OSNOVI GEOFIZIČKOG KAROTAŽA

Prvo predavanje

Uvod

Nastavnik

dr Ivana Vasiljevićdocent

Saradnik

dipl. inž. Dragana Petrovićstudent 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

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

Položilo

Osnovi geofizičkog karotaža - statistika

OcenaŠkolska godina6 7 8 9 10

2009/2010 0 1 9 13 18 9.172010/2011 2 3 6 9 10 8.732011/2012 0 2 0 9 8 9.212012/2013 0 0 7 9 14 9.232013/2014 2 6 8 8 19 8.84ukupno 4 12 30 48 69 9.02

Prosečna ocena

OcenivanjePredispitneobaveze

poena Ispit poena

aktivno prisustvo na predavanjima

5(min. 4)

usmeni ispit 40

(min. 20)

aktivno prisustvo na vežbama

5(min. 4)

izrada vežbi 10

domaći zadaci 10

kolokvijumi (3) 30

ukupno 60(min. 30)

Geofizički karotaž (GFK) obuhvatageofizička merenja u bušotinama različitimtipovima instrumenata, obradu dobijenihpodataka i interpretaciju rezultata istraživanja.

Cilj primene geofizičkog karotaža jeodređivanje geoloških i fizičkih svojstavanabušenih formacija stena i formiranje modelagrađe delova Zemljine kore.

Geofizički karotaž se najčešće primenjuje u okviru kompleksnih istraživanja, kojaobuhvataju primenu različitih vrstageofizičkih istraživanja na površi terena, geološka i druga istraživanja.

Geofizička merenja u bušotini vrše se dužlinije, čiji pravac odgovara pravcupružanja bušotine.

Za razliku od geofizičkih merenja napovrši terena, merenja geofizičkimkarotažom vrše se u “punom prostoru”.

Rezolucija podataka merenja geofičkimkarotažom znatno je veća od rezolucijepodataka sličnih geofizičkih merenja napovrši terena, ali je zapremina stenaobuhvaćenja merenjima (“zahvat”) dalekomanja kod merenja u bušotinama.

OSNOVNI POJMOVI

Pre izučavanja pojedinačnih postupakageofizičkog karotaža (GFK), biće par reči o:

• osnovnim svojstvima stena, koja se istražuju geofizičkim karotažom,

• primeni geofizičkog karotaža u različitesvrhe,

• 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 suvladali tokom geološke istorije.

Poznavanje ovih svojstava omogućava rekonstrukciju uslova, koji su vladali tokom nastanka depozicione sredine (energijadepozicije, 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 (Vp) premaukupnoj zapremini stene (V):

.

Poroznost se, obično, izražava u procentima.

Ovako definisana poroznost često se naziva i ukupnaporoznost.

VVp=Φ

Za istraživanje ležišta vode i ležišta ugljovodonika mnogo jeznačajnija efektivna poroznost stene, koja predstavlja odnoszapremine povezanih pora (pora ispunjenih mobilnim fluidima) prema ukupnoj zapremini stene.

U nekonsolidovanim i slabo konsolidovanim sedimentnimstenama ukupna poroznost je približno jednaka efektivnoj, dokje u jako konsolidovanim stenama ukupna poroznost običnomnogo 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 - 38dijatomejska

zemlja 59 - 92peščar 0 - 55 laporac 2 - 31

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 i sekundarnu.

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 zamagmatske, metamorfne i čvrste sedimentne stene.

Kavernozna (disoluciona) poroznost predstavlja sekundarnitip poroznosti, koji se javlja u stenama rastvorljivim u vodi(većina hemijskih i organogenih sedimentnih stena i njihovimetamorfni oblici). Prethodi joj pukotinska poroznost, a nastajekao posledica fizičko-hemijskog dejstva vode na stenu, pričemu se pukotine i prsline proširuju i nastaju šupljine, kanali i kaverne, često velikih dimenzija. Najčešće se javlja kodhemijskih sedimentnih stena (karbonata i evaporata).

Zasićenje fluidima

Odnos zapremine fluida u porama i ukupne zapremine porapredstavlja stepen zasićenja fluidima (saturacija).

Na primer, zasićenje vodom (Sw) dato je kao odnos zapreminevode u porama (Vw) i zapremine pora (Vp):

.

Zasićenje fluidima se, obično, izražava u procentima, a daje se za svaki tip fluida (voda, nafta, gas) posebno.

p

ww V

VS =

Zasićenje vodom kolektor stena varira u širokom opsegu, od100% 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 ispodugljovodinika u kolektor steni.

Nakon eksploatacije ugljovodinika iz ležišta, u steni se zadržavaizvesna količina ugljovodonika (rezidualni ugljovodonici), kojanikakvim postupcima ne može da se iscrpi iz ležišta.

Pravilna procena zasićenja rezidualnim ugljovodonicimaomogućava proračun koeficijenta iskorošćenja ležišta (procenatukupnih rezervi ugljovodonika, koji je moguće eksploatisati).

Permeabilnost

Permeabilnost (propusnost) predstavlja meru lakoće, kojom fluid, određene viskoznosti, može da teče krozporoznu sredinu.

Za određenu vrstu stene i homogeni fluid, permeabilnost jekonstantna, pod uslovom da nema interakcije između stene i 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 sadržimanju količinu rastvorenih soli (slabije mineralizovana), dokje 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 nizadrugih faktora. Salinitet slojne vode prevashodno utiče naelektrična svojstva formacije.

Temperatura

Promena (priraštaj) vrednosti temperature sadubinom, ispod granice sezonskih promenatemperature, predstavlja geotermalni gradijent.

Za gornje delove Zemljinje kore može da se smatra da geotermalni gradijent ima konstantnuvrednost (prosečno oko 30oC/km ), koja može dase odredi na osnovu merenja temperature na dnui vrhu bušotine i merenja dubine bušotine.

Poznavanje temperature formacija na različitimdubinama omogućava korektnu procenu drugihfizičkih svojstava formacije, čija vrednost zavisiod temperature.

Ako u blizini bušotine postoje izvori toplote(neohlađene magmatske i vulkanske stene, termalne vode, izvori radioaktivnog zračenja), koji izazivaju anomalije temperature, neophodnasu precizna merenja temperature duž celebušotine.

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.