11/03/2012

1

Bušotinska karotaža

Preddiplomski studij Naftnog rudarstvaIV semestar

Petrofizikalna i električna svojstva stijena

1

Petrofizikalna svojstva stijena

Poroznost

Propusnost

Najvažniji parametri za određivanje volumena ležišta i protoka fluida.Propusnost

Poroznost ili šupljikavost (eng. Porosity)

Volumen pora u stijeni u odnosu na ukupni volumen stijene

VVV

2

[ ]% uk

muk

uk

p

VVV

VV −

==φ Vp - volumen poraVm – volumen matriksaVuk – ukupni volumen (mineralnog

dijela zajedno s pornim prostorom)

11/03/2012

2

[ ]% uk

muk

uk

p

VVV

VV −

==φ

Poroznost

Sw – zasićenje vodom(1 – Sw) – zasićenje ugljikovodicima

Primarnarezultat je taložnih uvjeta u kojima

je nastala stijena karakteristična za zrnate stijenes

utjecaj položaja zrna

Kubično slaganje Romboedarsko slaganje

Poroznost

j(međuzrnska poroznost)- ovisi o rasporedu i veličini zrna

utjecaj granulometrijskog sastava i cementacije međuzrnskog prostora

Sekundarnanastala nakon formiranja stijene

- tektonskim silama - pukotinskaporoznost- otapanjem (npr vapnenac) -

4

poroznost u vapnencu zbog proširenja primarnih šupljina uslijed otapanja

pukotinska poroznost nastala lomljenjem

- otapanjem (npr. vapnenac) -pukotinsko-disolucijskaporoznost)

(Prema Meinzeru, 1942)

11/03/2012

3

Utjecaj kompakcije i cementacijePoroznost

Ukupna i efektivna poroznostukupna poroznost - ukupni porni prostor bez obzira na to da li

su pore povezane ili ne

5

su pore povezane ili neefektivna poroznost - pore koje su međusobno povezane

→ može biti i nekoliko redova veličine manja od ukupne poroznosti

Kod ležišta ugljikovodika važno je odrediti efektivnu poroznost→ jer je kroz povezane pore moguće ostvariti protok fluida

Mjerenje poroznosti

1. Mjerenje na jezgrama u laboratoriju (uz simulaciju ležišnih uvjeta temperature i tlaka)

Poroznost

2. Mjerenje “in situ” pomoću geofizičkih mjerenja u bušotini• zvučne (akustične) karotaže• karotaže gustoće• neutronske karotaže• (karotaže otpornosti)

6

→ neizravan način; najčešće se kombiniraju rezultati nekoliko karotažnih metoda

11/03/2012

4

Propusnost stijena (eng. Permeability)

opisuje mogućnost protjecanja fluida kroz porni prostor – svojstvo stijene

do protoka fluida dolazi uslijed gradijenta tlaka

pk ΔDarcyjeva jednadžba:

lpAkq Δ

=μ

q – obujamski protok (m3/s)μ – viskoznost fluida (Pa×s)Δp – razlika tlaka na udaljenosti l (Pa)l – duljina uzorka (m)A – površina poprečnog presjeka uzorka (m2)k propusnost; mjerna jedinica u SI sustavu je m2

7

U cgs-sustavu: D(darcy)Za propusnost stijena koristi se: mD(milidarcy) = 10-3 D

1 D ≈ 10-12 m2 =1 µm2 1 mD ≈ 10-3 µm2

k – propusnost; mjerna jedinica u SI-sustavu je m2

Propusnost stijena

apsolutna propusnost – propusnost za pojedinačni fluid unutar stijene, ako između fluida i stijene ne dolazi do reakcije

efektivna propusnost - sposobnost protjecanja pojedinog fluida, ali u e e t a p opus ost sposob ost p otjeca ja pojed og u da, a uslučaju kada je stijena zasićena s više faza koje se međusobno ne miješaju→ npr. u ležištu koje sadrži plin i slojnu vodu efektivna propusnost ovisi o relativnim odnosima zasićenja pojedinačnih fluida te vrsti ležišta (s obzirom na litologiju i efektivnu poroznost)

relativna propusnost - odnos efektivne propusnosti za pojedinačni fluid i apsolutne propusnoti za isti fluid u slučaju kada bi stijena bila zasićena

8

samo tim fluidom

kkk w

rw = krw – relativna propusnost za vodukw – efektivna propusnost za voduk – apsolutna propusnost

kkk o

ro = kro – relativna propusnost za naftuko – efektivna propusnost za naftu

11/03/2012

5

Električna svojstva stijena

Otpor (r) – omjer napona i jakosti električne struje (eng. resistance)- mjerna jedinica: ohm (Ω)- inverzna vrijednost vodljivosti (eng. conductance)j j ( g )

V

Ohmov zakon: jakost struje kroz vodič biti će veća što je veći napon među njegovim krajevima i što je manji otpor strujnog kruga u kojem se nalazi vodič

I = U/rA

Električna otpornost (R ili ρ) – svojstvo materijala vodiča (stijene)(eng. Resistivity)

Def.: otpor vodiča jedinične površine presjeka i jedinične duljine

Električna otpornost

p j p p j j j

)(Ω=ALr ρ

ρ – el. otpornost [Ωm]L – duljina vodiča [m]A – površina poprečnog presjeka [m2]

ć d lji ći tveća duljina → veći otporveća površina → manji otporSpecifična električna vodljivost (σ):

(eng. Conductivity)

(siemens/m)ρ

σ 1=

11/03/2012

6

Širenje struje kroz stijene

Tok struje u stijenama i tlu (kretanje nosioca el. naboja) odvija se na tri glavna načina:1. Elektrolitička vodljivost → najčešće

• odvija se kretanjem iona u elektrolitičkom fluidu• odvija se kretanjem iona u elektrolitičkom fluidu• ovisi o vrsti iona, koncentraciji iona i pokretljivosti iona

2. Elektronska vodljivost (kao u metalima)• kretanjem elektrona u metalnim oksidima i sulfidnim rudama

3. Dielektrična vodljivost• vrlo slaba vodljivost prisutna u izolatorima uslijed postojanja

11

vanjskog el. polja• nastaje uslijed pomaka e- u atomu u odnosu na jezgru

Električna otpornost stijena

Ovisi o (Hearst & Nelson, 1985):

• zasićenju vodom – slojna voda najčešće vrlo dobro provodi el. strujuel. struju

• salinitetu – otpornost (provodljivost) slojne vode ovisi o koncentraciji otopljenih iona

• temperaturi – provodljivost slojne vode povećava se s temperaturom tj. dubinom, pa time i provodljivost stijene

11/03/2012

7

Odnos el. otpornosti i poroznosti

Ot t

Voda

Otpornost

Poroznost

Odnos el. otpornosti i zasićenja

1. Pret.: Porni prostor zasićen samo vodomkonst. poroznost → konst. el. otpornost

Konstantnaotpornost

Konstantnaporoznost

11/03/2012

8

Odnos el. otpornosti i zasićenja

1. Pret.: Porni prostor zasićen i ugljikovodicimael. otpornost ovisi o zasićenju

Otpornost

Voda

Zasićenjevodom CH

Raspodjela el. otpornosti i zasićenja u okolini kanala bušotine kroz propusni sloj

R i l kRm – otpornost isplakeRmf - otpornost filtrata isplakeRmc – otpornost isplačnog

kolačaRxo – otpornost isprane zoneRt – otpornost netaknute zoneRw – otpornost slojne vodeRs – otpornost susjednih

slojevaslojeva

Sxo – zasićenje isprane zone filtratom isplake

Sw – zasićenje vodom

11/03/2012

9

Raspodjela el. otpornosti u okolini kanala bušotine

isprana zona

prijelazna zona netaknuta zona• otpornosti u području oko bušotine znatno se razlikuju od stvarne otpornosti formacije

isplačni kolač

isprana zona

R otpornost isplake

gradijent saliniteta

salinitet = salinitet filtrata isplake

gradijent saliniteta

Zavodnjene naslage

Rm – otpornost isplakeRmc – otpornost isplačnog

kolačaRxo – otpornost isprane zoneRt – otpornost netaknute zone

Rmf > Rw

Raspodjela el. otpornosti u okolini kanala bušotine

prijelazna zona

Naslage zasićene ugljikovodicima

netaknuta zona

isplačni kolač

isprana zona

Rt (otpornost netaknute zone)- može biti veća od Rxo

11/03/2012

10

Raspodjela el. otpornosti u okolini kanala bušotine

prijelazna zona

prstenasta zonaPorozni i propusni sloj zasićen naftom i vodom

isplačni kolač

isprana zona

• Zbog razlike u pokretljivosti nafte i slojne vode zaostaje dio naftedio nafte→ slojna voda stvara prstenasti prostor u obliku brane

Raspodjela zasićenja u okolini kanala bušotine

prijelazna zona

prstenasta zona

isplačni kolač

isprana zona

20