OSNOVI GEOFIZIČKOG KAROTAŽA Prvo predavanje Uvod
Nastavnik dr Ivana Vasiljević docent
Saradnik dipl. inž. Dragana Petrović student doktorslih studija
Osnovi geofizičkog karotaža - statistika Školska godina 2009/10 2010/11 2011/12 2012/13 2013/14 Prijavljeno na kurs 46 38 21 32 46 Steklo uslov za usmeni ispit Položilo 42 32 19 30 46 u junu 26 19 12 8 18 u julu - 8 4 15 8 u avgustu 10 2 1 3 7 u septembru 5 1 2 4 10 ukupno 41 30 19 30 43
Osnovi geofizičkog karotaža - statistika Školska godina Ocena 6 7 8 9 10 Prosečna ocena 2009/2010 0 1 9 13 18 9.17 2010/2011 2 3 6 9 10 8.73 2011/2012 0 2 0 9 8 9.21 2012/2013 0 0 7 9 14 9.23 2013/2014 2 6 8 8 19 8.84 ukupno 4 12 30 48 69 9.02
Predispitne obaveze aktivno prisustvo na predavanjima aktivno prisustvo na vežbama Ocenivanje poena Ispit poena 5 (min. 4) 5 (min. 4) izrada vežbi 10 domaći zadaci 10 kolokvijumi (3) 30 usmeni ispit 40 (min. 20) ukupno 60 (min. 30)
Geofizički karotaž (GFK) obuhvata geofizička merenja u bušotinama različitim tipovima instrumenata, obradu dobijenih podataka i interpretaciju rezultata istraživanja. Cilj primene geofizičkog karotaža je određivanje geoloških i fizičkih svojstava nabušenih formacija stena i formiranje modela građe delova Zemljine kore. Geofizički karotaž se najčešće primenjuje u okviru kompleksnih istraživanja, koja obuhvataju primenu različitih vrsta geofizičkih istraživanja na površi terena, geološka i druga istraživanja.
Geofizička merenja u bušotini vrše se duž linije, čiji pravac odgovara pravcu pružanja bušotine. Za razliku od geofizičkih merenja na površi terena, merenja geofizičkim karotažom vrše se u punom prostoru. Rezolucija podataka merenja geofičkim karotažom znatno je veća od rezolucije podataka sličnih geofizičkih merenja na površi terena, ali je zapremina stena obuhvaćenja merenjima ( zahvat ) daleko manja kod merenja u bušotinama.
OSNOVNI POJMOVI Pre izučavanja pojedinačnih postupaka geofizičkog karotaža (GFK), biće par rečio: osnovnim svojstvima stena, koja se istražuju geofizičkim karotažom, primeni geofizičkog karotaža u različite svrhe, podeli geofizičkih karotažnih uređaja, načinu rada geofizičkih karotažnih uređaja.
Osnovna svojstva stena Geofizička karotažna merenja mogu da se vrše u svim vrstama stena: sedimentnim, magmatskim i metamorfnim. Sa aspekta istraživanja ugljovodonika, vode, geotermalne energije, uglja i mnogih mineralnih sirovina, najinteresantnije su sedimentne stene.
Svojstva sedimentnih formacija, kao što su: - litološki i mineralni sastav, -veličina, distribucija i sortiranost zrna, - poroznost, - zasićenje fluidima, - permeabilnost, - debljina i lateralno prostiranje geoloških facija, itd., određuju depozicionu sredinu i posledica su uslova koji su vladali tokom geološke istorije. Poznavanje ovih svojstava omogućava rekonstrukciju uslova, koji su vladali tokom nastanka depozicione sredine (energija depozicije, relativna dubina vode, pravci paleotransporta, udaljenost izvora sedimentnog materijala, itd.), a koji su u direktnoj vezi sa formiranjem ležišta vode, mineralnih i energetskih sirovina.
Litološke karakteristike sedimentnih stena Sa aspekta istraživanja vode i ugljovodonika, najinteresantnije su klastične i hemijske sedimentne stene. Klastične sedimentne stene (peščar, glina, konglomerati, itd.) nastaju mehaničkim raspadanjem magmatskih, metamorfnih i sedimentnih stena. Svojstva klastičnih stena zavise od mineralnog sastava; veličine, oblika i načina pakovanja zrna; sastava, količine i distribucije cementnog veziva; poroznosti; sadržaja različih vrsta fluida u porama; sklopa (struktura i tekstura); uslova taloženja; stepena dijageneze; dubine na kojoj se nalaze; starosti; geološke istorije i tektonskih karakteristika prostora.
Kod istraživanja ležišta nafte i gasa, veliki značaj imaju šejlovite formacije (oko 97% do sada otkrivenih kolektora ugljovodonika sadrži šejl u nekom obliku). Šejl je finozrni klastični sediment sastavljen od minerala glina (oko 60%), kvarca i rožnaca (oko 20%), kao i feldspata, liskuna, drugih minerala i organskih materija (oko 20%). Najčešći minerali glina u šejlu su ilit i hlorit. Razlikuju se tri osnovna tipa šejla: laminarni (u obliku lamina, koje razdvajaju peskovite proslojke), strukturni (u obliku zrna u matriksu čvrste faze) i dispergovani (ispunjava deo pornog prostora između zrna matriksa).
Šejl nastaje u sredinama sa niskom energijom taloženja (dubokovodne marinske sredine, delte). Visok sadržaj organske materije u šejlu omogućava generisanje ugljovodinaka, što šejl, pored karbonata, čini najznačajnijim tipom matične stene. Prisustvo šejla u formaciji značajno smanjuje poroznost i permeabilnost stene, što loše utiče na proizvodnju ugljovodonika iz šejlovitih kolektora. Sa druge strane, šejlovite formacije su najzastupljenije pokrovne (povlatne) stene ležišta ugljovodonika, pogodne kao zamke za formiranje ležišta.
Hemijske sedimentne stene (krečnjak, dolomit, anhidrit, itd.) nastaju hemijskim taloženjem iz prezasićenih rastvora. Karbonati su izuzetno značajni u hidrogeologiji, a predstavljaju i najznačajnije hemijske sedimente u naftnoj industriji, jer se gotovo 50% svih svetskih akumulacija nafte i gasa nalazi u karbonatnim kolektor stenama.
Poroznost Poroznost (Φ) predstavlja odnos zapremine pora (V p ) prema ukupnoj zapremini stene (V): Φ = V p V. Poroznost se, obično, izražava u procentima. Ovako definisana poroznost često se naziva i ukupna poroznost.
Za istraživanje ležišta vode i ležišta ugljovodonika mnogo je značajnija efektivna poroznost stene, koja predstavlja odnos zapremine povezanih pora (pora ispunjenih mobilnim fluidima) prema ukupnoj zapremini stene. U nekonsolidovanim i slabo konsolidovanim sedimentnim stenama ukupna poroznost je približno jednaka efektivnoj, dok je u jako konsolidovanim stenama ukupna poroznost obično mnogo veća od efektivne. Poroznost sedimentnih stena može da varira u širokom opsegu (Tabela 1).
Tabela 1. Poroznost (Φ) sedimentnih stena STENA Φ [ % ] STENA Φ [ % ] STENA Φ [ % ] šljunak 20-38 glina 1-63 evaporati 0-5 pesak 30-48 krečnjak 0-38 peščar 0-55 laporac 2-31 dijatomejska zemlja 59-92 les 20-70 dolomit 3-9 tlo 23-69 mulj 2-42 kreda 17-43 aluvijum 20-70
Osnovni tipovi poroznosti Stene se odlikuju različitim tipovima poroznosti. Osnovni kriterijumi, po kojima se definišu tipovi poroznosti, su poreklo pora i struktura poroznosti. Prema poreklu pora, poroznost se deli na primarnu sekundarnu. i
Primarna poroznost nastaje za vreme nastanka same stene, dok sekundarna poroznost obuhvata one pore, prsline i šupljine koje su nastale nakon litifikacije stenskih masa, pod dejstvom novih faktora na stenu. Sekundarna poroznost najčešće nastaje pod dejstvom mehaničkih naprezanja (pukotine i prsline) i hemijskog rastvaranja (kaverne, kanali i sl.), biohemijskim dejstvom biljnih i životinjskih organizama, kao i fizičko-hemijskim raspadanjem stenskih masa u procesu promene klimatskih faktora.
Po strukturi poroznosti, razlikuju se tri osnovna (najzastupljenija) tipa poroznosti: međuzrnska, pukotinska i kavernozna. Međuzrnska poroznost se sastoji iz agregata pora, koje zauzimaju prostor između zrna (granula) stene. Karakteristična je za klastične sedimentne stene (primarna poroznost), dok se kod ostalih vrsta stena javlja u zonama raspadanja, u površinskom delu rasprostranjenja (sekundarna poroznost).
Pukotinska poroznost nastaje delovanjem mehaničkih sila na stensku masu, usled čega se obrazuju razni tipovi diskontinuiteta. Najčešći uzroci nastanka pukotinske poroznosti su dejstvo tektonskih napona, kontrakcija usled hlađenja magme ili dehidratacije stene, fizičko i hemijsko raspadanje, dejstvo mraza, gravitacije i tehnogenih faktora. Karakteristična je za magmatske, metamorfne i čvrste sedimentne stene. Kavernozna (disoluciona) poroznost predstavlja sekundarni tip poroznosti, koji se javlja u stenama rastvorljivim u vodi (većina hemijskih i organogenih sedimentnih stena i njihovi metamorfni oblici). Prethodi joj pukotinska poroznost, a nastaje kao posledica fizičko-hemijskog dejstva vode na stenu, pri čemu se pukotine i prsline proširuju i nastaju šupljine, kanali i kaverne, često velikih dimenzija. Najčešće se javlja kod hemijskih sedimentnih stena (karbonata i evaporata).
Zasićenje fluidima Odnos zapremine fluida u porama i ukupne zapremine pora predstavlja stepen zasićenja fluidima (saturacija). Na primer, zasićenje vodom (S w ) dato je kao odnos zapremine vode u porama (V w ) i zapremine pora (V p ): S = w Zasićenje fluidima se, obično, izražava u procentima, a daje se za svaki tip fluida (voda, nafta, gas) posebno. V V w p.
Zasićenje vodom kolektor stena varira u širokom opsegu, od 100% zasićenja (porni prostor potpuno ispunjen vodom) do relativno malih vrednosti, ali nikada nije jednako nuli. U stenama uvek postoji izvesna količina vezane vode (kapilarna, apsorpciona i hidrataciona voda).
Kolektor stene ležišta ugljovodonika mogu da sadrže i mobilnu (slobodnu) vodu, koja se, zbog veće gustine, nalazi ispod ugljovodinika u kolektor steni. Nakon eksploatacije ugljovodinika iz ležišta, u steni se zadržava izvesna količina ugljovodonika (rezidualni ugljovodonici), koja nikakvim postupcima ne može da se iscrpi iz ležišta. Pravilna procena zasićenja rezidualnim ugljovodonicima omogućava proračun koeficijenta iskorošćenja ležišta (procenat ukupnih rezervi ugljovodonika, koji je moguće eksploatisati).
Permeabilnost Permeabilnost (propusnost) predstavlja meru lakoće, kojom fluid, određene viskoznosti, može da teče kroz poroznu sredinu. Za određenu vrstu stene i homogeni fluid, permeabilnost je konstantna, pod uslovom da nema interakcije između stenei fluida (fluid ne deluje na stenu ni hemijski, ni fizički). Da bi bila permeabilna, stena mora da ima povezane pore, pukotine i šupljine. Postoje tri tipa permeabilnosti: apsolutna, efektivna i relativna.
Apsolutna permeabilnost je stepen propusnosti jednog homogenog fluida kroz određenu stenu (pod pretpostavkom da u steni nema drugih fluida). Zavisi od vrste fluida i tipa poroznosti stene. Efektivna permeabilnost je propusnost stene za neki fluid, koji se kroz stenu kreće u prisustvu drugih fluida. Zavisi od vrsta fluida u steni i stepena zasićenja različitim fluidima, temperature, pritiska, kao i od svojstava stene. Efektivna permeabilnost je uvek manja od apsolutne. Relativna permeabilnost je odnos efektivne i apsolutne permeabilnosti stene za neki fluid, a zavisi od vrste fluida u steni i zasićenja fluidima. Na primer, tokom eksploatacije ugljovodonika iz ležišta, relativna permeabilnost se stalno menja za sve fluide u ležištu (sa smanjenjem zasićenja naftom opada relativna permeabilnost nafte, a raste relativna permeabilnost vode).
Salinitet vode Salinintet je količina soli u slojnoj vodi, odnosno masa rastvorene soli u jedinici zapremine vode. Voda u formaciji može da bude manje ili više mineralizovana. Voda na malim dubinima obično sadrži manju količinu rastvorenih soli (slabije mineralizovana), dok je voda na većim dubinama uglavnom jače mineralizovana (sadrži veću količinu rastvorenih soli). Salinitet slojne vode zavisi i od tipa i starosti stene, fizičkih i hemijskih procesa koji se dešavaju u formaciji, kao i od niza drugih faktora. Salinitet slojne vode prevashodno utiče na električna svojstva formacije.
Temperatura Promena (priraštaj) vrednosti temperature sa dubinom, ispod granice sezonskih promena temperature, predstavlja geotermalni gradijent. Za gornje delove Zemljinje kore može da se smatra da geotermalni gradijent ima konstantnu vrednost (prosečno oko 30 o C/km ), koja može da se odredi na osnovu merenja temperature na dnu i vrhu bušotine i merenja dubine bušotine.
Poznavanje temperature formacija na različitim dubinama omogućava korektnu procenu drugih fizičkih svojstava formacije, čija vrednost zavisi od temperature. Ako u blizini bušotine postoje izvori toplote (neohlađene magmatske i vulkanske stene, termalne vode, izvori radioaktivnog zračenja), koji izazivaju anomalije temperature, neophodna su precizna merenja temperature duž cele bušotine.
Da li ima pitanja? Ne postoje glupa pitanja. Postoje samo studenti, koji su suviše stidljivi da postave pitanje i nastavnici, koji su suviše sujetni da priznaju da ne znaju odgovor.