«ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΠΟΡΩΔΟΥΣ ΜΕ ΤΗΝ ΒΟΗΘΕΙΑ ΤΩΝ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ»

Transcript

1 Α.Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ & ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΠΟΡΩΔΟΥΣ ΜΕ ΤΗΝ ΒΟΗΘΕΙΑ ΤΩΝ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ» ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ : Δρ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΚΑΡΓΙΩΤΗΣ ΣΠΟΥΔΑΣΤΡΙΕΣ : ΟΥΡΑΝΙΑ ΚΑΡΑΓΚΙΑΟΥΡΗ ΕΙΡΗΝΗ ΧΡΙΣΤΟΔΟΥΛΟΠΟΥΛΟΥ ΚΑΒΑΛΑ 2009

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΤΙΚΕΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΩΝ (ΠΑΓΙΔΕΣ) ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΑΠΟΛΥΤΗ ΕΝΕΡΓΗ ΚΑΙ ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΕΙΔΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΡΕΥΣΤΩΝ ΤΥΠΟΣ ΒΑΘΜΙΔΑΣ ΕΙΣΒΟΛΗΣ ΤΥΠΟΣ ΜΕΤΑΒΑΣΗΣ ΔΑΚΤΥΛΙΟΕΙΔΗΣ ΤΥΠΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΚΟΥΣΤΙΚΕΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ (ΑCOUSTILOG) ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΟΡΩΔΟΥΣ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΑΝΘΡΑΚΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΣΥΜΠΙΕΣΜΕΝΟΙ ΑΜΜΟΛΙΘΟΙ ΔΙΑΣΚΟΡΠΙΣΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΑΜΜΟΥ ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ ΔΙΟΡΘΩΣΗ ΣΧΙΣΤΟΛΙΘΩΝ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΥΔΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΚΕΙΚ ΔΙΗΘΗΣΗΣ ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ Επίδραση λόγω του μεγέθους του φρεατίου

3 4.3.2 Επίδραση του βάρους του «κέικ» διήθησης Επίδραση της απόκλισης Επίδραση της αλατότητας Επίδραση της Πίεσης/Θερμοκρασίας Επίδραση Επένδυσης/Τσιμέντωσης ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΛΙΘΟΛΟΓΙΑΣ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΥΔΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΩΝ Δείκτες Υδρογόνου Επίδραση Ανασκαφής ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΣΧΙΣΤΟΛΙΘΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΟΡΩΔΟΥΣ ΜΕΣΩ ΤΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΕΠΗΡΕΑΣΜΟΣ ΛΟΓΩ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣ ΣΧΙΣΤΟΛΙΘΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΛΙΘΟΛΟΓΙΑ ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΣ ΠΟΡΩΔΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΣ ΠΟΡΩΔΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΕΥΡΕΣΗ ΠΟΡΩΔΟΥΣ ΒΑΣΙΣΜΕΝΗ ΣΕ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ - ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ ΑΚΟΥΣΤΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ- ΑΚΟΥΣΤΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΤΡΙΠΛΟΥ ΠΟΡΩΔΟΥΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ Μ ΜΕ Ν ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ Κ ΜΕ Α

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΟΡΩΔΟΥΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΟΓΙΑΣ ΑΡΓΙΛΟΥ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ ΑΚΟΥΣΤΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΑΚΟΥΣΤΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΕΠΙΛΟΓΟΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ: Ένα ελαιώδες παχύρρευστο υγρό καστανού χρώματος που το συναντάμε σε μεγάλο βάθος κάτω από την επιφάνεια της γης. Έχει χαρακτηριστική οσμή, φθορίζει ελαφρά στο νερό και είναι ελαφρότερο από αυτό. Η σύσταση του αποτελείται από κορεσμένους υδρογονάνθρακες (τύπου παραφινών ή κυκλικούς). Ήταν γνωστό από την αρχαιότητα αλλά έβρισκε περιορισμένες εφαρμογές. Σήμερα η πρακτική σημασία ενός πετρελαιοφόρου κοιτάσματος εκφράζεται σε «βεβαιωμένα αποθέματα» (όρος που αναφέρεται στην ποσότητα του πετρελαίου που μπορεί να εξαχθεί με οικονομικά συμφέροντες όρους). Αυτό που θα πρέπει να τονίσουμε ιδιαίτερα και είναι ύψιστης σημασίας είναι ότι το πετρέλαιο, είναι η κυριότερη πηγή ενέργειας για τον άνθρωπο. Που συναντάμε όμως το πετρέλαιο και με ποιες τεχνικές γίνεται η εκμετάλλευση του; Ακολουθώντας λοιπόν μια αλυσίδα από συγκεκριμένες διαδικασίες φθάνουμε στο σημείο της εξόρυξης του από μια γεώτρηση και εδώ είναι το κυρίως θέμα αυτής της εργασίας «Για να επιτευχθεί λοιπόν μια γεώτρηση θα πρέπει να πληροί κάποιους όρους. Ένας από αυτούς είναι η χρήση των Γεωφυσικών Καταγραφών» Σαν όρος οι γεωφυσικές καταγραφές είναι όλες οι εργασίες που εξετάζουν τις ιδιότητες των πετρωμάτων επί τόπου και την γεωμετρία της γεώτρησης, μας δείχνουν τι ποσοστά απόδοσης έχουν: το πέτρωμα και ο σχηματισμός των πετρωμάτων που μας ενδιαφέρει. Έτσι λοιπόν διαμέσου των γεωφυσικών καταγραφών καταλήγουμε σε πετροφυσικούς παραμέτρους άμεσου ενδιαφέροντος και τέτοιοι παράμετροι είναι το πορώδες, η πυκνότητα, η ηλεκτρική αντίσταση και η διαπερατότητα. Ιδιαίτερα θα εμβαθύνουμε και θα εξετάσουμε εν συνέχεια μια από τις προαναφερθείσες πετροφυσικούς παραμέτρους, το πορώδες ενός πετρώματος. Γενικά το πορώδες είναι ο λόγος του όγκου των κενών του εδάφους προς το συνολικό όγκο του. Με τον όρο όγκος των κενών εννοείτε το μέρος εκείνο από το συνολικό όγκο του εδάφους, που δεν καταλαμβάνεται από στερεούς κόκκους. Το πορώδες από μόνο του δεν μπορεί να μας δώσει πληροφορίες για την εκμετάλλευση ή μη του πηγαδιού που μας ενδιαφέρει. Όποτε θα πρέπει να μελετήσουμε τις καταγραφές που μετράνε το πορώδες και να 5

6 τις αναλύσουμε, οι οποίες είναι καταγραφές νετρονίων, πυκνότητας και οι ακουστικές καταγραφές. Ο συνδυασμός των τριών αυτών καταγραφών μας οδηγεί στον ακριβή προσδιορισμό των παραμέτρων και των χαρακτηριστικών που οδηγούν στην μέτρηση του πορώδες. Τέλος θα πρέπει να επισημάνουμε ότι πέρα από τις καταγραφές που αναφέραμε υπάρχουν αρκετές ακόμα που συντελούν στην εύρεση του πορώδες και απλά αναφέρονται στην εργασία, δεν έχουν ουσιαστική σημασία διότι η ανάλυση των παραπάνω τριών καταγραφών είναι αρκετή για να κατανοήσουμε την σπουδαιότητα της χρήσης των γεωφυσικών καταγραφών στην εξέλιξη μιας γεώτρησης και εξόρυξης ενός κοιτάσματος. 6

7 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Εκατομμύρια χρόνια πριν, από την δημιουργία του πλανήτη μας, η τεκτονική δραστηριότητα ξεκίνησε να μεταβάλει τον φλοιό της γης με αποτέλεσμα να αποστραγγίξει το λεπτότερο στρώμα του σημείου τήξεως των υλικών τα οποία συσσωρεύτηκαν στην επιφάνεια φτιάχνοντας τις Ηπείρους. Οπότε τα ιζηματογενή πετρώματα εξελίχθηκαν λόγω χημικών και μηχανικών μεταβολών. εξαιτίας της μακροχρόνιας έκθεσης τους στο περιβάλλον της γης. Σήμερα μια λεπτή επίστρωση από ιζηματογενή πετρώματα καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της επιφάνειας της γης. Ο σχηματισμός του πετρελαίου εντός αυτών των ιζηματογενών πετρωμάτων λαμβάνει χώρα από την αρχή της εξέλιξης του πλανήτη. Ένα μικρό ποσοστό των οργανικών υπολειμμάτων απέφυγε την οξείδωση εισχωρώντας κάτω από την επιφάνεια των πετρωμάτων. Αυτά τα υπολείμματα όταν συγκεντρώθηκαν σε επαρκείς ποσότητες και υποβλήθηκαν σε λογικά επίπεδα γεωθερμικής θέρμανσης και πίεσης σε ένα περιβάλλον χωρίς παρουσία οξυγόνου, εξελίχθηκαν ώστε να σχηματιστεί το πετρέλαιο. Έτσι, η δημιουργία των κοιτασμάτων οφείλεται στην κίνηση των ρευστών από μητρικά πετρώματα (μέσω των πόρων) στα διαπερατά αποθηκευτικά πετρώματα όπου συσσωρεύτηκαν και τελικώς παγιδεύτηκαν. Ένα μεγάλο ποσοστό κοιτασμάτων πετρελαίου εντοπίζεται σε ιζηματογενή πετρώματα. Η τοποθεσία των αποθεμάτων πετρελαίου απαιτεί κατανόηση της φύσης των πετρωμάτων, οπότε οι καταγραφές πηγαδιών είναι μια από τις πρωταρχικές πηγές τέτοιων δεδομένων. Έτσι οι καταγραφές πηγαδιών είναι ιδιαιτέρως χρήσιμες για την περιγραφή και τον χαρακτηρισμό των ιζηματογενών πετρωμάτων και του πορώδους. Οι καταγραφές πηγαδιών είναι μια θεμελιώδης μέθοδος ανάλυσης αφού μετράει τις φυσικές ιδιότητες του μητρικού πετρώματος και του πορώδους. Επίσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ώστε να παρέχουν δεδομένα που αποκτήθηκαν από εξέταση του πυρήνα πηγαδιών όπου μόνο με καταγραφές θα ήταν εφικτό. Αξιοποιώντας τα αποτελέσματα των καταγραφών όπως τις πετροφυσικές ιδιότητες είναι δυνατό να προσδιοριστεί για παράδειγμα το πορώδες το μέγεθος των σχιστόλιθων, το είδος των υδρογονανθράκων η 7

8 ποσότητα του νερού, η διαπερατότητα, η παρουσία πετρελαίου η αερίου, το υπόλειμμα του πετρελαίου που έχει διαποτιστεί και η ανίχνευση υπερπιεσμένων περιοχών. Η περιγραφή της μορφολογίας των αποθηκευτικών πετρωμάτων και οι ιδιότητες των ρευστών του τομέα που μελετάται σε ένα συγκεκριμένο πηγάδι είναι και ο κύριος στόχος κατά την ανάλυση των περισσοτέρων καταγραφών πηγαδιών. Έτσι ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα καταγραφών για μία περιοχή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ερευνητικό εργαλείο για να περιγράψει την μορφολογία την δομή και το περιβάλλον της απόθεσης. 1.2 Η ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Αρχικά, ας εξετάσουμε τι είναι πέτρωμα. Είναι συστατικό του στερεού φλοιού της γης που καταλαμβάνει συνήθως μεγάλη έκταση και έχει καθορισμένη και χαρακτηριστική μορφή, ορυκτολογική σύσταση και φυσικές ιδιότητες. Τα πετρώματα αποτελούνται από διάφορα ορυκτά. Υπάρχουν όμως και πετρώματα που αποτελούνται από ένα μόνο ορυκτό και οπότε λέγονται μονόμεικτα. Τα πετρώματα ανάλογα με τον τρόπο σχηματισμού τους χωρίζονται σε 3 μεγάλες κατηγορίες: τα πυριγενή, τα μεταμορφωσιγενή (ή κρυσταλλοσχιστώδη) και τα ιζηματογενή που μας ενδιαφέρουν άμεσα. Τα ιζηματογενή πετρώματα σχηματίζονται από καθίζηση υλικών που βρίσκονται διαλυμένα ή αιωρούνται μέσα σε ένα ρευστό μέσο (κυρίως μέσα στο νερό και πιο σπάνια στον αέρα). Η διεργασία σχηματισμού των ιζηματογενών πετρωμάτων περιλαμβάνει 4 στάδια: α) καταστροφή και αποσάθρωση του πετρώματος που υπάρχει, β) μεταφορά των προϊόντων της αποσαθρώσεως μακριά από το αρχικό πέτρωμα (το στάδιο αυτό μερικές φορές λείπει και η αποσάθρωση προχωρεί σε βάθος), γ) καθίζηση των υλικών που μεταφέρθηκαν, δ) συγκόλληση των υλικών που μεταφέρθηκαν και κατακάθισαν. Το στάδιο αυτό ονομάζεται διαγένεση. Τα ιζηματογενή πετρώματα χωρίζονται σε 3 ομάδες: μηχανικά ιζήματα, χημικά ιζήματα και βιογενή ιζήματα. Τα μηχανικά ιζήματα προέρχονται από καθίζηση υλικών που αιωρούνταν στο νερό ή στον 8

9 αέρα. Ανάλογα με το μέγεθος των κομματιών από τα οποία αποτελούνται, λέγονται ψηφίτες (κομματάκια μεγαλύτερα από 2 mm), ψαμμίτες (κομματάκια 2-0,02 mm) και πηλίτες (κομματάκια μικρότερα από 0,02 mm). Τα χημικά ιζήματα προέρχονται από καθίζηση διαλυμένων ουσιών λόγω εξατμίσεως του διαλυτικού μέσου που συνήθως είναι το νερό. Τα βιογενή ιζήματα σχηματίζονται με παρέμβαση του οργανικού κόσμου. Είναι δυνατό να διατηρούν ίχνη του οργανικού κόσμου όπως πετρέλαιο. 9

10 ΠΙΝΑΚΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ 1.1: Μηχανικά ιζήματα Υλικό που μεταφέρθηκε και βρίσκεται σε γωνιώδη μικρά κομμάτια Υλικό που μεταφέρθηκε και στρογγυλο -ποιήθηκε. Μεγάλα κομμάτια Υλικό που μεταφέρθηκε σε μεγάλη απόσταση και βρίσκεται σε μικρά κομμάτια Υλικό που μεταφέρθηκε και βρίσκεται σε πολύ μικρά κομμάτια Υλικό που προέκυψε από την αποσάθρωση πετρωμάτων και δεν μεταφέρθηκε Αργιλούχα Ψηφίτες Ψαμμίτες Αργιλούχοι Πηλίτες και Φωσφορούχα προϊόντα Ασύνδετα Κορήματα Ψηφίδες Λατύπες Κροκάλες Άμμος Σποδός Πηλός LΟSS Άργιλος - Λατερίτες Συμπαγή Λατυποπαγή Κροκαλοπαγή Ψαμμίτες (αργκύτης- γραουβάκης) Σποδίτες Αργιλικός σχιστόλιθος Βωξίτες Άργιλοι (terra rossa, Φωσφορίτες, Καολίνες, Μοντμοριλονίτες) 10

11 ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΠΙΝΑΚΑΣ 1.2: ΧΗΜΙΚΑ ΙΖΗΜΑΤΑ Ανθρακικά Ασβεστόλιθος Τραβερτίνης Ασβεστολιθικός Δολομίτης Αραγωνιτικός τόφφος Πυριτικά Γκενζερίτης Πυριτόλιθος Ιζήματα Mn και Fe Σιδηρομεταλλεύματα Μαγγάνιο Μεταλλεύματα Θεϊκά Γύψος Ανυδρίτης Χλωριούχα Ορυκτό αλάτι Συλβίνης Κααρναλίτης 11

12 ΠΙΝΑΚΑΣ 1.3: ΒΙΟΧΗΜΙΚΑ ΙΖΗΜΑΤΑ Ασύνδετα Συμπαγή Ασβεστιτικά ή Δολομιτικά Ασβεστολιθική ή Δολομιτική ιλύς Ασβεστόλιθος Δολομίτης Ραουβάκης Ασβεστολίθικος Τόφφος Μάργα Πυριτικά (χαλαζίας, οπάλιος, χαλκηδόνιος) Γη διατόμων Ιλύς ακτινοζώων Κερατόλιθος (φθανίτες, λυδίτες ραδιολαρίτες) Σπογγόλιθος Πυριτικός σχιστόλιθος Φωσφορούχα (φωσφορίτης) Αζωτούχα Φωσφορίτες Γκουανο Άνθρακες και Βιτουμένια Ορυκτοί Άνθρακες Πετρέλαια 12

13 Τα ιζηματογενή πετρώματα σχηματίσθηκαν πρωταρχικά από τα ορυκτά που ήταν σταθερά, κάτω από κανονικές πιέσεις και θερμοκρασίες. Τα ορυκτά συνδέονται συνήθως με πυριγενή πετρώματα που βρίσκονται υπό υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες ενώ παράλληλα εκεί βρίσκονται και ιζηματογενή πετρώματα. Από τα 2900 φυσικά ορυκτά που γνωρίζουμε, λιγότερα από 200 βρίσκονται σε ποσότητες επαρκείς ώστε να καταταχθούν ως πετρώματα. Από αυτά μόνο τα 24 χαρακτηρίζουν την πλειοψηφία των ιζηματογενών πετρωμάτων. Τα ιζηματογενή πετρώματα μπορούν να καταταχθούν ως μηχανικά εξαγώγιμα ή ως χημικά διαχωρισμένα πετρώματα. Τα χημικά διαχωρισμένα μπορούν να κατηγοριοποιηθούν περαιτέρω σε ανθρακικές ενώσεις και εβαπόριτες. (Σχήμα 1.2.1). ΣΧΗΜΑ 1.2.1: Διάγραμμα που εμφανίζει την προέλευση των ιζηματογενών πετρωμάτων. 13

14 Τα κλαστικά πετρώματα, οι σχιστόλιθοι (σχιστή άργιλος-shale)και οι αμμόλιθοι (ψαμμίτες-sandstone) είναι ιζήματα δημιουργημένα από ξεχωριστά σωματίδια άμμου που εναποτέθηκαν μηχανικά. Τα χαρακτηριστικά τους εξαρτώνται από τη σύνθεση των σωματιδίων, την ποσότητα, το μέγεθος, το σχήμα, την προσαρμογή στο περιβάλλον και την φύση των ρευστών που περιέχουν. Η τυπική ονομασία των κλαστικών πετρωμάτων δείχνει το παρόμοιο μέγεθός τους ή την παρόμοια δομή τους με τα σωματίδια άμμου. Για παράδειγμα, ένας συμπαγής σίλτης (siltstone), αποτελείται από κόκκους ίλεως ενώ ένας αμμόλιθος (sandstone) από κόκκους άμμου. Η δομή των κλαστικών πετρωμάτων καθορίζεται από το σχήμα και την ταξινόμηση των κόκκων. Το σχήμα των κόκκων είναι επηρεασμένο από την επίδραση του περιβάλλοντος δηλαδή από τη μεταφορά και την εναπόθεση. Ένας κόκκος ο οποίος έχει εναποτεθεί και μεταφερθεί πολλές φορές έχει κατά κανόνα πιο σφαιρικό σχήμα. Μεταγενέστεροι κόκκοι που βρίσκονται κοντά στο χώρο δημιουργίας τους έχουν σχήμα με περισσότερες γωνίες. Οι αμμόλιθοι που σχηματίσθηκαν σε υψηλό ενεργειακό περιβάλλον βρίσκονται ψηλά στην ταξινόμηση σε αντίθεση με άλλα πετρώματα που βρίσκονται χαμηλά λόγω του σχηματισμού τους σε χαμηλό ενεργειακό περιβάλλον. Η σύνθεση των αμμόλιθων είναι συνδεδεμένη με το κλίμα, την προέλευση και το περιβάλλον κατά την μεταφορά και εναπόθεση. Οι αμμόλιθοι συνήθως αποτελούνται από χαλαζία. Μεγάλος αριθμός αποτελείται από πυρίτιο ή θρύμματα χαλαζία, κόκκους ανθρακικών ενώσεων και αστρία. Ο αστρίας είναι το πιο άφθονο υλικό σε πυριγενή πετρώματα και μπορεί να αποτελεί το 40% των αμμόλιθων που βρίσκονται κοντά σε γρανίτες σε ξηρά κλίματα. Ένας μεγάλος αριθμός άλλων πετρωμάτων μπορεί να βρίσκεται σε μικρότερες ποσότητες (συνήθως λιγότερο από 1% του πετρώματος). Μερικά, όπως ο δολομίτης ο αιματίτης και ο σιδερίτης λειτουργούν ως «υποκατάστατα» του τσιμέντου. Ο ασβεστίτης επίσης συναντάτε ως «τσιμέντο» ή ως πέτρωμα. Οι δομές μπορεί να διαφέρουν από απλές συνθέσεις που βρέθηκαν ως γρανίτες έως στρογγυλεμένες, καλοσχηματισμένες και καλά επιστρωμένες από άμμο. Ένας ασβεστόλιθος είναι συνήθως καλυμμένος κατά 40% έως 60% από ίλη, σχιστή ή άμμο. Αν είναι καλυμμένος πάνω από 60% από άνθρακα, τότε θεωρείτε ασβεστόλιθος (κιμωλία). Κάτω από 40% συγκέντρωση άνθρακα σημαίνει ότι έχουμε δολομίτη. 14

15 Οι σχιστόλιθοι από την άλλη, είναι γενικά, πετρώματα που αποτελούνται κυρίως από άργιλο, μικρές ποσότητες χαλαζία, με λίγο αστρία και ως 20% οργανική ύλη. Επίσης η σύνθεση τους αποτελείται από ασβεστίτη και μικρές ποσότητες διοξειδίου του πυριτίου. Τα μεγάλα αποθέματα «πετρελαιοφόρων σχιστόλιθων» βρίσκονται κυρίως στην Γιούτα, στο Κολοράντο και στο Γουαϊόμινγκ. Τα αργιλώδη ορυκτά είναι ουσιαστικά ένυδρα άλατα αλουμινίου όπου το μαγνήσιο ή ο σίδηρος μπορεί να αντικαθιστούν το πυρίτιο στην δομή. Τα αργιλώδη ορυκτά έχουν προέλθει από την αποσάθρωση των ορυκτών με πυρίτιο από πυριγενή στρώματα. Το μέγεθος των σωματιδίων από την αποσάθρωση είναι της τάξης των 10 μικρών. Οι σχιστόλιθοι καταλαμβάνουν το 50 ως 60% των ιζηματογενών πετρωμάτων. Το μεγαλύτερο μέρος των αποθηκευμένων των σχιστόλιθων βρίσκεται κοντά σε παράκτιες περιοχές. Τα υπολείμματα εναποτίθενται ως λάσπη στον βυθό των ωκεανών ή ποταμών και σε ρήγματα. Το γκρίζο ή μαύρο χρώμα των σχιστόλιθων οφείλεται κυρίως στις οργανικές ουσίες τους. Οι κόκκινοι ή πράσινοι σχιστόλιθοι οφείλουν το χρώμα τους στις υψηλές περιεκτικότητες σε σίδηρο και τις σχετικά λίγες οργανικές ουσίες τους. Τέλος, κίτρινοι και καφέ σχιστόλιθοι έχουν παράλληλα χαμηλές περιεκτικότητες σε σίδηρο και οργανικές ουσίες. Οι σχιστόλιθοι έχουν χαμηλό πορώδες και εξαιρετικά χαμηλή διαπερατότητα. Συχνά έχουν παρακαμφθεί κατά τη διάρκεια γεωτρήσεων ακόμα και όταν έχουν βρεθεί υψηλές ποσότητες λάσπης. Ο σχιστόλιθος του Γούντφορντ στην Οκλαχόμα είναι ένα τυπικό δείγμα μαύρου και πλούσιο σε οργανικές ουσίες σχιστόλιθου που βρίσκεται σε κλίνες σκουρόχρωμου πυριτίου, χαλαζία, διοξειδίου του πυριτίου και λάσπης. Εκεί όπου σχετικά εύθραυστες ζώνες έχουν δημιουργήσει με φυσικό τρόπο ρήγματα, έχει βρεθεί αέριο καλής ποιότητας και κάποιες ποσότητες πετρελαίου. Οι ανθρακικές ενώσεις καταλαμβάνουν κατά προσέγγιση το 10% της στρωματογραφίας. Η σπουδαιότητα τους ως αποθηκευτικά πετρώματα δεν θα πρέπει να υποβαθμιστεί. Περίπου το 50% των συγκεντρώσεων ποσοτήτων υδρογονανθράκων βρίσκεται σε πετρώματα ανθρακικών ενώσεων. Αυτός ο συνδυασμός αραγονίτη και ασβεστίου περιέχει και ποσότητες μαγνησίου και δολομίτη. Τα πετρώματα που περιέχουν κυρίως ασβέστιο λέγονται ασβεστόλιθοι. 15

16 Οι ποσότητες των εβαπορίτων εναποτίθενται σε θαλάσσιες λεκάνες με μικρή όμως κυκλοφορία νερού. Οι κλίνες αλατιού ή ορυκτού άλατος υπερβαίνουν τα 3000 πόδια σε βάθος. Ο συλβίτης και άλλα άλατα βρίσκονται σε χαμηλότερα επίπεδα, αλλά είναι περισσότερο σημαντικά οικονομικά. Ο γύψος και ο ανυδρίτης είναι τα συνηθέστερα άλατα. Ο γύψος μεταβάλλεται σε ανυδρίτη λόγω της απώλειας του νερού κατά την αύξηση του βάθους ταφής. Έτσι τα αποθέματα είναι συχνά μαζί με σχιστόλιθους και ασβεστόλιθους ή δολομίτες. Ο ανυδρίτης μπορεί να κρυσταλλοποιηθεί απευθείας υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Τα ορυκτά με ποσότητες φωσφόρου βρίσκονται επίσης σε πετρώδη συμπλέγματα. Περιέχουν ανθρακικές ενώσεις και κλαστικά μίγματα. Συνήθως έχουν υψηλές ποσότητες σε οργανικές ουσίες και θεωρούνται ως μητρικά πετρώματα μεγάλων συγκεντρώσεων πετρελαίου. Μεγάλα αποθέματα χαλαζία έχουν βρεθεί σε θαλάσσιες λεκάνες από υπολείμματα μικροοργανισμών. Ο χαλαζίας βρίσκεται ως ίζημα στους σχιστόλιθους και στους ασβεστόλιθους. Ο χαλαζίας δεν είναι πορώδης και διαπερατός εκτός και αν είναι σπασμένος. Μια εξαίρεση είναι η ζώνη του Μισισιπή μεταξύ του Νότιου Κάνσας και της Βόρειας Οκλαχόμα ο οποίος είναι αποσαθρωμένο πέτρωμα με τιμές πορώδους 30-40% κατά τόπους. Η ζώνη αυτή είναι γενικώς σπασμένη και αποσαθρωμένη κάτι το οποίο αυξάνει τη διαπερατότητα. Οι διατομίτες-σχιστόλιθοι είναι συγκεντρώσεις λεπτών μονοκύτταρων μικροοργανισμών με διάφορες ποσότητες σχιστόλιθων. Αυτές οι αποθέσεις έχουν πολύ υψηλό πορώδες (25-60%) αλλά η διαπερατότητά τους είναι συγκριτικά χαμηλή. Αρκετά μεγάλοι παραγωγικοί ορίζοντες έχουν παρουσιαστεί στην Καλιφόρνια. 1.3 ΑΠΟΘΗΚΕΥΤΙΚΕΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Η αποθηκευτική ικανότητα οποιοδήποτε «ταμιευτήρα ρευστών» καθορίζεται ως το ποσοστό του χώρου που δεν καταλαμβάνεται από μητρικό πέτρωμα. Το ολικό πορώδες ορίζεται ως εξής: ή Φ= μέγεθος πορώδους/ολικό πορώδες Φ=1-μητρικό πέτρωμα/ολικός όγκος 16

17 Τα ιζηματογενή πετρώματα αποτελούνται από κόκκους στερεάς ύλης, διαφόρων μορφών, που είναι συγκολλημένοι μεταξύ τους λίγο έως πολύ και μεταξύ των οποίων υπάρχουν κενά διαστήματα (σχήμα 1.3.2). Αυτά τα κενά διαστήματα είναι εκείνα που έχουν τη δυνατότητα να περιέχουν αφενός και να επιτρέπουν να κυκλοφορούν αφετέρου, ρευστά όπως το νερό και οι αέριοι και οι υγροί φυσικοί υδρογονάνθρακες. Όταν συμβαίνει αυτό σε κάποιο πέτρωμα τότε το πέτρωμα αυτό χαρακτηρίζεται ως πορώδες και διαπερατό. Ας θεωρήσουμε ότι έχουμε ένα δείγμα πετρώματος με γεωμετρικό ή μη σχήμα, όπου: V t ο συνολικός (φαινόμενος) όγκος του δείγματος V p ο όγκος των κενών διαστημάτων (πόρων) μεταξύ των στερεών κόκκων V s ο όγκος των κόκκων (πραγματικός όγκος δείγματος) Το πορώδες του δείγματος ορίζεται ως ο λόγος του v p προς v t δηλαδή. Πορώδες = (όγκος πόρων/συνολικός όγκος) = = [(συνολικός όγκος-όγκος στερεού)/συνολικός όγκος] Το πορώδες γενικά συμβολίζεται με τα σύμβολα Ø & f και εκφράζεται σε % ή ως κλάσμα. Ø = (v p /v t )*100 = [(v t -v s )/v t ]*100 Σχήμα 1.3.1: Ιζηματογενή πετρώματα. 17

18 Σχήμα 1.3.2: Φωτογραφία πορώδους όπως αυτό φαίνεται υπό μεγέθυνση σε μικροσκόπιο. Σχήμα 1.3.3: Πορώδη διαστήματα όπως φαίνονται στο μικροσκόπιο. 18

19 Το πορώδες διακρίνεται σε ωφέλιμο ή ενεργό πορώδες και σε απομονωμένο ή υπολειμματικό πορώδες (σχήμα 1.3.4). Σχήμα 1.3.4: Διαχωρισμός πορώδους. Το ωφέλιμο πορώδες καθορίζεται από τα συνδεόμενα μεταξύ τους κενά διαστήματα και είναι ίσο με τον λόγω των πόρων αυτών προς το συνολικό όγκο, ενώ το απομονωμένο πορώδες καθορίζεται από τα διαστήματα που είναι τελείως σφραγισμένα-απομονωμένα από τους άλλους χώρους, επειδή δεν υπάρχουν πόροι-αγωγοί που να συνδέουν τις ξεχωριστές αυτές κοιλότητες της ορυκτής στερεάς ύλης. Συνεπώς το συνολικό πορώδες είναι ίσο με το άθροισμα του ωφέλιμου και του απομονωμένου πορώδους. Το τμήμα εκείνο των πορωδών διαστημάτων που επιτρέπει τη ροή των ρευστών είναι το μόνο που συμβάλλει στη δυνατότητα διαρροής του πετρώματος ενώ οι νεκρές απολήξεις (σχήμα 1.3.4) δεν αποτελούν πόρους αγωγούς αλλά ενεργούν απλώς σαν κενοί χώροι. Γενικά είναι αναγκαίο να γνωρίζει κανείς, ότι η διάκριση των διαφόρων ειδών του πορώδους δεν είναι τίποτε περισσότερο από μια 19

20 προσπάθεια εισαγωγής μιας τεχνητής ταξινομήσεως στη δυσνόητη και πολύπλοκη γεωμετρία των πορωδών διαστημάτων των πετρωμάτων. Στα ιζηματογενή πετρώματα διαπιστώθηκαν και διακρίνονται δύο ξεχωριστοί τύποι πορωδών διαστημάτων. Οι τύποι αυτοί είναι: 1. Το πρωτογενές ή διάκοκκο (intergranular) πορώδες και 2. Το δευτερογενές ή ενδιάμεσο πορώδες. Το πορώδες αυτό ονομάζεται μερικές φορές και «πρωταρχικό πορώδες», επειδή είναι ένα χαρακτηριστικό που ενυπάρχει στο πέτρωμα και δημιουργείται όταν αποτίθεται το ίζημα. Ένας ψαμμίτης είναι ένα διαπερατό πέτρωμα που έχει πρωτογενές πορώδες. Παραδείγματα ολιγότερων διαπερατών πετρωμάτων είναι οι άργιλοι, η κρητίς και τα κρυσταλλικά πετρώματα. Ο χαρακτήρας του πρωτογενούς πορώδους καθορίζεται από την κατανομή και το σχήμα των πόρων, τον βαθμό των μεταξύ των εσωτερικής διασυνδέσεως και τη διανομή των στην μονάδα του ιζηματογενούς πετρώματος. Ο όρος «packing» «διάταξη» αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο οι κόκκοι ενός κλασικού πετρώματος είναι διαταγμένοι ο ένας σε σχέση με τους άλλους. Το πρωτογενές πορώδες ενός πετρώματος εξαρτάται σημαντικά από τα χαρακτηριστικά της «διατάξεώς» του, τα οποία με τη σειρά τους εξαρτώνται σημαντικά από την ομοιομορφία ή την έλλειψη ομοιομορφίας στο μέγεθος των κόκκων. Αν όλοι οι κόκκοι σε έναν ψαμμίτη ήσαν τέλειες και ισομεγέθεις σφαίρες το πορώδες θα κυμαινόταν από 47.6%, εφόσον οι σφαίρες ήσαν διαταγμένες κυβικά, έως 25.9%, εφόσον οι σφαίρες ήσαν διαταγμένες ρομβοεδρικά, με μισή τιμή 36.7% (Σχήμα 1.3.5). Το πορώδες συνόλων από σφαίρες που είναι διαταγμένες με τον ίδιο τρόπο είναι θεωρητικά ανεξάρτητο από το μέγεθος των σφαιρών, με την προϋπόθεση ότι όλες οι σφαίρες κάθε συνόλου έχουν το ίδιο μέγεθος. Κατά συνέπεια ένας ψαμμίτης που αποτελείται από ομοιόμορφους σφαιρικούς κόκκους θα έχει το ίδιο πορώδες με ένα άλλο ψαμμίτη που αποτελείται και αυτός από ομοιόμορφους μικρότερους όμως σφαιρικούς κόκκους, με τη προϋπόθεση ότι είναι ίδιος ο τρόπος διατάξεως των κόκκων και στους δύο. Η ομοιομορφία στο μέγεθος των κόκκων σε κλαστικά πετρώματα-ταμιευτήρες δεν είναι ποτέ πλήρης, πάντως, όπως προκύπτει από το πορώδες ενός μέσου ψαμμίτου, είναι περίπου 20%. 20

21 Σχήμα 1.3.5: Διάφορες διατάξεις των κόκκων σε έναν ψαμμίτη. Τα κενά που σχηματίζονται μεταξύ των μεγαλύτερων κόκκων γεμίζουν από μικρότερους κόκκους ή ορυκτή κόλλα. Το πέτρωμα που προκύπτει καταλαμβάνει τον ελάχιστο χώρο, όταν οι συνθήκες αποθέσεως είναι κανονικές, δηλαδή όταν έχουμε δράση κυμάτων και ρευμάτων, που ταξινομούν τους κόκκους και τους διατάσσουν με την πιο συνεκτική «διάταξη» η οποία μπορεί να υπάρξει για κάθε συνδυασμό μεγέθους και σχήματος των αποτιθέμενων κόκκων. Η μεγαλύτερη προσέγγιση της ομοιομορφίας του μεγέθους των κόκκων στο 100% εμφανίζεται στα κλαστικά πετρώματα και οφείλεται σε καλά ταξινομημένους και αποστρογγυλευμένους κόκκους άμμου ή σε ωόλιθους. Οι κόκκοι των λεπτόκοκκων κλαστικών πετρωμάτων είναι γενικά ολιγότερο καλά αποστρογγυλευμένοι από όσο οι κόκκοι των χονδρόκοκκων υλικών, επειδή οι φυσικές δράσεις που προκαλούν την στρογγύλευση δεν είναι αποτελεσματικές στα πολύ μικρά μόρια των υλικών που αποτίθενται. Σε πετρώματα με ομοιόμορφο μέγεθος κόκκων το πορώδες είναι τόσο μεγαλύτερο όσο μικρότεροι είναι οι κόκκοι επειδή, παράγοντες όπως τριβή, συγκόλληση και σύζευξη που επηρεάζουν το πορώδες δρουν εντονότερα σε μικρότερους κόκκους εξ αιτίας του μεγαλύτερου εμβαδού της επιφανείας των πορωδών διαστημάτων σε σχέση με τον όγκο ή την μάζα του πετρώματος. Το σχήμα των κόκκων των κλαστικών πετρωμάτων ποικίλει συνήθως από στρογγυλό μέχρι γωνιώδες και μέχρι πεπλατυσμένο και φυλλοειδές (όπως της μίκας). Το μέγεθος των κόκκων κυμαίνεται από χονδρό έως λεπτό και κολλοειδές και η ποσότητα του συγκολλητικού υλικού μεταξύ των κόκκων εμφανίζει ένα μεγάλο φάσμα ποσοστών συμμετοχής στο πέτρωμα. 21

22 Συνεπώς το πορώδες ενός μέσου κλαστικού πετρώματος είναι το αποτέλεσμα ενός συνδυασμού πολλών μεταβλητών όπως το μέγεθος και το σχήμα των κόκκων, η ταξινόμηση και η διάταξη των κόκκων και ο χαρακτήρας και η ποσότητα της ορυκτής κόλλας. Το πορώδες ελαττώνεται γρήγορα με την προσθήκη πολύ λεπτόκοκκου υλικού το οποίο γεμίζει τα ενδιάμεσα κενά, Πολλές από τις μικρότερες μεταβολές στο πορώδες και η διαπερατότητα που συνήθως συναντώνται στο μέσο κλαστικό πέτρωμα-ταμιευτήρα είναι αποτέλεσμα αλλαγών στο περιβάλλον αποθέσεως στις οποίες οι κόκκοι των ορυκτών είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι. Το πορώδες των περισσοτέρων ψαμμιτικών πετρωμάτων - ταμιευτήρων είναι κυρίως πρωτογενείς. Όπου το πορώδες είναι εξαιρετικά υψηλό, οι κόκκοι της άμμου είναι συχνά χαλαροί και ασύνδετοι και μπορεί να ανέλθουν με το πετρέλαιο, μερικές φορές μάλιστα σε μεγάλες ποσότητες. Σαν παράδειγμα αναφέρεται ότι οι χαλαροί κόκκοι άμμου που ήλθαν στην επιφάνεια με το πετρέλαιο από τον σχηματισμό «WILCOX» (ορδοβίσιο) σε πεδίο πετρελαίου της πολιτείας Οκλαχόμα έδωσαν με τη συνεκτικότερη διάταξη πορώδες 30%, ενώ συμπαγείς-διαγενημένοι πυρήνες (καρότα) από το ίδιο πεδίο εμφανίζουν μέση τιμή πορώδους περίπου 16%. Εξαιρετικά χαμηλό πορώδες οφείλεται σε ακάθαρτη άμμο, σε ακανόνιστο μέγεθος κόκκων και σε υψηλό ποσοστό ορυκτής ύλης και μερικές φορές σε τέλεια συγκόλληση των συστατικών με SiO 2, με CaCO 3 ή MgCO 3. Οι συνθήκες που επηρεάζουν τη διαπερατότητα διαφέρουν σημαντικά από αυτές που επηρεάζουν το πορώδες. Μερικές από τις γεωλογικές συνθήκες που επιδρούν στη διαπερατότητα των πετρωμάτωνταμιευτήρων, σε δυναμική κατάσταση, είναι: 1.Θερμοκρασία Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί ελάττωση του ιξώδους το οποίο επηρεάζει αντιστρόφως ανάλογα τη διαπερατότητα. 2.Υδραβλική βάθμωση Η παροχή ενός ρευστού είναι ευθέως ανάλογη προς τη βάθμωση της υδραυλικής πιέσεως. Όλα τα πετρώματα είναι πιθανόν να συμπεριφερθούν σαν διαπερατά σε κάποιο βαθμό αν η διαφορά πιέσεως είναι αρκετά υψηλή και το ιξώδες των ρευστών αρκετά χαμηλό. Ενδιαφέρον εμφανίζουν κυρίως οι χαμηλές βαθμώσεις οι περισσότερες 22

23 από τις οποίες παίρνουν τιμές μικρότερες από 50 psi/mile και μερικές υπερβαίνουν τα 500 psi/mile. 3. Σχήμα και διάταξη κόκκων Έχει βρεθεί ότι η διαπερατότητα σε κόκκους διαφόρων μεγεθών αυξάνεται όταν τα σχήματα των κόκκων απομακρύνονται από εκείνο των τέλειων σφαιρών. Έτσι η διαπερατότητα μίας άμμου, που αποτελείται από γωνιώδες κόκκους είναι μεγαλύτερη κατά πολύ από αυτή της άμμου που αποτελείται από σφαιρικούς κόκκους του ιδίου περίπου μεγέθους, επειδή οι γωνιώδεις κόκκοι έχουν διαταχθεί χαλαρά και επίσης επειδή αυξάνεται το γεφύρωμα. Σχήμα 1.3.6: κόκκων. Πορώδη ανάλογα με την κατανομή του μέγεθος των Οι άμμοι με καθαρή συμμετρική κατανομή του μεγέθους και μέγιστο των κόκκων (α) εμφανίζουν υψηλά πορώδη. Οι άμμοι με ασύμμετρη κατανομή του μεγέθους των κόκκων, αύξουσα (β) ή φθίνουσα (γ) εμφανίζουν χαμηλά πορώδη. (σχήμα 1.3.6) Τα πετρώματα που αποτελούνται κυρίως από επίπεδα μέρη μορφής μίκας και από βελονοειδείς κρυστάλλους που διατάσσονται χαλαρά, έχουν υψηλό πορώδες και γενικά μια πιθανότητα να έχουν υψηλή διαπερατότητα. Η ελάττωση του μεγέθους των κόκκων εξάλλου αυξάνει το πορώδες όμως οι σχετικές διαπερατότητες είναι χαμηλότερες εξαιτίας της μεγαλύτερης καμπυλότητας-στροφικότητας των οδών των υψηλότερων 23

24 τριχοειδών πιέσεων και του υψηλότερου κορεσμού σε ύδωρ διαβροχής που προκύπτει σαν αποτέλεσμα. 1.4 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΩΝ (ΠΑΓΙΔΕΣ) Η διαμόρφωση των πετρελαιοφόρων κοιτασμάτων δηλαδή το σχήμα η δυνατότητα και η διάταξη του χώρου των πορωδών πετρωμάτων εμπλουτισμένα πετρελαίου εξαρτάται από τη σύνθεση της στρωματογραφικής σειράς και από την τεκτονική. Όλες οι γεωλογικές θέσεις που δίνουν τόπο σε συγκεντρώσεις πετρελαίου οποιαδήποτε και να είναι τα χαρακτηριστικά τους ονομάζονται πετρελαιοφόρες παγίδες (TRAPS). Οι παγίδες χωρίζονται σε στρωματογραφικές, τεκτονικές και σε συνδυασμό. Οι μεν τεκτονικές παγίδες περιλαμβάνουν σύγκλινα αντίκλινα και ρήγματα. Οι δε στρωματογραφικές παγίδες παρουσιάζουν πολλές παραλλαγές. Η παρουσία θρυμματισμένων ασβεστόλιθων εντός αδιαπέραστων σχιστόλιθων είναι ένα παράδειγμα στρωματογραφικής παγίδας. Σε μερικές περιπτώσεις επικλινή πετρώματα έχουν φθάσει στην επιφάνια μέσω από αδιαπέραστα πετρώματα που ανήκουν σε στρωματογραφικές παγίδες. 1.5 ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ Είναι η ιδιότητα ενός σώματος να διαπερνιέται από το νερό. Διαπερατά θεωρούμε τα πετρώματα που αφήνουν το νερό να περάσει μέσα από τους πόρους τους ή τις ρωγμές τους. Από το μέγεθος των πόρων και των ρωγμών εξαρτάται η διαπερατότητα ενός πετρώματος. Όταν αυτά έχουν διαστάσεις πάνω από ένα μικρό (μ) τότε το πέτρωμα θεωρείται διαπερατό. Για τον λόγω αυτόν όταν μια ποσότητα άμμου που είναι τελείως διαπερατή, αναμειχτεί με μια συγκολλητική ουσία, το πέτρωμα που θα σχηματισθεί με το πέρασμα του χρόνου δεν θα παρουσιάζει καθόλου διαπερατότητα, γιατί οι πόροι που σχηματίζονται από τα κενά που άφηναν οι κόκκοι της άμμου έχουν πια γεμίσει με συγκολλητική ουσία. Είναι δυνατόν ένα πέτρωμα να έχει υψηλό πορώδες και καθόλου διαπερατότητα, αλλά ένα τέτοιο πέτρωμα δεν θα δώσει καμία παραγωγή πετρελαίου. 24

25 Βασισμένος σε τεστ ροής ο DARCY καθορίζει την τιμή της διαπερατότητας Κ, που εκφράζεται από την εξίσωση: Κ=Qμ/Α(ΔΡ/L) Όπου: Q=παροχή ανά μονάδα χρόνου μ =ιξώδες Α =διατομή πετρώματος L =μήκος πορώδους ΔΡ =διαφορική πίεση (υποπίεση) Η μονάδα της διαπερατότητας είναι το DARCY, και το md (1000 μιλιντάρσι). Εξ ορισμού, ένα πορώδες πέτρωμα παρουσιάζει διαπερατότητα ενός D όταν ένα ρευστό ιξώδους ενός cp (ιξώδους νερού στους 68 ο f ) το οποίο γεμίζει έναν ολόκληρο πόρο, αρχίζει να ρέει διαμέσου του, κάτω από την τιμή του ιξώδους σε βαθμό 1cm 3 /sec ανά ένα cm 2 της διατομής υπό πίεση latm /cm. Είναι πιθανό διάφορα πετρώματα να παρουσιάζουν διάφορες τιμές διαπερατότητας (σχήμα 1.5.1). Σχήμα Υψηλή και χαμηλή διαπερατότητα. Ένας πρακτικός κανόνας μέτρησης και ταξινόμησης της διαπερατότητας είναι μικρή Κ = <1 ως 15 md μέτρια Κ = 15 ως 50 md, καλή Κ = 50 ως 250 md, πολύ καλή Κ = 250 ως 1000 md, τέλεια Κ = πάνω από 1 D. Αν δεν υπολογιστεί η διαπερατότητα ενός στρώματος αποθήκευσης πετρελαίου είναι αδύνατον να εκτιμηθεί η πιθανή αναλογία του περιεχομένου του πετρελαίου ή να εφαρμοσθεί η πιο συμφέρουσα μέθοδος παραγωγής. 25

26 Επίσης ένα πέτρωμα που σε μια ορισμένη χρονική περίοδο είναι αδιαπέραστο, μπορεί σιγά - σιγά με το πέρασμα του χρόνου και με την δράση φυσικών, χημικών και βιολογικών παραγόντων, να μετατραπεί σε διαπερατό. Τέτοιο παράδειγμα παρουσιάζεται στην φύση με την περίπτωση των ασβεστόλιθων. Η διαπερατότητα ενδιαφέρει την γεωλογία στην περίπτωση της μελέτης υπογείων εδαφικών στρωμάτων. Γιατί έτσι ξέρουμε μέχρι πιο σημείο κατεβαίνουν τα ατμοσφαιρικά κατακρημνίσματα. Φτάνοντας ως το σημείο αυτό τα παραλαβαίνουμε και τα αξιοποιούμε. 1.6 ΑΠΟΛΥΤΗ ΕΝΕΡΓΗ ΚΑΙ ΣΧΕΤΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟ- ΤΗΤΑ Με μεγάλη επιφύλαξη, κάθε συγκεκριμένο δείγμα πετρώματος χαρακτηρίζεται από μια τιμή διαπερατότητας, ανεξάρτητα αν έχει χρησιμοποιηθεί νερό ή αέριο κατά την μέτρηση. Παρέχοντας μόνο ένα δείγμα όπως νερό, πετρέλαιο ή αέριο μέσα στο πέτρωμα, μπορεί να φανεί η απόλυτη διαπερατότητα. Παρόλα αυτά, από την στιγμή που τα αποθέματα πετρελαίου περιέχουν αέριο και νερό, η ενεργή διαπερατότητα (Κ g, K o, K w ) πρέπει να λαμβάνεται υπόψη. Η ενεργή διαπερατότητα είναι η διαπερατότητα του πετρώματος που μετράτε όταν υπάρχει ρευστό ανάμεσα στα κενά των κόκκων. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι το μέτρο της ενεργής διαπερατότητας είναι πάντα μικρότερο από αυτό της απόλυτης. Αυτό οφείλεται στην ταυτόχρονη ανάμιξη των ροών περισσοτέρων από ενός ρευστών. Όταν έχουμε να κάνουμε με τη ροή περισσοτέρων από ενός ρευστών διαμέσου ενός αποθηκευτικού πετρώματος πρέπει να υπολογίζουμε και την σχετική διαπερατότητα (k rg, k ro, k kw ). Η σχετική διαπερατότητα καθορίζεται ως ο λόγος της ενεργής διαπερατότητας προς την απόλυτη διαπερατότητα ενός ρευστού που διέρχεται μέσα από ένα πέτρωμα. Σχετική διαπερατότητα = ενεργή διαπερατότητα/απόλυτη διαπερατότητα Το πορώδες χρησιμοποιείτε συνήθως για τον υπολογισμό των δυνατοτήτων της παραγωγής. Είναι φανερό, ότι εκτός από τη σχέση πορώδους και διαπερατότητας αυτή η μέθοδος έχει μεγάλο ρίσκο. 26

27 Η μεγάλη σημασία της παρουσίας των αργιλωδών πετρωμάτων ως σημάδι διαπερατότητας συχνά σχετίζεται όχι μόνο με την αφθονία τους αλλά και με την σύσταση του πορώδους τους (ειδικά της αλμυρότητας). Σε έναν απείραχτο αμμόλιθο, τα αργιλώδη πετρώματα επικαλύπτουν ή προσκολλώνται πάνω στους κόκκους μειώνοντας τα διάκενα των πόρων. Αν αυτά τα πετρώματα εξαπλωθούν, λόγω αλλαγών στη χημική σύσταση του πορώδους, εισβολή λάσπης ή περάσουν μέσα από τα κανάλια και φράξουν τους πόρους, τότε θα υπάρξει μείωση της διαπερατότητας. Υπάρχουν αρκετοί μέθοδοι καθορισμού της διαπερατότητας των αποθηκευτικών πετρωμάτων. Δύο συνηθισμένες μέθοδοι είναι του Timur και των Morris & Biggs. Εξίσωση Timur: K (md) = (Φ 4,4 / S wi 2 ) όπου: Φ και S wi εκφράζονται % Εξίσωση Morris & Biggs: Κ (md) = (CΦ 3 / S wi ) 2 όπου: C: 250 για πετρέλαιο 80 για αέριο Φ και S wi εκφράζονται ως κλάσμα. Στα σχήματα και φαίνονται σε διαγράμματα αυτές οι εξισώσεις. 27

28 Σχήμα 1.6.1: Εκτίμηση διαπερατότητας ενός αποθηκευτικού πετρώματος από δεδομένα καταγραφών. (Εξίσωση Timur). 28

29 Σχήμα 1.6.2: Εκτίμηση διαπερατότητας ενός αποθηκευτικού πετρώματος από δεδομένα καταγραφών. (Εξίσωση Morris & Biggs). 29

30 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΕΙΔΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Για τον υπολογισμό του πορώδους μια σημαντική παράμετρος που θα πρέπει να υπολογίσουμε είναι η ειδική αντίσταση που είναι μια σπουδαία ιδιότητα των πετρωμάτων. Ξέρουμε πως η ειδική αντίσταση «εξαρτάται από το υλικό του αγωγού». Αυτή η εξάρτηση καθορίζεται από την ειδική αντίσταση (Ρt) του υλικού, η οποία ισούται αριθμητικά με την αντίσταση αγωγού του ίδιου υλικού σε σχήμα κύβου με πλευρά ένα μέτρο, όταν το ρεύμα μπαίνει από τη μια πλευρά και βγαίνει από την απέναντι. Ο νόμος του ohm (Ωμ) συσχετίζεται με τις αιτίες και τα αποτελέσματα στη δίοδο του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από έναν αγωγό ή αλλιώς της ηλεκτρικής ροής μέσω ενός υλικού και εκφράζεται ως εξής: όπου: r = ε / i r = αντίσταση (ohm) ε = τάση (volt) i = ισχύς (Amper) Η ειδική αντίσταση μετράει την τιμή της έντασης ενός υλικού R = r * A /L όπου: R = ειδική αντίσταση Α = διατομή r = αντίσταση L = μήκος Μετρήσιμη είναι η αντίσταση συγκεκριμένης ισχύος. Η μέτρηση λοιπόν της ισχύος γίνετε με ένα όργανο οπότε η μέτρηση εκφράζεται ως μέρη της ειδικής αντίστασης. Το νερό είναι ηλεκτρικά αγώγιμο ενώ οι κόκκοι άμμου και οι υδρογονάνθρακες είναι μονωτικά. 30

31 2.2 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΡΕΥΣΤΩΝ Οι αλλαγές στην ειδική αντίσταση των πόρων και των διαπερατών κλινών ανάμεσα στις τρύπες των φρεατίων και τις παρθένες ζώνες, επηρεάζουν τις καταγραφές ηλεκτρικών αντιστάσεων. Παρακάτω παριστάνεται η εισβολή κατ6άτη διάρκεια της γεώτρησης. Το βάθος αυτής της εισβολής οφείλεται στον πολφό. Γενικά, σχηματισμοί με χαμηλό πορώδες εισβάλουν βαθύτερα από τους σχηματισμούς με υψηλό πορώδες. Αυτός είναι ο γενικός κανόνας που όμως αρκετές φορές έχει εξαιρέσεις. Στο σχήμα φαίνονται τα σύμβολα και η ορολογία που χρησιμοποιείται. Σχήμα 2.2.1: Παράμετροι σχηματισμού. 31

32 Οι περιοχές κοντά στο φρεάτιο δημιουργήθηκαν από το φιλτράρισμα της λάσπης που πέρναγε από εκεί κατά την διάρκεια της εισβολής. Ο διαποτισμός των υδρογονανθράκων σε αυτές τις περιοχές είναι ελάχιστος και όλοι οι σχηματισμοί υδάτων έχουν αντικατασταθεί από λάσπη. Η περιοχή όπου έχει γίνει αυτή η εισβολή είναι το τμήμα του σχηματισμού που έχει διαπεραστεί από τον γεωτρητικό πολφό. (Σχήμα 2.2.2). Σχήμα 2.2.2: Όλα τα είδη κορεσμού / ειδικής αντίστασης που ταιριάζουν σε αυτό το μοντέλο. Ο κορεσμός σε νερό ποικίλει από ζώνη σε ζώνη. Είναι δηλαδή διαφορετικός στην επηρεασμένη ζώνη, κοντά στα τοιχώματα της γεώτρησης και άλλος πηγαίνοντας στην ουδέτερη ζώνη. Σε μια ζώνη νερού δεν υπάρχει διαφορά στον κορεσμό, παρά μόνο στην ειδική αντίσταση και στην αλατότητα. Στη ζώνη των υδρογονανθράκων ο κορεσμός μειώνεται κοντά στην περιοχή του φρεατίου αλλά αυξάνεται στην ουδέτερη ζώνη ως τους ανεπηρέαστους σχηματισμούς (ανεπηρέαστη ζώνη). Αυτές οι αλλαγές στον κορεσμό του νερού σε συνδυασμό με τις αλλαγές στην ειδική αντίσταση των ρευστών που γεμίζουν τους πόρους, δημιουργούν τον ορισμό της ειδικής αντίστασης. 32

33 Σε φρέσκους πολφούς, η ειδική αντίσταση είναι συνήθως υψηλότερη από αυτή του νερού. Σε μια ζώνη νερού, η ειδική αντίσταση είναι υψηλότερη κοντά στο φρεάτιο (R wf > Rw). Σε μια περιοχή υδρογονανθράκων, με φρέσκο πολφό, η ειδική αντίσταση πίσω από το φρεάτιο μπορεί να είναι υψηλότερη ή χαμηλότερη ανάλογα με τον κορεσμό και την ειδική αντίσταση του νερού. Στο σχήμα φαίνονται η εισβολή, το σχετικό βάθος και οι καμπύλες της μεσαίας και ρηχής ειδικής αντίστασης. Η καμπύλη της ρηχής ειδικής αντίστασης αναφέρεται κυρίως στην περιοχή κοντά στο φρεάτιο, της μεσαίας στην περιοχή της μετάβασης και της βαθιάς κυρίως στην αδιατάραχτη περιοχή. Σχήμα 2.2.3: Σχηματική ανταπόκριση της ειδικής αντίστασης. D =βαθιά, M =μεσαία, S =ρηχή. Με πολφό αλμυρού νερού η επηρεασμένη ζώνη έχει κανονικά χαμηλότερη ειδική αντίσταση. Στην ανεπηρέαστη ζώνη, η ειδική αντίσταση είναι η ίδια ή υψηλότερη αν ο σχηματισμός έχει ίδια ή υψηλότερη ειδική αντίσταση νερού. Η ανεπηρέαστη ζώνη, θα έχει υψηλότερη ειδική αντίσταση αν υπάρχουν υδρογονάνθρακες. 33

34 2.3 ΤΥΠΟΣ ΒΑΘΜΙΔΑΣ ΕΙΣΒΟΛΗΣ Ο τύπος βαθμίδας εισβολής δείχνει την απλούστατη γεωμετρία μεταξύ του πολφού που εισβάλει και του αδιατάραχτου σχηματισμού. Αυτός ο τύπος εισβολής θεωρείται ως μια κυλινδρική επιφάνεια κινούμενη πλευρικά σε ένα πορώδη, διαπερατό και ομογενή σχηματισμό που έχει ειδική αντίσταση R χο στη ζώνη εισβολής, εκτείνεται στην επιφάνεια d i και φτάνει σε μια ανεπηρέαστη ζώνη με ειδική αντίσταση R t. Στο σχήμα φαίνεται σχηματικά ένα διάγραμμα αυτού του τύπου εισβολής. Σχήμα 2.3.1: Τύπος βαθμίδας εισβολής. 34

35 2.4 ΤΥΠΟΣ ΜΕΤΑΒΑΣΗΣ Ο τύπος μετάβασης της εισβολής δείχνει ότι μπορεί να υπάρχει μια ουδέτερη ζώνη μεταξύ της επηρεασμένης ζώνης, από τα ρευστά του πολφού, ενός πορώδους, διαπερατού και ομογενής σχηματισμού και της ανεπηρέαστης ζώνης. Ο κορεσμός στην ουδέτερη ζώνη φαίνεται να συνδέεται γραμμικά με την επηρεασμένη ζώνη και τον ανεπηρέαστο σχηματισμό (Σχήμα 2.4.1). Σχήμα 2.4.1: Τύπος μετάβασης. 35

36 Το μήκος αυτής της περιοχής εξαρτάται από τον τύπο του σχηματισμού, το βαθμό της εισβολής του πολφού και τον χρόνο που ο σχηματισμός είχε εκτεθεί κατά την εισβολή του ρευστού. 2.5 ΔΑΚΤΥΛΙΟΕΙΔΗΣ ΤΥΠΟΣ Είναι δυνατό κατά την εισβολή πολφού σε έναν σχηματισμό υδρογονανθράκων να σχηματιστεί μια περιοχή με νερό που θα βρίσκεται μπροστά από την περιοχή εισβολής. Έτσι πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η αντίδραση των συσκευών των καταγραφών για αυτόν τον τύπο εισβολής. Αυτός ο τύπος εισβολής συνήθως αναφέρεται σε ζώνες χαμηλής ειδικής αντίστασης ή δακτυλιοειδούς τύπου, όπου η ύπαρξη τους είναι μια απόδειξη της κινητικότητας των υδρογονανθράκων. Οι συσκευές που εισάγονται για μετρήσεις, επηρεάζονται σε έναν μεγάλο βαθμό σε περιοχές χαμηλής ειδικής αντίστασης. Μια περιοχή χαμηλής ειδικής αντίστασης επηρεάζει περισσότερο μια συσκευή μέτρησης της ειδικής αντίστασης μεσαίου βάθους. Υπολογισμοί δείχνουν ότι σε περίπτωση ρηχών περιοχών, με την είσοδο συσκευών μέτρησης μεσαίου βάθους, βρίσκουμε χαμηλότερη ειδική αντίσταση από όταν χρησιμοποιήσουμε συσκευές μεγάλου βάθους, όταν ο λόγος R xo / R t είναι μικρότερος από 5. Όταν ο λόγος αυτός είναι μεγαλύτερος από 5 ή υπάρχει βαθύτερη εισχώρηση, το φαινόμενο αυτό μειώνεται και η καμπύλη της μεσαίας μέτρησης τείνει να γίνει ίση ή μεγαλύτερη της καμπύλης βαθιάς εισχώρησης. Υπολογισμοί επίσης δείχνουν ότι οι καμπύλες βαθιών εισχωρήσεων επηρεάζονται ελάχιστα από το δακτύλιο και η τιμή της ειδικής αντίστασης είναι κάτω από 10 % για τον λόγο R xo / R t 3-5 και κάτω από 5% για λόγο πάνω από 5. Στο σχήμα φαίνεται η ειδική αντίσταση δακτυλιοειδούς τύπου. 36

37 Σχήμα 2.4.2: Δακτυλιοειδής τύπος εισβολής. 37

38 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΚΟΥΣΤΙΚΕΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ (ΑCOUSTILOG) Πρόκειται για την πιο απλή μέθοδο ακουστικών διασκοπήσεων που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των συναρτήσεων των χρόνων διαδρομής, της ταχύτητας και του βάθους. Με αυτόν τον τρόπο δηλαδή μπορούμε να μετρήσουμε το βάθος ανά τον χρόνο (Δt) σε microseconds που θα χρειάζεται ένα ηχητικό κύμα να διατρέξει ένα πόδι (ft) σχηματισμού. Το Δt σχετίζεται με την ταχύτητα V (ft/sec) του ηχητικού κύματος ως εξής: Δt = 10 / V Ο μέσος χρόνος διαδρομής (Δt) είναι σε συνάρτηση με την λιθολογία και το πορώδες του σχηματισμού. 3.2 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΠΟΡΩΔΟΥΣ Συγκεκριμένοι χρόνοι ακουστικών μεθόδων σχετίζονται με το πορώδες των υπόγειων σχηματισμών. Η ταχύτητα διέλευσης ενός ηχητικού κύματος διαμέσου ενός σχηματισμού επηρεάζεται από τη στερεή δομή του μητρικού πετρώματος αλλά και τα ρευστά των πόρων. Μια σχέση που καθορίζει το ομογενές πορώδες των ιζημάτων, την ολική ταχύτητα των σχηματισμών, την ταχύτητα του μητρικού πετρώματος και την ταχύτητα των ρευστών, ορίστηκε από τους M.R. Wyllie, υ.α. Αυτή η σχέση ορίσθηκε πειραματικά και έγινε αποδεκτή όντας ουσιαστικά ακριβής για ένα μεγάλο εύρος συνθηκών. Η σχέση εκφράζεται στην ακόλουθη εξίσωση και συνήθως αναφέρεται ως τύπος μέτρησης χρόνου του Wyllie: L / V = (Φ / V f ) + ( l φ / V ma ) όπου: Φ = πορώδες του πετρώματος V = ταχύτητα του σχηματισμού σε ft / sec 38

39 V f =ταχύτητα των ρευστών των διάκενων σε ft /sec V ma = ταχύτητα του μητρικού πετρώματος σε ft / sec Επίσης από αυτήν την εξίσωση μπορούμε να βρούμε το πορώδες αν εισάγουμε ως όρο και το Δ t : όπου: Φ = Δt- Δt ma / Δt f - Δt ma Δt= αποτελέσματα ακουστικών καταγραφών σε msec/ft Δt ma =χρόνος του μητρικού πετρώματος σε msec/ft Δt f =χρόνος των ρευστών των διάκενων σε msec/ft Πριν την χρησιμοποίηση αυτής της εξίσωσης για τον υπολογισμό του πορώδους είναι αναγκαίο να ξέρουμε τις τιμές των ρευστών του σχηματισμού και μητρικού πετρώματος. Με εξαίρεση το αέριο, τα περισσότερα ρευστά που συναντιόνται στους υπόγειους σχηματισμούς δεν έχουν ανόμοιες τιμές για το V f. Στον πίνακα υπάρχουν μερικές τιμές της ταχύτητας των ρευστών και του Δt f. Πίνακας 3.2.1: Τιμές ταχύτητας και Δ tf των ρευστών. Fiuici ft/sec μsec/ft Water with 20% NaCI 5, Water with 15% NaCI 5, Water with 10% NaCI 4, Water (pure) 4, Oil 4, Mathane 1, Air 1, Το πεδίο εφαρμογής των ακουστικών μεθόδων είναι σχετικά περιορισμένο. Σε έναν πορώδη σχηματισμό όπου η εισβολή είναι μέτριου βάθους ή βαθιά, ο πολφός είναι το κύριο ρευστό που επηρεάζει τις μετρήσεις. Για πολλούς λόγους, μια μέση ταχύτητα για αυτό το ρευστό μπορεί να οριστεί στα 5300 ft/sec. Ωστόσο, σε περιοχές με μεγάλο πορώ- V i Δt i 39

40 δες, υψηλές συγκεντρώσεις υδρογονανθράκων και εξαιρετικά χαμηλό βάθος εισβολής, η ταχύτητα που χρησιμοποιείται στη σχέση μπορεί να είναι χαμηλότερη. Η ταχύτητα του μητρικού πετρώματος είναι ακόμα μια παράμετρος στην οποία πρέπει να οριστεί τιμή πριν χρησιμοποιηθεί η εξίσωση του Wyllie για τον προσδιορισμό του πορώδους. Ο μέσος χρόνος διαδρομής από το μητρικό πέτρωμα (Δt ma ) ποικίλει ανάλογα με το είδος του σχηματισμού. Ειδικότερα το Δt ma, αλλάζει με τις αποκλίσεις στη χημική σύσταση του πετρώματος όπως επίσης και με τη συμπίεση που σχηματίζεται με το βάθος και την πίεση. Η επιλογή της κατάλληλης ταχύτητας για το μητρικό πέτρωμα που θα χρησιμοποιηθεί για τον καθορισμό του πορώδους, βασίζεται στη γνώση της λιθολογίας του τομέα που πρόκειται να μελετηθεί. Ο πίνακας δείχνει μερικές τυπικές ταχύτητες μητρικού πετρώματος που συναντιόνται σε σχηματισμούς. Πίνακας 3.2.2: Τυπικές ταχύτητες μητρικών πετρωμάτων. V ma Δt ma Formation ft/sec μsec/ft Sandstone: Unconsolidated 17, Semi-consolidated οr iess or more Consolidated Limestone Dolomite Shale to to 62.5 Calcite Anhydrite Granite Gypsum Quartz Salt

41 Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι αυτές είναι μέσες τιμές και ότι υπάρχουν πολλές εξαιρέσεις. Επομένως, οι τιμές του παραπάνω πίνακα μπορεί να διαφέρουν από περιοχή σε περιοχή. Το σχήμα δείχνει ένα μέρος μιας ακουστικής καταγραφής BHC με μια ταυτόχρονη καταγραφή ακτινών Γ σε έναν δολομίτη. Χρησιμοποιώντας μια τιμή των ft/sec για το V ma του δολομίτη η διορθωμένη τιμή του πορώδους βρίσκεται από το σχήμα και τον πίνακα Πίνακας Interval Δt Φ A Β C D E F G H I J K

42 Σχήμα 3.2.1: Γραφική επίλυση της εξίσωσης Wyllie. 42

43 3.3 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΑΝΘΡΑΚΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ Από τις διάφορες τιμές του πορώδους που βρίσκονται στα είδη των σχηματισμών, μπορούν να ταξινομήθουν τα πετρώματα σε ομάδες ανάλογα με το πρωτογενές πορώδες. Ανθρακικές ενώσεις, ασβεστόλιθοι, δολομίτες και μερικοί υπερσυμπιεσμένοι αμμόλιθοι, συνήθως έχουν τιμές πορώδους λιγότερο από 15% και μπορούν να ταξινομηθούν σε μια ομάδα. Αυτή η ομάδα σχηματισμών που έχει τις χαμηλότερες τιμές πορώδους, ανήκει στο ίδιο είδος βαθιάς εισβολής. Ο χρόνος διαδρομής των ακουστικών κυμάτων επηρεάζεται κυρίως από τη γεμάτη πολφό περιοχή. Δεν επηρεάζεται σχεδόν ποτέ από τα ρευστά των πρωτογενών σχηματισμών, εκτός από τις συγκεντρώσεις υπολειμμάτων. Παρότι διεσπαρμένοι σχιστόλιθοι ή αργιλώδη τμήματα μπορεί να υπάρχουν σε ανθρακικές ενώσεις, η επιρροή τους είναι συνήθως μικρή, αφού συνήθως απαιτείται μια μικρή διόρθωση του χρόνου διαδρομής του ακουστικού κύματος. Αν μπορεί να καθοριστεί η λιθολογία τέτοιων σχηματισμών, ο υπολογισμός του πορώδους μπορεί να γίνει με ακρίβεια από τον τύπο του Wyllie, εξασφαλίζοντας ότι η κατανομή του πορώδους είναι σαφώς αμετάβλητη. Είναι γενικώς αποδεκτό ότι η «δολομιτοποίηση» ενός ασβεστόλιθου, θα έχει σαν αποτέλεσμα αύξηση του πορώδους. Σε αυτόν τον λιθολογικό συνδυασμό, θα έπρεπε η αύξηση του πορώδους να συνδέεται με την αύξηση της «δολομιτοποίησης» (μετατροπή ενός πετρώματος σε δολομίτη). Σταδιακή μεταβολή ενός αργιλικού πετρώματος σε δολομίτη, ενώ αυξάνεται το πορώδες, έχει την ίδια επίδραση με την μείωση της τιμής του Δt ma στην εξίσωση του πορώδους. Η ροπή αύξησης του χρόνου διαδρομής του ακουστικού κύματος, λόγω των ρευστών ανάμεσα στους πόρους καθώς αυξάνεται το πορώδες είναι εν μέρη υπολογίσιμο από την αντιστοιχία μείωσης του χρόνου διέλευσης του στερεού μέρους του πετρώματος. Έτσι, η ακουστική ανταπόκριση του σύνθετου σχηματισμού με περισσότερο δολομίτη από ότι είχε αρχικά εκτιμηθεί, μπορεί να εξηγηθεί λανθασμένα και τα αποτελέσματα μέτρησης του πορώδους ενός ρευστού να είναι χαμηλότερα από ότι στην πραγματικότητα. Το πορώδες που παίρνουμε μέσω των ακουστικών χρόνων διαδρομής από τέτοιους σχηματισμούς με την στάνταρ διαδικασία, θα μας δώσει εσφαλμένα αποτελέσματα. Ένα ειδικό διάγραμμα που φαίνεται στο σχήμα δημιουργήθηκε κυρίως βασιζόμενο σε εμπειρικά 43

44 στοιχεία ώστε να κατατάξει κάπου αυτούς τους σύνθετους σχηματισμούς. Αυτό το διάγραμμα περιέχει τις ταχύτητες των ρευστών που είναι υψηλότερες από 5300 ft/sec. Μόνο ένα μικρό εύρος τιμών από 5800 ft/sec έως 1750 ft/sec μπορεί να μετρηθεί. Παρότι οι ταχύτητες του διαγράμματος είναι εικονικές, έχει αποδειχθεί εμπειρικά ότι βάζοντας υψηλότερες τιμές ταχύτητας των ρευστών από τις πραγματικές, δημιουργείται μια σχέση μεταξύ χρόνου διαδρομής και πορώδους. Αυτό το διάγραμμα πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο όταν πιστεύεται ότι υπάρχει ένα σύνθετο πέτρωμα δολομίτη- ασβεστόλιθου. Σχήμα 3.3.1: Ακουστική καταγραφή BHC σε μια ακολουθία δολομίτησχιστόλιθου. 44

45 Σχήμα 3.3.2: Καθορισμός του πορώδους σε ανθρακικές ενώσεις με ακουστικές καταγραφές BHC. Το δευτερογενές πορώδες των ανθρακικών ενώσεων στα ρήγματα και στις κοιλότητες, περιέχει μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή των ακουστικών καταγραφών. Η εμπειρία και γνώση πάνω σε αυτόν τον τομέα, δείχνουν ότι οι ταχύτητες επηρεάζονται ελαφρώς από το άτακτο και σε ρήγματα πορώδες. Για αυτόν τον λόγο οι ακουστικές καταγραφές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον καθορισμό του πρωτογενούς πορώδους και τα αποτελέσματα να συγκριθούν με το πορώδες που μετρήθηκε από πυρηνικές συσκευές (μετρούν το ολικό πορώδες). Η διαφορά βέβαια, είναι στην προσέγγιση του άτακτου και ρήγματα πορώδους. 45

46 3.4 ΣΥΜΠΙΕΣΜΕΝΟΙ ΑΜΜΟΛΙΘΟΙ Αποθέματα με πορώδη κατά προσέγγιση 15% ως 25%, είναι συνήθως καλά τσιμενταρισμένα. Τέτοια είδη σχηματισμών βρίσκονται στους βαθύτερους ορίζοντες κατά μήκος παράκτιων περιοχών και στα μικρότερα βάθη στην ενδοχώρα. Για να καθοριστεί αν ο υπό μελέτη αμμόλιθος ανήκει σε τέτοιο είδος σχηματισμού, εξετάζονται οι διπλανές πλούσιες σε σχιστόλιθο περιοχές. Γενικά, ξέρουμε ότι αν οι γειτονικοί σχιστόλιθοι έχουν ακουστικές ταχύτητες μεγαλύτερες από ft/sec, τότε ο αμμόλιθος είναι συμπιεσμένος. Για να έχουμε όμως και τιμές για το πορώδες ενός συμπιεσμένου αμμόλιθου που δεν είναι κοντά σε σχιστόλιθο ή βρίσκεται σε μεσαίο βάθος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η εξίσωση του Wyllie δίνοντάς μας ικανοποιητικά αποτελέσματα σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις. Αν ο αμμόλιθος περιέχει κομμάτια αργίλου, σχιστόλιθου, έχει συγκεντρώσεις υδρογονανθράκων ή είναι σε μικρό βάθος, τότε οι διορθώσεις στα δεδομένα των καταγραφών πρέπει να γίνουν πριν υπολογιστεί η τιμή του πορώδους. 3.5 ΔΙΑΣΚΟΡΠΙΣΜΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΑΜΜΟΥ Τα διασκορπισμένα σωματίδια άμμου είναι ένας από τους δυσκολότερους τομείς μέτρησης με ακουστικές καταγραφές. Ο τύπος των πετρωμάτων μπορεί να εμφανίζεται ως συναρμολόγημα κόκκων άμμου ενωμένων μεταξύ τους χωρίς όμως το πλεονέκτημα της τσιμεντοποίησης ή της συμπίεσης. Αυτή η δομή δεν προσφέρει την απαραίτητη σταθερότητα για να δεχτεί το ακουστικό κύμα και για αυτόν τον λόγο υπάρχει μια ροπή δημιουργίας μιας κυκλικής διέλευσης. Η κυκλική διέλευση δίνει ένα ερέθισμα στον ακουστικό ανιχνευτή με έναν παλμό διαφορετικό με αυτόν του πρώτου κύματος άφιξης. Συνήθως αυτό γίνεται από τη σημαντική απώλεια του πλάτους του πρώτου συμπιεσμένου κύματος κάνοντας δυσδιάκριτους τους ήχους ή τις επόμενες αφίξεις κυμάτων. Όταν τα διάκενα των πόρων των διασκορπισμένων σωματιδίων είναι γεμάτα ρευστό, μεγάλο μέρος του ακουστικού σήματος μεταδίδεται μέσο αυτών των ρευστών. Όταν τα διάκενα περιέχουν αέριο, το φαινόμενο είναι γνωστό εκ των προτέρων. Αυτό το φαινόμενο έχει παρατηρηθεί σε ακουστικές καταγραφές, όπου έχουν να αποδείξουν χρόνους διέλευσης διαμέσου κόκκων άμμου της τιμής των 180 ως 200 μsec/ft. Διάσπαρτοι σχιστόλιθοι ή κομμάτια αργίλου μέσα σε τέτοια 46

47 σωματίδια άμμου δίνουν μια σταθερότητα που μπορεί να μειώσει την ροπή για κυκλική διέλευση. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι τιμές του χρόνου διέλευσης που καταγράφονται είναι ασυνήθιστα υψηλές. Όταν αυτές οι τιμές χρησιμοποιηθούν στον τύπο του Wyllie, επιδρούν στις τιμές του πορώδους κάνοντάς τις υψηλότερες από ότι είναι στην πραγματικότητα. Έτσι για να πάρουμε σωστές τιμές για το πορώδες από ένα όργανο ακουστικών καταγραφών που μετράει σε σχηματισμούς σωματιδίων άμμου, πρέπει συνήθως να κάνουμε διορθώσεις βάση της εμπειρίας μας. Τέτοιοι σχηματισμοί υπάρχουν συνήθως στον Περσικό κόλπο. 3.6 ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ Είναι αναγκαίο να γίνουν διορθώσεις για τον βαθμό συμπίεσης σε διασκορπισμένα σωματίδια άμμου. Αυτά τα σωματίδια αναγνωρίζονται από τους γειτονικούς σχιστόλιθους όπου οι χρόνοι διαδρομής είναι μεγαλύτεροι από 100 μsec/ft. Σχηματισμοί που δεν έχουν δεχθεί μεγάλες πιέσεις δεν έχουν τον απαραίτητο βαθμό συμπίεσης και σταθερότητας για την μετάδοση ενός ακουστικού κύματος. Μειώνοντας τις υπερπίεσης, το ακουστικό κύμα που διέρχεται μέσα από τα σωματίδια άμμου θα μειωθεί δυσανάλογα. Κάτω από αυτές τις συνθήκες θα παρθούν ασυνήθιστα υψηλές τιμές πορώδους από την εξίσωση Wyllie. Για αυτόν τον λόγο πρέπει να γίνει μια διόρθωση ώστε να προσαρμοστούν οι τιμές του πορώδους των σωματιδίων άμμου. Η ακόλουθη εξίσωση χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του πορώδους σε σχηματισμό με σωματίδια άμμου: Φ = (Δt-Δt ma / Δt f - Δt ma )* 1 / C P 4 Όπου ο συντελεστής διόρθωσης της συμπίεσης είναι: C P = Δt sh * (c) / και Δt sh = ο χρόνος διαδρομής κύματος σε γειτονικό σχιστόλιθο σε sec/ft. C = συντελεστής συμπίεσης του σχιστόλιθου 100 = χρόνος διαδρομής κύματος σε συμπιεσμένο σχιστόλιθο σε sec/ft. 47

48 Ο συντελεστής συμπίεσης ενός σχιστόλιθου (c) ποικίλει σε ένα εύρος τιμών από 0,8 έως 1,2. Η επιλογή του καταλληλότερου συντελεστή εξαρτάται από την εμπειρία μας και γεωγραφική περιοχή που βρίσκεται ο σχιστόλιθος. Για σχιστόλιθους στον Περσικό κόλπο, ο συντελεστής φτάνει στην ανώτερη τιμή του το 1,2 ενώ στην ενδοχώρα μειώνεται και φτάνει στην ελάχιστη τιμή, δηλαδή το 0,8. Σε μερικούς σχιστόλιθους που βρίσκονται σε μικρό βάθος παράκτιων περιοχών, ο συντελεστής μπορεί να υπερβεί και το 1,2. Όπου δεν υπάρχει προηγούμενη εμπειρία, ο συντελεστής διόρθωσης της συμπίεσης (C P ) καθορίζεται συγκρίνοντας το πορώδες που μετρήθηκε από την μέθοδο ακουστικών καταγραφών BHC, που υπολογίστηκε από την ειδική αντίσταση, την πυκνότητα και τα πλημμυρισμένα από το νερό σωματίδια άμμου. Χρησιμοποιώντας μια μέθοδο μέτρησης ειδικής αντίστασης, η τιμή του R o σε ένα σχηματισμό με διασκορπισμένα σωματίδια άμμου που έχουν νερό, μπορεί να βρεθεί από καταγραφές σε μεγάλο βάθος όπως για παράδειγμα τις επαγωγικές. Γνωρίζοντας την ειδική αντίσταση, R w, του νερού του σχηματισμού από την καμπύλη SP, το πορώδες υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τη σχέση: Φ = (a* R w / R o ) l/m 6 O συντελεστής, α, ο εκθέτης του πορώδους, m, μπορούν να αντικατασταθούν από τις τιμές του εκάστοτε πεδίου. Σε προγενέστερους αμμόλιθους και εστέρες, οι τιμές του α=1 και m=2 (εξίσωση Archie) είναι εφαρμόσιμές, ενώ σε αμμόλιθους της Τριταίας εποχής η εξίσωση του Humble με τιμές α=0,62 και m=2,15 είναι αυτή που χρησιμοποιείται. Σε άλλη περίπτωση ο εκθέτης, m, παίρνεται ως γραμμική συνάρτηση του πορώδους (Φ=2,05) και η τιμή του, α, μένει 1. Έτσι η τιμή του συντελεστή διόρθωσης της συμπίεσης βρίσκεται από τη σχέση: C P =Φ AC /Φ 7 όπου Φ AC = η τιμή του πορώδους που βρέθηκε από τις ακουστικές καταγραφές για τον ίδιο πλημμυρισμένο από νερό σχηματισμό. Όταν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε συγχρόνως τις ακουστικές καταγραφές και τις καταγραφές πυκνότητας σε μια περιοχή πλημμυρισμένη από νερό, τότε το, C P, βρίσκεται από τη σχέση: C P =Φ AC /Φ Densilog 8 48

49 Και στις δύο καταγραφές (ακουστικές και πυκνότητας) είναι αναγκαίο να είναι καθαρές οι περιοχές για να υπολογιστεί το C P. Ωστόσο, σε σχιστολιθικούς αμμώδης σχηματισμούς μεσαίου βάθους, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε και καταγραφές Νετρονίων αφού όπως και οι ακουστικές επηρεάζονται από την παρουσία σχιστόλιθων. Σε σχηματισμούς σωματιδίων άμμου για την εύρεση του πορώδους με ακουστικές καταγραφές σε συνδυασμό με καταγραφές Νετρονίων, χρησιμοποιείται ο εξής τύπος για εύρεση του C P : οπότε: C P = Φ AC / Φ Neutron ΔΙΟΡΘΩΣΗ ΣΧΙΣΤΟΛΙΘΩΝ Τα περισσότερα σωματίδια άμμου που είναι συμπιεσμένα ή διασκορπισμένα, και περιέχουν μετρούμενες ποσότητες σχιστόλιθων ή τμημάτων αργίλου, θα παρουσιάζουν μεγαλύτερους ακουστικούς χρόνους διέλευσης από καθαρούς αμμόκοκκους ίδιου πορώδους του ίδιου φρεατίου. Η αύξηση του χρόνου διέλευσης οφείλεται κυρίως στις διαφορετικές ταχύτητες των σχιστόλιθων και των αργιλικών τμημάτων. Όταν εφαρμόζεται η εξίσωση Wyllie, η μέτρηση του χρόνου διέλευσης σε σχιστολιθική άμμο θα βγάλει τιμές μεγαλύτερες από το πραγματικά ενεργό πορώδες του σχηματισμού. Γι αυτό το λόγω, πρέπει να γίνει μια διόρθωση ώστε να βρεθεί μια καλύτερη τιμή για το πορώδες. Ο χρόνος διέλευσης του ακουστικού κύματος στους σχιστόλιθους, ποικίλει με την περιοχή, τον τύπο του σχιστόλιθου και τον βαθμό συμπίεσης. Ενδεικτικές τιμές του Δt από 62,5 ως 167 μsec/ft για σχιστόλιθους φαίνονται στον πίνακα Για την σχιστολιθική διόρθωση, είναι αναγκαίο να εκτιμηθεί η ποσότητα των σχιστόλιθων που βρέθηκε από άλλες καταγραφές που βασίζονται περισσότερο στην σύνθεση του σχιστόλιθου. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν πολλοί μετρητές, αλλά ο καθένας να παρέχει την μεγαλύτερη εκτίμηση για την τιμή της ποσότητας των σχιστόλιθων. Επομένως συνιστάται η χρησιμοποίηση της ελάχιστης τιμής «σχιστολιθικότητας» που παίρνεται από έναν αριθμό μετρητών. Ο τρόπος που η παρουσία σχιστόλιθων επηρεάζει τις ακουστικές καταγραφές δεν εξαρτάται μόνο από την ποσότητα των σχιστόλιθων, αλλά και από το είδος της κατανομής των σχιστόλιθων μέσα στις κλίνες άμμου. Έχει παρατηρηθεί από μελέτες σε πυρήνες, ότι ένας σχιστόλιθος 49

50 συναντάτε ως πέτρωμα σε διεσπαρμένα κομμάτια ή ως μέρος της μητρικής δομής μέσα σε έναν αμμώδη σχηματισμό. Αυτοί οι τύποι κατανομής των σχιστόλιθων καθορίζουν τους περιορισμούς. Συχνά ένας συνδυασμός διαφορετικών τύπων μπορεί να εμφανιστεί. Σε περιπτώσεις λεπτών στρωμάτων σχιστόλιθων, μπορεί να υποτεθεί ότι αυτά τα λεπτά στρώματα έχουν ίδια χαρακτηριστικά με τις γειτονικές αδιαπέραστες κλίνες σχιστόλιθων. Η ανταπόκριση των σχιστολιθικών κόκκων άμμου θα έπρεπε επομένως να βασίζεται στην σύνθεση και τις ιδιότητες του σχιστόλιθου. Σε συμπιεσμένους σχιστολιθικούς σχηματισμούς, η εξίσωση της ακουστικής ανταπόκρισης εκφράζεται ως εξής: Δt =(Φ * Δt f ) + ( V sh * Δt sh ) + (1- Φ V sh ) Δt ma 10 Λύνουμε ως προς το πορώδες και έχουμε: Φ = (Δ t -Δt ma /Δt f -Δt ma )-V sh (Δt sh -Δt ma /Δt f -Δt ma ) 11 Σε ασυμπίεστους σχιστολιθικούς κόκκους άμμου, ο συντελεστής διόρθωσης της συμπίεσης, C P, εισάγεται και το πορώδες βρίσκεται από την εξής εξίσωση: Φ=(Δ t -Δt ma /Δt f -Δt ma )(1-C P )-V sh (Δt sh -Δt ma /Δt f -Δt ma ) 12 Οι εξισώσεις 11 και 12 μπορούν να απλοποιηθούν και να γίνουν: όπου: Φ=Φ AC -V sh Φ ACsh 13 Φ ACsh είναι η τιμή του πορώδους από την εξίσωση Wyllie. Όταν υπάρχει παρουσία σχιστόλιθου υπό μορφή διεσπαρμένων σωματιδίων αργίλου στα κενά κόκκων άμμου, η ακουστική ανταπόκριση είναι σχεδόν η ίδια εάν ο ολικός όγκος των κενών ήταν γεμάτος με νερό. Αυτό ισχύει εφόσον το σύνολο των διεσπαρμένων αργίλων δεν υπερβαίνει κατά προσέγγιση το 50% του ολικού πορώδους. Το σύνολο των διασκορπισμένων αργίλων σε ένα σχιστολιθικό σχηματισμό σωματιδίων άμμου ως ποσότητα λέγεται συντελεστής q. Με τον συντελεστή q πάνω από το 50%, η ακουστική ταχύτητα τείνει να γίνει ουσιαστικά υψηλότερη από όταν το νερό καταλαμβάνει όλο τον χώρο των πόρων. Σε τελική ανάλυση ο σχηματισμός τείνει να μην έχει οικονομικό όφελος λόγω της χαμηλής διαπερατότητας. 50

51 Η εξίσωση των ακουστικής ανταπόκρισης για έναν συμπιεσμένο σχηματισμό σωματιδίων άμμου με σχιστόλιθο, παρουσία αργίλου, εκφράζεται ως εξής: ή Δt=Δt f (Φ+V sh )+Δt ma (1-Φ-V sh ) 14 Φ=(Δt-Δt ma /Δt f -Δt ma )V sh 15 Σε διασκορπισμένους κόκκους άμμου, βάζοντας και τον συντελεστή διόρθωσης συμπίεσης C P η εξίσωση γίνετε ως εξής: ή Φ=(Δt-Δt ma /Δt f -Δt ma )(1/C P )-V sh 16 Φ=Φ AC -V sh 17 Η ποσότητα του ολικού πορώδους που καταλαμβάνεται από διεσπαρμένο άργιλο είναι ο συντελεστής q, οπότε: q = Φ AC -Φ effective /Φ AC 18 Ο συντελεστής qείναι ενδεικτικός της παραγωγικότητας που μπορεί να έχει ένα σχιστολιθικό πέτρωμα. Άσχετα από τον τρόπο κατανομής των σχιστόλιθων, είναι πιθανό να πάρουμε ψευδή τιμή για το, q, βασιζόμενοι στην μέτρηση των ακουστικών καταγραφών και των καταγραφών πυκνότητας. Η επίδραση της παρουσίας σχιστόλιθων κατά τη διάρκεια των καταγραφών πυκνότητας, είναι ανεξάρτητη από τον τρόπο κατανομής των σχιστόλιθων. Έτσι εκφράζεται ομοίως σαν: όπου: Φ=Φ D -V sh *Φ Dsh 19 Φ Dsh =p ma -p sh /p ma -p f 20 Η διαφορά ανταπόκρισης μεταξύ ακουστικών καταγραφών και καταγραφών πυκνότητας σε έναν πλημμυρισμένο σχιστολιθικό σχηματισμό θα είναι: Φ AC -Φ D =V sh (Φ Ash -Φ Dsh ) 21 51

52 Από εξισώσεις 18 και 21 θα έχουμε: q = (Φ AC -Φ D /Φ AC )=V sh (Φ ACsh -Φ Dsh /Φ AC ) 22 Εμπειρικά ξέρουμε ότι το Φ ACsh είναι συνήθως μεγαλύτερο από το Φ Dsh. Στον Περσικό κόλπο, η τιμή του Φ Dsh είναι μικρή, εφόσον τα δεδομένα δείχνουν ότι η τιμή του ολικού πορώδους που υπολογίζεται από την πυκνότητα είναι κατά προσέγγιση όμοια της τιμής του ενεργού πορώδους. Αυτό ισχύει εφόσον το p sh διαφέρει ελάχιστα από το p ma, και η διόρθωση της τιμής του σχιστόλιθου από τις καταγραφές πυκνότητας είναι αμελητέα. Η επίδραση της «σχιστολιθικότητας» στις ακουστικές καταγραφές είναι αρκετά μεγαλύτερη, με τιμές για το Φ ACsh που κυμαίνονται μεταξύ 0,2 και 0,4. Φυσικά, όταν η αναλογία σχιστόλιθων είναι μικρή, στην μορφή διεσπαρμένων αργίλων στα διάκενα των πόρων, η τιμή του Φ ACsh προσεγγίζει τη μονάδα 1. Στο σχήμα φαίνεται ένα διάγραμμα που βασίζεται σε δεδομένα του εδάφους στον Περσικό κόλπο, στο Νέο Μεξικό, στο Κολοράντο και στο Γουαϊόμινγκ. Αυτό το διάγραμμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει την δομή των σχηματισμό κόκκων άμμου με σχιστόλιθους. Σχήμα 3.7.1: Κατασκευή ενός σχηματισμού σχιστόλιθου αμμόλιθου. 52

53 3.8 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΥΔΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΩΝ Η εισβολή, είναι γενικά, μικρή σε σχηματισμούς με υψηλό πορώδες. Ενίοτε, σε αυτούς τους σχηματισμούς η εισβολή είναι τόσο ρηχή (επιφανειακή) που το μετρούμενο ακουστικό κύμα επηρεάζεται από τα ρευστά των σχηματισμών. Αν βρίσκεται σε έναν τομέα συγκέντρωσης υδρογονανθράκων, ο αυξανόμενος χρόνος διαδρομής της υγρή φάση θα έχει σαν αποτέλεσμα τον υπολογισμό ενός πορώδους υψηλότερο από το πραγματικό. Σε ασυμπίεστους υδρογονανθρακικούς σχηματισμούς, το πορώδες που υπολογίζεται από τις ακουστικές καταγραφές, ακόμη και μετά την εφαρμογή διόρθωσης για την εξάλειψη συμπίεσης, θα έχει υψηλότερες τιμές. Οι διορθώσεις γίνονται για την επίδραση των υδρογονανθράκων που είναι τυχαία κατανεμημένοι. Αυτά βασίζονται, σε περιορισμένα εμπειρικά δεδομένα, συγκρίνοντας την ακουστική ανταπόκριση, σε γεμάτους από νερό σχηματισμούς και σε παρόμοια γεμάτους πετρέλαιο ή αέριο. Για έναν τομέα που περιέχει πετρέλαιο, το υπολογιζόμενο πορώδες θα πρέπει να πολλαπλασιαστεί με έναν συντελεστή περίπου 0,9. Με τη διόρθωση λόγω πετρελαίου, ο συντελεστής θα είναι 0,7. Αυτές είναι οι συνηθέστερες χρησιμοποιούμενες τιμές, παρότι εντελώς διαφορετικοί συντελεστές μπορεί να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες περιοχές βάση εμπειρικών στοιχείων. 53

54 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ Οι καταγραφές νετρονίων χρησιμοποιούνται κυρίως για τον προσδιορισμό πορωδών σχηματισμών και την εκτίμηση του πορώδους τους. Συχνά, είναι πιθανόν να διαχωρίζουμε ζώνες αερίου από αντίστοιχες πετρελαίου ή νερού, συγκρίνοντας τιμές από καταγραφές νετρονίων με τιμές από άλλες καταγραφές πορώδους ή αναλύσεις πυρήνα. Οι συνδυασμοί καταγραφών πυκνότητας καταγραφών νετρονίων ή ακουστικών καταγραφών καταγραφών νετρονίων παρέχουν ακριβείς τιμές πορώδους, σύστασης σχιστόλιθων και άλλες λιθολογικές πληροφορίες. Οι τρεις τύποι καταγραφών νετρονίων που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι οι εξής: συμβατικές καταγραφές νετρονίων ακτινών γ, επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων και επιθερμικές καταγραφές νετρονίων. Η βασική αρχή κάθε συσκευής σχετίζεται με την επιβράδυνση των νετρονίων από τις ουσίες που περιέχονται στους σχηματισμούς. Η χαμηλή πυκνότητα νετρονίων στην περιοχή που βρίσκονται οι ανιχνευτές, προσδιορίζεται βασικά από τον δείκτη υδρογόνου στο μέσο της απόστασης μεταξύ της «πηγής» και του ανιχνευτή. Το νερό και οι υγροί υδρογονάνθρακες έχουν τις ίδιες συγκεντρώσεις υδρογόνου. Αν το στερεό μέρος περιέχει μόνο μικρές ποσότητες υδρογόνου και το πορώδες είναι γεμάτο με υγρούς υδρογονάνθρακες και/ή νερό, τότε οι καταγραφές νετρονίων παρουσιάζουν τιμές για το πορώδες υψηλής ακρίβειας. Όταν υπάρχει παρουσία υδρογονανθράκων σε αέρια μορφή ή σε μορφή αερίου υγρού, το πορώδες που παίρνεται από τις καταγραφές νετρονίων θα είναι πολύ χαμηλό. Συνεπώς, οι καταγραφές νετρονίων από μόνες τους δεν είναι ικανές να προσδιορίσουν το πορώδες σε περιοχές που υπάρχει εισβολή αερίου. Η ανταπόκριση στις καταγραφές νετρονίων, της συγκέντρωσης των υδρογονανθράκων, είναι μια πράξη ανεξάρτητη της φύσης των μορίων που περιέχουν τα άτομα υδρογόνου. Μια σύγκριση της χαμένης ενέργειας των νετρονίων για σημαντικά στοιχεία πετρελαιοφόρων φρεατίων φαίνεται στο σχήμα Αναλόγως, τα χημικά κατευθυνόμενα ύδατα του γύψου ή του αργίλου επηρεάζουν τις καταγραφές νετρονίων όπως θα 54

55 τις επηρέαζαν τα υγρά των διάκενων των πόρων. Επομένως, οι τιμές του πορώδους από τις καταγραφές νετρονίων είναι πολύ υψηλές όταν υπάρχει υδρογόνο στο στερεό μέρος ή στα διεσπαρμένα κομμάτια στα διάκενα του πορώδους. Αυτό περιορίζει την χρηστικότητα των καταγραφών νετρονίων σε ακολουθίες σχιστόλιθου αμμόλιθου ή σε σχηματισμούς που περιέχουν γύψο. Ωστόσο, μπορεί να έχει πλεονεκτική χρήση σε συνδυασμό με άλλες καταγραφές όπως πυκνότητας και ακουστικές για τον καθορισμό του πορώδους και της λιθολογίας. Οι καταγραφές νετρονίων βρίσκουν ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών για τον προσδιορισμό του πορώδους σε σχηματισμούς ανθρακικών ενώσεων. Αυτό συμβαίνει γιατί οι ανθρακικές ενώσεις είναι παραδοσιακά λιγότερο αναμειγμένες με αργιλώδη ορυκτά και οι καταγραφές νετρονίων έχουν καλύτερη ανάλυση στο χαμηλότερο πεδίο του πορώδους σε σχηματισμούς ανθρακικών ενώσεων. Πίνακας Απώλεια ενέργειας. NEUTRON ENERGY LOSSES Maximum Average Energy Number Loss/ Atomic Atomic Element Collisions Collision Weight Number Calcium 371 8% 40,1 20 Chiorine % 35,5 17 Silicon % 28,1 14 Oxygen % 16,0 8 Carbon % 12,0 6 Hydrogen % 1,0 1 Hydrogen Average loss due to angular collision is 63%. 55

56 4.2. ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΚΕΙΚ ΔΙΗΘΗΣΗΣ Περισσότερες διορθώσεις για την επίδραση του περιβάλλοντος συνήθως γίνονται στα όργανα των πλευρικών επιθερμικών καταγραφών νετρονίων. Ωστόσο, η παρουσία του «κέικ» διήθησης στον σχηματισμό αυξάνει το φαινομενικό πορώδες λόγω της υψηλότερης συγκέντρωσης υδρογόνου. Τα σχήματα και δείχνουν τις διορθώσεις λόγω του «κέικ» διήθησης δυο διαφορετικών πυκνοτήτων. Το σχήμα χρησιμοποιείται για ελαφριά «κέικ» ενώ το σχήμα για βαριά. Σχήμα 4.2.1: Επίδραση του «κέικ» στις πλευρικές καταγραφές νετρονίων. (Για 1,4 g /cm 3 «κέικ»). Σχήμα 4.2.2: Επίδραση του «κέικ» στις πλευρικές καταγραφές νετρονίων. (Για 2,5 g /cm 3 «κέικ»). 56

57 4.3 ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ Επίδραση λόγω του μεγέθους του φρεατίου Οι καταγραφές νετρονίων (COMPENSATED NEUTRON LOG) είναι έτσι σχεδιασμένες ώστε οι επιδράσεις του περιβάλλοντος να μειώνονται αισθητά. Οι στάνταρ συνθήκες, κατά τις οποίες βαθμονομούνται οι καταγραφές είναι οι εξής: ένα έκκεντρο εργαλείο, μια γεώτρηση 7-7/8 in, φρέσκο νερό στη γεώτρηση και στον σχηματισμό, απουσία «κέικ» διήθησης, θερμοκρασία 75 ο F και ατμοσφαιρική πίεση. Αποκλίσεις από τα στάνταρ, κατά την εκτέλεση καταγραφών σε πραγματικές συνθήκες, απαιτούν διορθώσεις που είναι συνήθως μικρές. Η επίδραση του μεγέθους του φρεατίου που καθορίζεται από τα τεστ διαμέτρου 4-3/4 in και 14 in, φαίνεται στο σχήμα Για διαμέτρους μεγαλύτερες των 7-7/8 in, το πορώδες είναι πολύ υψηλό. Αντίθετα σε φρεάτια μικρότερα των 7-7/8 in το πορώδες είναι πολύ χαμηλό. Κατά προσέγγιση, παρατηρείται η αλλαγή του πορώδους κατά μια μονάδα σε κάθε αλλαγή μιας ίντσας στη διάμετρο. Η αλλαγή στη σύσταση του υδρογόνου φαίνεται από την παρουσία γεωτρητικού ρευστού στην περιοχή κοντά στα όργανα μέτρησης. Η ανταπόκριση των καταγραφών σε ένα γεμάτο πετρέλαιο φρεάτιο είναι πανομοιότυπη με αυτή ενός γεμάτο νερό, λόγω παρόμοιου δείκτη υδρογόνου. Σχήμα : Διόρθωση λόγω του μεγέθους του φρεατίου για επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων. 57

58 4.3.2 Επίδραση του βάρους του «κέικ» διήθησης. Η διόρθωση για το βάρος του «κέικ» διήθησης που φαίνεται στο σχήμα είναι μικρή λόγω κυρίως της αλλαγής του δείκτη υδρογόνου του πολφού. Αν προσθέσουμε Βαρίτη για την αύξηση του βάρους του πολφού, θα εκτοπιστεί το υδρογόνο από ρευστό. Παρατηρείται έτσι αύξηση μόλις μιας μονάδας του πορώδους για κάθε 16 lb/gal πολφού σε ένα σχηματισμό 30% πορώδους. Οι διορθώσεις του «κέικ» διήθησης που φαίνονται στο σχήμα είναι επίσης μικρές. Κατά τη χρήση των διπλών ανιχνευτών στις καταγραφές νετρονίων, η επίδραση του «κέικ» ανάμεσα στο εργαλείο και τον σχηματισμό έχει ελαχιστοποιηθεί. Ακόμα και ένα λεπτότατο «κέικ» μιας ίντσας, προκαλεί μια μικρότερη από δύο μονάδες αλλαγή του πορώδους σε έναν σχηματισμό πορώδους 30%. Όπως φαίνεται στο σχήμα , μια διασταύρωση υπάρχει στο σημείο του 22% πορώδους. Κάτω από αυτή τη τιμή, το ολοένα και λεπτότερο «κέικ» προκαλεί την εμφάνιση ενός φαινομενικά υψηλού πορώδους. Πάνω από αυτή την τιμή, μειώνεται η ανάγκη για επιπλέον διόρθωση του πορώδους. Σχήμα : Διόρθωση λόγω του βάρους του πολφού στις επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων. 58

59 Σχήμα : Διόρθωση λόγω του «κέικ» στις συμβατικές επανορθωτικές καταγραφές πυκνότητας Επίδραση της απόκλισης Όταν το καταγραφικό όργανο δεν είναι τελείως κεντραρισμένο, οι τιμές του πορώδους είναι ιδιαίτερα υψηλές. Η επίδραση αυτής της απόκλισης φαίνεται στο σχήμα σε μεσαίες περιοχές πορώδους, η απόκλιση έστω και μιας ίντσας προκαλεί αύξηση περίπου 3% στην τιμή που παίρνουμε. Η αύξηση του πορώδους οφείλεται στην παρουσία υδρογονικών υλικών ανάμεσα στο σχηματισμό και στα όργανα. 59

60 Σχήμα : Επίδραση της απόκλισης στις επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων Επίδραση της αλατότητας Η επίδραση της αλατότητας του φρεατίου και του σχηματισμού, στις καταγραφές νετρονίων φαίνεται στα σχήματα και Αυτές οι επιδράσεις είναι οι εξής: μετατόπιση του υδρογόνου από το NaCI και απορρόφηση των θερμικών νετρονίων από το CI. Αυτή η απορρόφηση λόγω της αλατότητας παρουσιάζει υψηλές τιμές του πορώδους. Αντιθέτως, η αλατότητα του σχηματισμού έχει τα αντίστροφα αποτελέσματα. Ωστόσο, σε ανοιχτά φρεάτια, η εισβολή τείνει να εξισορροπηθεί με την αλατότητα που προκαλεί τα προβλήματα στην ανταπόκριση του πορώδους. Η διόρθωση του δικτύου είναι συνήθως μικρότερη από μια μονάδα. 60

61 Σχήμα : Επίδραση της αλατότητας στις επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων. Σχήμα : Επίδραση της αλατότητας του σχηματισμού στις επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων. 61

62 4.3.5 Επίδραση της Πίεσης/Θερμοκρασίας Στο σχήμα 4.9 φαίνεται η επίδραση της θερμοκρασίας και της πίεσης στις καταγραφές νετρονίων. Η αύξηση της θερμοκρασίας τείνει να μειώσει τη συγκέντρωση υδρογόνου, ενώ η αύξηση της πίεσης τη μεγαλώνει. Μετρήσεις που έγιναν σε φρεάτια ασβεστόλιθων, πορώδους από 1,7% έως 34%, θερμοκρασίας άνω 350 ο F και πίεσης περίπου 0,52 psi/ft (10 lb/gal πολφού), έδειξαν ότι η επίδραση είναι ουσιαστικά μια μικρή μείωση του πορώδους όσο αυξάνονται η πίεση και η θερμοκρασία. Το μέγεθος της διόρθωσης γίνεται μεγαλύτερο για υψηλότερες τιμές πορώδους. Στο σχήμα 4.9 φαίνεται μια γεωθερμική βαθμίδα των 1 ο F/100 ft και πίεσης 0,52 psi/ft (10 lb/gal πολφού). Σχήμα : Διόρθωση λόγω της θερμοκρασίας στις επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων Επίδραση Επένδυσης/Τσιμέντωσης Η επίδραση της επένδυσης και της τσιμέντωσης στην ανταπόκριση των καταγραφών νετρονίων φαίνεται στο σχήμα Η ανταπόκριση ενός επενδυμένου φρεατίου έχει καθοριστεί από αρκετά πειράματα με ένα μη κεντραρισμένο όργανο σε ένα κεντραρισμένο φρεάτιο με επίστρωση τσιμέντου. Το υψηλό φαινομενικά πορώδες οφείλεται στον υψηλό δείκτη υδρογόνου του τσιμέντου. Η πυκνότητα των θερμικών νετρονίων στην περιοχή των ανιχνευτών μειώνεται και αυτό προκαλεί αύξηση στις τιμές των οργάνων. Τα σχήματα , και δείχνουν τις επιδράσεις του επενδυμένου φρεατίου στις ανταποκρίσεις των καταγραφών. 62

63 Σχήμα : Επίδραση της επένδυσης και της τσιμέντωσης στις επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων. Σχήμα : Απεικόνιση επανορθωτικών καταγραφών νετρονίων πριν και μετά την επένδυση. 63

64 Σχήμα : Πορώδες πυρήνα VS πορώδες επανορθωτικών καταγραφών νετρονίων ( Από 4-1/2 in ως 6-1/2 in επένδυσης). 64

65 Σχήμα : Παρατήρηση μικρής επίδρασης της επένδυσης σε ένα μικρής διαμέτρου φρεάτιο. 65

66 4.4 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΛΙΘΟΛΟΓΙΑΣ Οι διορθώσεις λόγω της επίδρασης της λιθολογίας στις καταγραφές είναι αναγκαίες, αν η λιθολογία που μελετάται είναι γνωστή. Συνήθως οι πλευρικές και επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων καταγράφουν το πορώδες σε περιοχές ασβεστόλιθου. Ωστόσο, απαιτούνται διορθώσεις στις τιμές του πορώδους λόγω των διαφορών της λιθολογίας. Οι ανταποκρίσεις των συμβατικών καταγραφών των νετρονίων μετατρέπονται από μονάδα API σε έναν δείκτη πορώδους, θεωρώντας τον ασβεστόλιθο ως «μήτρα». Αν η λιθολογία είναι αμμόλιθος ή δολομίτης, οι τιμές του πορώδους του ασβεστόλιθου μπορούν να διορθωθούν χρησιμοποιώντας τον διορθωτικό χάρτη των πλευρικών καταγραφών νετρονίων. Το σχήμα φτιάχτηκε από μετρήσεις που βρέθηκαν σε μη ασβεστολιθικά εργαστηριακά τεστ και από ανάλυση μεγάλων αριθμών καταγραφών. Ο αμμόλιθος και ο δολομίτης έχουν αντίθετο φαινομενικό πορώδες σε σχέση με τον ασβεστόλιθο. Η επίδραση του στερεού μέρους οφείλεται κυρίως στις διαφορετικές ιδιότητες των συστατικών στοιχείων. Ως ένα μικρό βαθμό, τα στοιχεία του στερεού μέρους μεταβάλουν την φάση εξάπλωσης των επιθερμικών νετρονίων λόγω της διαφοράς στην χωρητικότητα απορρόφησης. 66

67 Σχήμα 4.4.1: Επίδραση λιθολογίας. 67

68 4.5 ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΥΔΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΩΝ Δείκτες Υδρογόνου Για όλες τις συσκευές νετρονίων, η επιβράδυνση των γρήγορων νετρονίων λόγω του υδρογόνου είναι το συνηθέστερο φαινόμενο. Η ανταπόκριση βασίζεται κυρίως στον δείκτη υδρογόνου του σχηματισμού, ο οποίος είναι ανάλογος της ποσότητας του υδρογόνου ανά μονάδα όγκου του σχηματισμού κοντά στο φρεάτιο. Να σημειωθεί ότι ο δείκτης υδρογόνου του φρέσκου νερού στις συνθήκες επιφάνειας, λαμβάνεται ίσως με την μονάδα. Σε καθαρούς σχηματισμούς γεμάτους νερό, ωστόσο, η ανταπόκριση των σχηματισμών σχετίζεται άμεσα με το πορώδες. Για τα περισσότερα είδη πετρελαίου, ο δείκτης υδρογόνου θα είναι πρακτικά ίδιος με του νερού. Όμως τα αέρια ή τα ελαφριά κλάσματα πετρελαίου έχουν αισθητά χαμηλότερους δείκτες υδρογόνου, οι οποίοι ωστόσο, ποικίλουν με την θερμοκρασία και την πίεση. Επιπλέον, μια καταγραφή νετρονίων ανιχνεύει χαμηλές τιμές πορώδους όταν υπάρχει παρουσία αερίου στην ερευνώμενη ζώνη. Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί συχνά να χρησιμοποιηθεί για ανίχνευση ζωνών αερίου. Εάν είναι γνωστό ότι ένας σχηματισμός έχει αρκετά ομοιογενές πορώδες, οι ανταποκρίσεις των καταγραφών νετρονίων θα δείξουν τη παρουσία αερίου ή άλλου ρευστού από μόνες τους. Ωστόσο, ένας συνδυασμός καταγραφών πυκνότητας νετρονίων, θα παρέχει μια καθαρή ένδειξή παρουσίας αερίου/ρευστού, καθώς και καλύτερες τιμές πορώδους. Η ποσοτική ανταπόκριση των καταγραφών νετρονίων σε έναν υδροφόρο σχηματισμό, εξαρτάται από τον δείκτη υδρογόνου όπως φαίνεται και στην ακόλουθη εξίσωση: Φ Ν = Φ [(1-S hr )+(S hr * H h / H mf )] 5 όπου: S m = κορεσμό υπολειμμάτων υδρογονανθράκων H h = δείκτης υδρογόνου υδρογονανθράκων H mf = δείκτης υδρογόνου πολφού Η τιμή του δείκτη υδρογόνου υδρογονανθράκων (H h ) μπορεί να προσδιοριστεί αν είναι γνωστή η σύσταση και η πυκνότητα των υδρογονανθράκων (ph). Αν υποθέσουμε ότι υπάρχουν χ άτομα υδρογόνου για κάθε άτομο άνθρακα σε ένα μόριο, τότε θα έχουμε: H h = [x/(12+x)]/[2/(16+2)] ph = [9x/12+x] ph 6 68

69 Για μεθάνιο x=4, έχουμε H h = 1,28 ph και για πετρέλαιο σύστασης η (CH 2 ), x = 2 και H h = 1,28 ph. Αν η σύσταση των υδρογονανθράκων είναι άγνωστη αλλά η πυκνότητα μπορεί να εκτιμηθεί, τότε ο δείκτης υδρογόνου καθορίζεται από την εμπειρική σχέση: H h = 9ph [ (0.9+ph) 2 ] 7 Αυτή η εξίσωση μπορεί να χωριστεί περαιτέρω σε δύο κατά προσέγγιση γραμμικές εξισώσεις εξαρτώμενη από εύρος τιμών του ph όπως φαίνεται παρακάτω: και H h =ph (αν ph = 0.25 ως 0.9) 8 Hh = 2.2 ph (αν ph > 0.25) 9 Ο δείκτης υδρογόνου του πολφού μπορεί να εκφραστεί ως: όπου: H mf = p mf (1-P) 10 P είναι η συγκέντρωση (ppm) του NaCI*10-6 Αντικαθιστώντας αυτές τις τιμές στην εξίσωση για την ανταπόκριση των νετρονίων σε υδροφόρους σχηματισμούς, θα έχουμε: όπου: και όπου: Φ Ν =Φ[(1-S hr )+S hr * (ph+0.3)/p mf (1-P) 11 Ph=0.25 ως 0,9 Φ Ν =Φ[(1-S hr )+S hr *(2.2ph)/p mf (1-P) 12 ph<0,25 69

70 4.5.2 Επίδραση Ανασκαφής Η παρουσία αερίου στη ζώνη που ερευνάται, επηρεάζει περαιτέρω τις καταγραφές με αυτό που λέγεται «επίδραση ανασκαφής». Τα μόρια του αερίου διαχωρίζονται περισσότερο σε σύγκριση με αυτά των υγρών (νερό η πετρέλαιο). Έτσι, τα νετρόνια διανύουν μεγαλύτερη απόσταση μέχρι να αλληλεπιδράσουν με τα μόρια του αερίου. Αυτή η μείωση ενέργειας των νετρονίων είναι βραδύτερη σε ζώνες αερίου, δίνοντας χαμηλότερες τιμές πορώδους. Αυτή η επίδραση του ενδομοριακού «διαστήματος» ονομάζεται «επίδραση ανασκαφής». Αυτή η ανταπόκριση των νετρονίων σε σχηματισμούς υδρογονανθράκων, μπορεί να εκφραστεί ως: Φ Ν =Φ-ΔΦ ΝΗ -ΔΦ ΝΕΧ 13 όπου: και ΔΦ ΝΗ είναι η επίδραση του δείκτη υδρογόνου ΔΦ ΝΕΧ η επίδραση της ανασκαφής Για ΔΦ ΝΗ έχουμε: Α) Για σχηματισμούς παρουσία πετρελαίου ΔΦ ΝΗ =Φ* S hr [p mf (1-P)-ph-0.3]/[p mf (1-P)] 14 Β) Για σχηματισμούς αερίου ΔΦΝΗ=Φ*S br [p mf (1-P)-2.2ph]/[p mf (1-P)] 15 Μια σχέση για την επίδραση της ανασκαφής είναι: ΔΦ ΝΕΧ =Κ(2Φ 2 *S WH +0.4Φ)(1-S WH ) όπου: S WH =S br *H h +(1-S br )*H mf και Κ=(p ma /2.65) 2 70

71 Η τιμή του Κ είναι 1 για αμμόλιθους. 1,046 για ασβεστόλιθους και 1,173 για δολομίτες. Η τελική διόρθωση για την επίδραση των υδρογονανθράκων στις ανταποκρίσεις των καταγραφών νετρονίων για πετρέλαιο ή αέριο, συμπεριλαμβανομένης της επίδρασης ανασκαφής προσεγγίζεται από τη σχέση: (για ph 0,7) ΔΦΝ SWN =Φ*S hr *[p mf (1-P)-1.67ph+0.17]/[p mf (1-P)] 16 Από τη στιγμή που η επίδραση των υδρογονανθράκων στις καταγραφές νετρονίων εξαρτάται από τον κορεσμό των υπολειμμάτων υδρογονανθράκων στη ζώνη έρευνας, τότε η επίδραση είναι πιθανό να είναι μεγαλύτερη στις επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων λόγω του μεγαλύτερου βάθους έρευνας. Μια προσεγγιστική σχέση που συνιστάται σε αυτές τις καταγραφές και περιλαμβάνει την επίδραση της ανασκαφής για τους σχηματισμούς πετρελαίου και αερίου, είναι: (για ph 0.7) ΔΦΝ CN Φ*S hr *[p mf (1-P)-2.67ph+0.87]/p mf (1-P) 17 Ακολουθεί παράδειγμα για να κατανοηθούν όλα τα παραπάνω: ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: Σε έναν καθαρό ασβεστολιθικό σχηματισμό που υπάρχει αέριο, οι επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων δίνουν την τιμή 10% για τον ασβεστόλιθο. Η πυκνότητα του αερίου είναι 0,2 g/cm 3. Η τιμή του R XO είναι 40 ohm-m και το φρεάτιο έχει διανοιχτεί με φρέσκο πολφό. Τέλος, το R mf στη θερμοκρασία του σχηματισμού είναι 0,8 ohm-m. Το πραγματικό πορώδες υπολογίζεται ως εξής: S hr =1-S XO =1-[(a*R mf )/(Φ m *R XO ) 1/n ] Ωστόσο, σε περίπτωση φρέσκου πολφού, pmf=1 και Ρ=0, έχουμε: ΔΦΝ CN =Φ*S hr *( ph) Παίρνοντας a=1 και m=n=2: Φ=ΦΝ CN -[ R mf /R XO ( ph)]/[2.67ph-0.87] Αντικαθιστώντας τις τιμές των ΦΝ CN =0,1, R mf =0,8 Ω-m, R XO =40 Ω-m,ph =0,2 g/cm 3 στην παρακάτω εξίσωση, θα έχουμε: Φ=26,5% 71

72 πραγματικό πορώδες, κορεσμό των υπολειμμάτων αερίων S hr =46,6% και η ανταπόκριση της διορθωμένης τιμής για το ΔΦΝ CN =16,5%. 4.6 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΣΧΙΣΤΟΛΙΘΟΥ Η παρουσία σχιστόλιθου μέσα σε ένα σχηματισμό θα επηρεάσει τις τιμές του πορώδους, οι οποίες θα παρουσιάζονται ιδιαίτερα υψηλές. Η επίδραση του σχιστόλιθου είναι τόσο μεγάλη που μπορεί να αποκρύψει εντελώς την παρουσία ελαφρών υδρογονανθράκων, οι οποίοι μειώνουν τις τιμές του πορώδους. Το πορώδες που βρίσκεται από τις καταγραφές νετρονίων θα είναι μεγαλύτερο από το ενεργό πορώδες, επειδή τα όργανα καταγράφουν όλο το υδρογόνο του σχηματισμού, παρότι ένα μέρος του βρίσκεται σε αργιλώδες μέρος το οποίο δεν ανταποκρίνεται στο ενεργό πορώδες. Αν υποθέσουμε ότι η ανταπόκριση στις καταγραφές νετρονίων ενός σχιστόλιθου που βρίσκεται σε ένα αποθηκευτικό πέτρωμα είναι η ίδια με αυτή γειτονικών σχιστολιθικών κλινών, τότε θα έχουμε: Ν=Φ+V sh *ΦΝ sh 18 Όπου V sh είναι η ολική ποσότητα σχιστόλιθου και είναι ΦΝ sh η καταγραφή των γειτονικών σχιστολιθικών κλινών. Η τιμή του ΦΝ sh εξαρτάται από το είδος του αργίλου και από τις αλλαγές του βάθους και της τοποθεσίας. Επίσης η τιμή του συχνά μειώνεται σταδιακά με την αύξηση του βάθους και κυμαίνεται μεταξύ 0,15 και 0,40. Το ΦΝ sh νομογράφημα του σχήματος 4.15 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρούμε διορθωμένες τιμές πορώδους. Η ανταπόκριση των καταγραφών νετρονίων σε ένα υδρογονανθρακικό σχηματισμό παρουσία σχιστόλιθου θα είναι: ΦΝ=Φ-ΔΦΝΗ-ΔΦ ΝΕΧ +V sh *ΦΝ sh 19 Όπου ΔΦ ΝΗ και ΔΦ ΝΕΧ είναι τα μέρη επίδρασης του δείκτη υδρογόνου και της ανασκαφής. Εννοείται βέβαια, ότι έχει γίνει διόρθωση για την λιθολογία και την επίδραση του περιβάλλοντος. Στη συνέχεια υπάρχει ένα παράδειγμα που εξηγεί όλα τα παραπάνω. 72

73 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: Οι επανορθωτικές καταγραφές νετρονίων σε μια ακολουθία σχιστόλιθου - αμμόλιθου παρουσιάζουν 20% φαινομενικό πορώδες ασβεστόλιθου σε ένα συγκεκριμένο βάθος, όπου η σύσταση του σχιστόλιθου εκτιμάται ότι είναι περίπου 20%. Αντίθετα το πορώδες των γειτονικών σχιστολιθικών κλινών είναι 30%. Χρησιμοποιώντας το νομοδιάγραμμα του σχήματος βρίσκουμε τη διορθωμένη τιμή του πορώδους του αμμόλιθου. Φέρνουμε μια κάθετη γραμμή από τα σημεία V sh = 20% και ΦΝ sh =30%, στη βάση, αφού βεβαία διασταυρωθεί με τη διαγώνια γραμμή του Φ LMS = 20%. Από αυτό το σημείο της διασταύρωσης φέρνεται μια οριζόντια γραμμή, που δίνει το διορθωμένο πορώδες του 14%, προς τη γραμμή του αμμόλιθου. Αυτό γίνεται για να πάρουμε τη διορθωμένη τιμή του πορώδους 18% για ένα συγκεκριμένο βάθος. Σχήμα 4.6.1: Διορθωμένο πορώδες λόγω της λιθολογίας και της παρουσίας σχιστόλιθου. (Επανορθωτικές και πλευρικές καταγραφές νετρονίων). 73

74 5.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ Για να μετρήσουμε την πυκνότητα σε ογκώδεις σχηματισμούς και για να εξισορροπούν οι μετρήσεις για τα «κέικ» διήθησης χρησιμοποιούνται όργανα καταγραφής της Dresser Atlas. Οι καταγραφές μετρούν σε γραμμική κλίμακα την ολική πυκνότητα και μέσω μιας διορθωτικής καμπύλης εμφανίζεται ο βαθμός ισορροπίας που απαιτείται στα δεδομένα της πυκνότητας. Αυτού του τύπου οι καταγραφές περιλαμβάνουν και μια βαθμονομημένη καμπύλη και θα πρέπει να τονίσουμε πως στηρίζονται στο φυσικό φαινόμενο του διασκορπισμού με ακτίνες γ σε συνάρτηση με την ολική πυκνότητα (όπου ορίζεται ως η γενική πυκνότητα που σε ένα πορώδες περιλαμβάνει το στερεό μέρος αλλά και τα ρευστά που γεμίζουν τους πόρους) ενός περιβάλλοντος που δέχεται αυτές τις ακτίνες. Πλάι στο φρεάτιο, ένα μέρος δέχεται μια δέσμη ακτινών γ τα επονομαζόμενα φωτόνια, όπου όταν διατρέξουν το πέτρωμα, κάποιες θα απορροφηθούν ενώ άλλες το διαπερνούν και άλλες διασκορπίζονται. Η ικανότητα ενός σχηματισμού να εξασθενεί αυτόν τον βομβαρδισμό φωτονίων μετράται με την καταγραφή της προσπίπτουσας ακτινοβολίας γ σε 2 ανιχνευτές διαφορετικών αποστάσεων από την πηγή (σχήμα

75 Σχήμα 5.1.1: Διάταξη οργάνων ακουστικών καταγραφών. 5.2 ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΟΡΩΔΟΥΣ ΜΕΣΩ ΤΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ Η ολική πυκνότητα που μετράται από όργανα καταγραφών είναι ο σταθμικός μέσος της πυκνότητας του στερεού πετρώματος και του πορώδους. Έτσι: όπου: P b =Φ*p f +(1-Φ)p ma P b = πυκνότητα του σχηματισμού P f = πυκνότητα του ρευστού των πόρων P ma = πυκνότητα πετρωμάτων χωρίς πόρους Φ= πορώδες Έτσι λύνουμε ως προς Φ για να βρούμε το πορώδες: Φ = p ma p b / p ma - p f Για ζώνες που γνωρίζουμε το p ma, το πορώδες μπορεί να υπολογιστεί βάζοντας μια υποθετική τιμή για την πυκνότητα των ρευστών. Η 75

76 επιλογή του κατάλληλου p ma βασίζεται στη γνώση της λιθολογίας του σχηματισμού που μελετάται. Το πορώδες των ρευστών βρίσκεται στην αβαθή ζώνη έρευνας από τα όργανα μέτρησης οπότε η πυκνότητα λαμβάνεται ίση με τη μονάδα στις περισσότερες περιπτώσεις. Ωστόσο, σε περιπτώσεις σχηματισμών που υπάρχει μεγάλη παρουσία νερού και γίνεται γεώτρηση με πολφούς υψηλής αλατότητας, η πυκνότητα του πετρελαίου τείνει να εξισορροπηθεί με αυτή του πολφού. Ωστόσο, σε περιοχές που υπάρχει αέριο, η χαμηλή πυκνότητα των υδρογονανθράκων επηρεάζει την απόδοση των καταγραφών. Αν δεν ληφθεί αυτό υπόψη, θα οδηγήσει σε λανθασμένη εύρεση υψηλού πορώδους. 5.3 ΕΠΗΡΕΑΣΜΟΣ ΛΟΓΩ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣ ΣΧΙΣΤΟ- ΛΙΘΩΝ Η εύρεση του πορώδους σε καταγραφές πυκνότητας μπορεί να επηρεαστεί από την παρουσία σχιστόλιθων στον σχηματισμό. Η πυκνότητα των σχιστόλιθων ποικίλει ανάλογα την περιοχή, την παρουσία αργιλωδών πετρωμάτων και το βαθμό συμπίεσης. Η σύσταση των σχιστόλιθων εκτείνεται σε ένα μεγάλο εύρος, αλλά η πυκνότητα τους είναι συνήθως μεταξύ 2,2 g/cm 3 και 2,85 g/cm 3. Οι τιμές της πυκνότητας διαφόρων αργιλωδών ορυκτών φαίνονται στον πίνακα Πίνακας 5.3.1: Πυκνότητες αργιλωδών ορυκτών. 76

77 Όταν η πυκνότητα ενός σχιστόλιθου είναι περίπου 2,65 g/cm 3, τότε ένα όργανο καταγραφών πυκνότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ώστε να υπολογιστεί αποτελεσματικά το ενεργό πορώδες σε ένα σχιστόλιθο. Το πορώδες που βρίσκεται από τις καταγραφές πυκνότητας μπορεί να είναι υψηλότερο η χαμηλότερο από το ενεργό πορώδες ενός σχηματισμού αφού εξαρτάται από την τιμή της πυκνότητας του σχιστόλιθου, όπως φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 5.3.1: Πορώδες σε σχέση με την πυκνότητα. Ωστόσο, σε μικρά βάθη, η πυκνότητα ενός σχιστόλιθου είναι μικρότερη, οπότε επηρεάζει σε μεγαλύτερο βαθμό τις μετρήσεις των οργάνων. Επίσης, οι σχιστόλιθοι που είναι διάσπαρτοι ανάμεσα στους πόρους μπορεί να έχουν χαμηλότερη πυκνότητα από τους στρωματοειδής ή φυλλώδης σχιστόλιθους. Η πυκνότητα σε ένα σχιστολιθικό σχηματισμό εκφράζεται ως: P b =Φ*p f +V sh *p sh +(1-Φ-V sh )p ma Το πορώδες δίνεται από τον τύπο: Φ=(p ma -p b /p ma -p f )-V sh* (p ma -p sh /p ma -p f ) 77

78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΛΙΘΟΛΟΓΙΑ ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΣ ΠΟΡΩΔΕΣ 6.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Βασικός ρόλος των καταγραφών πυκνότητας, νετρονίων και ακουστικών είναι (όπως πολύ σωστά αναφέρθηκε κατά την ανάλυσή τους) η μέτρηση του πορώδες. Οι καταγραφικές συσκευές που χρησιμοποιούνται για τις μετρήσεις, έχουν διαφορετική ανταπόκριση στον τύπο τις ιδιότητες των πετρωμάτων και τις συγκεντρώσεων ρευστών (νερό, πετρέλαιο, αέριο) που βρίσκονται στα διάκενα των πόρων. Για μεγαλύτερη ανάλυση και βοήθεια χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό οι τρεις καταγραφές (πυκνότητας- νετρονίων-ακουστικών) με αποτέλεσμα τον βαθύτερο καθορισμό του πορώδους, την ποσότητα των ρευστών των πόρων αλλά και τις λιθολογίας. Αν υποθέσουμε πως έχουμε ένα καθαρό αποθηκευτικό πέτρωμα κάθε εξαγόμενη τιμή πορώδους Φ μπορεί να εκφραστεί ως: Φ (καταγραφές πυκνότητας, νετρονίων) = f (matrix, ολικό πορώδες, ποσότητα και τύπος των ρευστών των πόρων) Φ (ακουστικές καταγραφές) = f (μόνο πρωτογενές πορώδες, συμπίεση, ποσότητα και τύπος των ρευστών των πόρων Οι βασικές καταγραφές μέτρησης του πορώδες σε κλασικά πετρώματα και σε ακολουθίες σχηματισμών κόκκων άμμου-σχιστόλιθου, συνοψίζονται ως εξής: Φ (καταγραφές πυκνότητας) = f (ενεργό πορώδες, ύπαρξη ή απουσία αργίλου, βασισμένη στην πυκνότητα του σχιστόλιθου, ύπαρξη υδρογονανθράκων, ύπαρξη αερίου) Φ (ακουστικές καταγραφές) = f (ενεργό πορώδες, ύπαρξη αργίλου, ύπαρξη υδρογονανθράκων, ύπαρξη αερίου ή πίσσας) Φ (νετρονίων) = f (ενεργό πορώδες, ύπαρξη αργίλου, ύπαρξη υδρογονανθράκων, ύπαρξη αερίου ή πίσσας) 78

79 6.2 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Σχήμα 6.2.1: Ποικιλία οργάνων που ανταποκρίνονται στο πορώδες. Στο παραπάνω σχήμα βλέπουμε μια γραφική απεικόνιση της διαφοροποίησης των παραμέτρων των ακουστικών, νετρονίων και πυκνότητας (καταγραφών) που χρησιμοποιούνται για την μέτρηση του πορώδες ως συνάρτηση της λιθολογίας. Όλα τα δεδομένα αναφέρονται στις ιδιότητες ενός ασβεστολιθικού πετρώματος (Δtma= 47.5 μsec/ft, ΦNEU=0, pm= 2,71 gm/cc). Με τη χρήση των καταγραφών εντοπίζονται σχηματισμοί που περιέχουν ελαφρούς υδρογονάνθρακες και χαμηλής πίεσης αέριο και μας δίνει την ευκαιρία μελέτης των πηγαδιών και εντοπισμού αποδοτικών διακένων που ίσως αποδειχθούν κερδοφόρα. Η παρουσία αερίου υποδηλώνεται από την διαφορετική ανταπόκριση του πορώδους στις καταγραφές νετρονίων ή στις ακουστικές. Το πορώδες από τις καταγραφές νετρονίων είναι πολύ χαμηλό σε σχηματισμούς γεμάτους αέριο. Η ανταπόκριση στις ακουστικές καταγραφές είναι κατά 2% ως 5% υψηλότερη, σε γεμάτους αέριο σχηματισμούς, μετρώντας σε ζώνες υψηλού πορώδους. Σε υπό πίεση σχηματισμούς οι ακουστικές καταγραφές έχουν πολύ καλή απόδοση. Ωστόσο, αφού ομαλοποιηθεί η συμπίεση, η διαφορά της ύπαρξης αερίου είναι ακόμη γεγονός. 79

80 Αφού και οι δύο καταγραφές ανταποκρίνονται στην παρουσία πορώδους και σχιστόλιθων σε έναν σχηματισμό το ίδιο, μια τόσο γρήγορη μελέτη και ταυτοποίηση του αερίου, θα έχει το ίδιο αποτέλεσμα για καθαρά σχιστολιθικά αποθηκευτικά πετρώματα. Μερικές φορές, η παρουσία αερίου μπορεί να ανιχνευτεί από ακουστικές καταγραφές όπως επίσης και από καταγραφές πυκνότητας. Αυτή η τεχνική βρίσκει εφαρμογή κυρίως στα καθαρά και χωρίς σχιστόλιθους κλαστικά πετρώματα. Χάνει την αποτελεσματικότητά της με την αύξηση της «σχιστολιθικότητας» ενός ενδεχόμενου αποθηκευτικού πετρώματος ή συμπιεσμένου σχηματισμού. Κάτω από αυτές τις συνθήκες οι ακουστικές μετρήσεις έχουν υψηλές τιμές λόγω της σχιστολιθικότητας της συμπίεσης και της ύπαρξης αερίου. Η παρουσία αερίου κάνει αισιόδοξες τις μετρήσεις στις καταγραφές πυκνότητας. Το σχήμα δείχνει τις πιθανές ενδείξεις από τις τρεις καταγραφές μέτρησης του πορώδους σε ένα γεμάτο σχιστόλιθους, χαμηλού πορώδους και μη αποδοτικού πηγαδιού στο Κολοράντο. Τα διάκενα των πόρων που περιέχουν αέριο φαίνονται καθαρά από τον διαχωρισμό των καμπύλων των ακουστικών καταγραφών και των καταγραφών νετρονίων. Στα διάκενα που είναι γεμάτα νερό, και οι δυο καμπύλες του πορώδους συμπίπτουν. Αυτή η άποψη ενισχύεται από την εμπειρία μας, ότι δηλαδή οι τιμές του πορώδους που παίρνονται από τις καταγραφές νετρονίων είναι σχεδόν ίδιες με αυτές των ακουστικών καταγραφών σε ένα σχηματισμό με παρουσία άμμου - νερού σχιστόλιθου. Αν απαιτείται, γίνεται στις ακουστικές καταγραφές διόρθωση λόγω της συμπίεσης. Ωστόσο, οι καταγραφές νετρονίων και πυκνότητας επηρεάζονται διαφορετικά η μία από την άλλη λόγω της «σχιστολιθικότητας». Η «σχιστολιθικότητα», ως έναν βαθμό, μπορεί να αποκρύψει την παρουσία αερίου κατά την διάρκεια τέτοιων συνδυασμών. Αυτό φαίνεται καθαρά και στο σχήμα Οι ενδείξεις των καταγραφών πυκνότητας νετρονίων, είναι μάλλον απαισιόδοξες. Μόνο στους καθαρούς, με υψηλή διαπερατότητα τομείς που υπάρχει αέριο, γίνονται οι ενδείξεις αυτού του συνδυασμού κατάλληλες. Η διαφορετική ανταπόκριση των μετρήσεων πορώδους σε γεμάτους νερό σχηματισμούς αμμόλιθων, είναι μια ένδειξη ύπαρξης σχιστόλιθων. 80

81 Σχήμα 6.2.2: Ένδειξη αερίου. 6.3 ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΣ ΠΟΡΩΔΕΣ Η ύπαρξη δευτερογενούς πορώδους γίνεται γνωστή έπειτα από μετρήσεις καταγραφών νετρονίων πυκνότητας ή ακουστικών σε ένα τομέα ανθρακικών ενώσεων χωρίς σχιστόλιθους αέριο ή ασβεστόλιθους. Γενικά, ισχύει πως η διαφορά στην ανταπόκριση του ολικού πορώδους σε καταγραφές πυκνότητας ή νετρονίων μετράται με ακουστικές καταγραφές. Χαμηλές τιμές ολικού πορώδες θα έχουμε όταν υπάρχει δευτερογενές πορώδες και μετρηθεί με ακουστικές καταγραφές. Τέλος μία ενδιαφέρουσα παρατήρηση είναι η ανταπόκριση των θερμικών και επιθερμικών καταγραφών νετρονίων όπως των αντισταθμισμένων και 81

82 πλευρικών καταγραφών. Για να επιτευχθεί ο διαχωρισμός των τιμών στον τομέα που υπάρχει δολομίτες με τις τιμές των αντισταθμισμένων καταγραφών, να είναι καλύτερες από αυτές των πλευρικών, θα πρέπει να γίνει ταυτόχρονη χρήση των δύο καταγραφών σε ένα πηγάδι. 82

83 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΕΥΡΕΣΗ ΠΟΡΩΔΟΥΣ ΒΑΣΙΣΜΕΝΗ ΣΕ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ 7.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σ αυτό το κεφάλαιο θα δούμε πως με την βοήθεια της λιθολογίας και τον συνδυασμό των καταγραφών θα οδηγηθούμε στην εύρεση του πορώδους. Εάν γνωρίζαμε την λιθολογική σύνθεση ενός πετρώματος, οι πληροφορίες που θα μας έδινε για την πυκνότητα τα ακουστικά κύματα αλλά και την ανταπόκριση στα νετρόνια θα μας οδηγούσε στο να πάρουμε σωστές τιμές για το πορώδες. Όμως έχει αποδεχτεί πως η λιθολογία αλλάζει και πως οι καταγραφές πυκνότητας νετρονίων ή ακουστικές αντιδρούν στην λιθολογία όπως και στο πορώδες. Γι αυτό μια καλή λύση στο πρόβλημα μας θα ήταν να χρησιμοποιήσουμε ένα συνδυασμό των παραπάνω αναφερόμενων καταγραφών για την μέτρηση του πορώδους και συγκρίνοντας τα αποτελέσματα να έχουν μια σωστή και στοιχειοθετημένη ένδειξη των συνθέσεων (λιθολογικής) του πετρώματος. Στην πραγμάτωση αυτής της ιδέας παίζουν σημαντικό ρόλο ο αριθμός των συσκευών μέτρησης του πορώδες αλλά και η πολυπλοκότητα του πετρώματος. Δυο καταγραφές μετρούν δυο λιθολογικές συστάσεις. Οπότε τρεις καταγραφές καθορίζουν τρεις λιθολογικές συστάσεις. Τέλος πιο αξιόπιστες πληροφορίες θα παρθούν από δυο καταγραφές μέτρησης του πορώδους που χρησιμοποιούνται μαζί παρά ξεχωριστά. Εφόσον όμως υπάρχουν δυο γνωστά ορυκτά με δυο καταγραφές πορώδους θα έχουμε καλύτερες αναλογίες οπότε καλύτερο πορώδες απ ότι θα χρησιμοποιήσουμε μια καταγραφή. Η τεχνική των μετρήσεων του πορώδους με δυο συσκευές σημαίνει ότι είναι τύπος αποθηκευτικού πετρώματος με δυο ορυκτά μπορεί να παρθεί για την εύρεση των ολικών ποσοστών του κάθε ορυκτού και του πορώδους. Ακολουθούν οι εξισώσεις που το αποδεικνύουν: (1) Δt = ΦΔt f + V 1 Δt ma1 + V 2 Δt ma2 (2) Φ Ν = Φ(Φ Ν ) f + V 1 (Φ Ν ) ma1 + V 2 (Φ Ν ) ma2 (3) pb = Φp f + V 1 p ma1 + V 2 p ma2 83

84 όπου (4) 1,0 = Φ + V 1 + V 2 Φ = πορώδες V k, k = 1,2 = ολικό ποσοστό του στερεού μέρους. Χ ma1, k = 1,2 = ανταπόκριση Χ της καταγραφής στο καθαρό ορυκτό % πορώδους. Κάθε μια από τις εξισώσεις ( 1 ως 3 ) αναπαριστά τον διαχωρισμό από την συνολική ανταπόκριση στις καταγραφικές συσκευές, στα αντίστοιχα ρευστά και στερεά σωματίδια. Μόνο δύο από τις εξισώσεις (1,2 ή 3) χρειάζεται να συνδυαστούν με την (4) για την επίλυση του συστήματος εξισώσεων. 7.2 ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ - ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ Ο συνδυασμός καταγραφών πυκνότητας νετρονίων είναι μάλλον το πιο συνηθισμένο είδος μέτρησης, διπλού ορυκτού που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του πορώδους. Όπως σε κάθε τεχνική με δύο πορώδη, έτσι και σε δύο ορυκτά η λιθολογία πρέπει να υποτεθεί. Αυτό σημαίνει ότι η παρουσία σχιστόλιθου θα πρέπει να προσδιοριστεί ή να εξαλειφθεί από το όργανο ανταπόκρισης πριν εφαρμοσθεί αυτή η μέθοδος. Το σχήμα δείχνει την κατά προσέγγιση τοποθεσία μεγάλων, καθαρών, στερεών κομματιών. Το σχήμα δείχνει την τοποθεσία των πιο κοινών αποθηκευτικών ορυκτών με τις γραμμές των μητρικών ρευστών να κλιμακώνονται ως τομείς του πορώδους. 84

85 Σχήμα 7.2.1: Τοποθεσία ορυκτών. 85

86 Σχήμα 7.2.2: Προσδιορισμός πορώδους και λιθολογίας από συνδυασμό καταγραφών πυκνότητας λιθολογίας. 86

87 7.3 ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ ΑΚΟΥΣΤΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ Ο συνδυασμός καταγραφών νετρονίων ακουστικών καταγραφών, όπως αυτός της πυκνότητας νετρονίων, χρησιμοποιείται συχνά για τον καθορισμό του πορώδους. Η καλή γραμμή διαχωρισμού της λιθολογίας και η ακρίβεια ανάλυσης του πορώδους, κάνουν αυτό τον συνδυασμό χρήσιμο σε καθαρά αποθηκευτικά πετρώματα με επικρατών το πρωτογενές πορώδες. Το κύριο μειονέκτημα αυτού του συνδυασμού είναι ότι και οι δύο συσκευές (ακουστικές και νετρονίων), μπορεί να εμφανίσουν υψηλά ποσοστά ύπαρξης σχιστόλιθου. Αυτό σημαίνει ότι ένα μικρό λάθος στην εμφάνιση της ύπαρξης σχιστόλιθου και στις δύο συσκευές, μπορεί να οδηγήσει σε λάθος υπολογισμό του πορώδους. Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι οι ακουστικές συσκευές δεν ανιχνεύουν το πορώδες των κοιλοτήτων. Ο συνδυασμός καταγραφών (νετρονίων ακουστικών), θα υπολογίσει απογοητευτικές τιμές πορώδους σε συνδυασμούς που περιέχουν δευτερογενές πορώδες (κοιλότητες, ρήγματα). Το σχήμα παρέχει λύσεις για καθαρά ή επηρεασμένα από σχιστόλιθους, διορθωμένα δεδομένα, όπου ο συμψηφισμός έχει γίνει για την παρουσία υδρογονανθράκων και δευτερογενούς πορώδους. 7.4 ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ- ΑΚΟΥΣΤΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ Αυτός ο συνδυασμός είναι ο λιγότερο εύχρηστος από οποιονδήποτε άλλον. Το σχετικό εκτόπισμα των καθαρών στερεών κομματιών και η μικρή απόσταση των γραμμών του πορώδους, κάνουν αυτό το συνδυασμό να έχει λάθη (στην καλύτερη περίπτωση) κατά τον προσδιορισμό του πορώδους. Αυτός ο συνδυασμός πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο για τον υπολογισμό των σχιστόλιθων όταν τα φρεάτια δεν έχουν ανωμαλίες στην μορφή. 87

88 Σχήμα 7.3.1: Προσδιορισμός πορώδους και λιθολογίας από τον συνδυασμό καταγραφών νετρονίων ακουστικών καταγραφών. 88