitate scăzută
• deshidratare minerală
• migrarea fluidelor de înaltă presiune

presiunea ridicată a porilor are ca rezultat un diferențial anormal de scăzut al presiunii efective. Acest lucru poate întârzia sau chiar inversa tendințele normale de compactare. O astfel de situație este văzută în Fig. 3. Porozitățile atât pentru șisturi, cât și pentru nisipuri arată pierderea de porozitate așteptată odată cu creșterea adâncimii în porțiunile superficiale. Cu toate acestea, la aproximativ 3500 m, Presiunea porilor crește și porozitatea crește de fapt odată cu adâncimea. Acest lucru demonstrează de ce este necesară calibrarea locală. De asemenea, indică dependența de presiune a proprietăților rocilor.

• 

  fig. 3-porozitate de șist și gresie cu adâncime. Porozitatea scade până când presiunile ridicate ale porilor (= geopresiune) reduc presiunea efectivă și determină o creștere a porozității (de la Stuart).

tehnici de măsurare

laborator

numeroase metode pot fi utilizate în laborator pentru a determina porozitatea și densitatea. Cele mai frecvente sunt prin greutate de saturație și Legea lui Boyle. Pentru rocile fără minerale sensibile, cum ar fi smectitele, porozitatea și densitățile uscate, cereale și saturate pot fi derivate din masa saturată, masa uscată și volumul (sau greutatea plutitoare). Aceste măsurători permit calcularea densității saturate, uscate și a cerealelor, precum și a porozității și a volumului mineral și al porilor prin utilizarea Eqs. De la 3 la 5.tehnica legii lui Boyle măsoară schimbările relative ale presiunilor de gaz din interiorul unei camere cu și fără specimen de rocă. Volumul porilor interni (Conectați) este calculat din aceste variații de presiune, din care se extrag porozitățile și densitățile.

logare

Mai multe tehnici de logare sunt disponibile pentru a măsura densitatea sau porozitatea. Aceste tehnici indirecte pot avea erori substanțiale în funcție de condițiile de foraj, dar oferă o măsură a proprietăților in situ. Jurnalele de raze Gamma bombardează formația cu radiații dintr-o sursă activă. Radiația este împrăștiată înapoi la instrumentul de înregistrare, în funcție de densitatea electronică a materialului. Densitatea formării este extrasă din amplitudinea acestor raze gamma împrăștiate înapoi. Jurnalul de neutroni estimează porozitatea prin interacțiunea particulelor cu atomii de hidrogen. Neutronii pierd energie atunci când se ciocnesc cu atomii de hidrogen, dând astfel o măsură a conținutului de hidrogen. Deoarece cea mai mare parte a hidrogenului din roci se află în spațiul porilor (apă sau ulei), Aceasta este apoi legată de porozitatea umplută cu lichid. Rețineți că jurnalul de neutroni va include apă legată în argile ca porozitate. În plus, atunci când gazul relativ sărac în hidrogen este fluidul porilor, Jurnalul de neutroni va subestima porozitatea. În mod similar, Jurnalul de rezonanță magnetică nucleară (RMN) va rezolva conținutul de hidrogen. Cu toate acestea, acest instrument are capacitatea de a diferenția între apa liberă în vrac și apa legată. Jurnalele sonice sunt, de asemenea, utilizate pentru măsurarea porozității, în special atunci când mineralele anormale (cum ar fi sideritul) sau condițiile de foraj fac ca alte instrumente să fie mai puțin precise. Tehnica implică inversarea vitezei la porozitate folosind una dintre relațiile furnizate în vitezele undelor elastice. Gravimetria a fost, de asemenea, utilizată pentru a măsura variațiile densității. Deși acest instrument este insensibil la schimbările la scară fină, permite măsurarea densității departe în formare.

Seismic

pe o scară grosieră, densitățile pot fi uneori extrase din datele seismice. Această metodă necesită separarea componentei de densitate a impedanței. Acest lucru necesită în mod normal o analiză a datelor seismice în funcție de offset sau unghiul de reflexie. Această tehnică va vedea probabil mai multă utilizare pe măsură ce datele seismice se îmbunătățesc și sunt încorporate în continuare în descrierea rezervorului.

Nomenclature

lucrări notabile în OnePetro

utilizați această secțiune pentru a enumera lucrări în OnePetro pe care un cititor care dorește să afle mai multe ar trebui să le citească cu siguranță

Gardner, G., Gardner, L., și Gregory, A. 1974. Viteza de formare și densitatea—baza de diagnostic pentru capcane stratigrafice. Geofizică 39 (6): 770-780. http://dx.doi.org/10.1190/1.1440465.

Han, D.-H, Nur, A. și Morgan, D. 1986. Efectele porozității și conținutului de argilă asupra vitezelor valurilor din gresii. Geofizică 51 (11): 2093-2107. http://dx.doi.org/10.1190/1.1442062

Vezi și

efectele fluidelor porilor asupra mecanicii rocilor

relațiile de defectare a rocilor

rezistența la compresiune a rocilor

vitezele acustice ale rocilor și porozitatea

determinarea porozității

determinarea porozității cu înregistrarea RMN

evaluarea porozității cu înregistrarea acustică

logare densitate

Peh:rock_properties