Analiza współzależności parametrów petrofizycznych

Sedymentacja, diageneza i ruchy tektoniczne odgrywają ważną rolę w tworzeniu przestrzeni porowej skał węglanowych, która składa się z porów, kawern i szczelin (Zhao i in., 2012). Skały węglanowe charakteryzują się zwykle dużą niejednorodnością, z powodu różnorodnej (skomplikowanej) struktury przestrzeni porowej. W porównaniu ze skałami klastycznymi zależność między przepuszczalnością, a porowatością dla skał węglanowych jest złożona. Istnieją skały węglanowe, których przepuszczalność jest dodatnio skorelowana z porowatością, lub skały z wysoką przepuszczalnością, ale o niskiej porowatości, lub odwrotnie (He i in., 2014). Charakterystyka ta jest bardzo ważna przy ocenie korelacji parametrów petrofizycznych skał węglanowych o złożonej strukturze przestrzeni porowej.

W skałach węglanowych na korelacje pomiędzy parametrami petrofizycznymi wpływ ma: rozkład, typ, wielkość i łączność kawern (porów) oraz wielkość składników skały (Westphal i in., 2005). Zmiany porowatości w wyniku procesów cementacji, kompakcji i rozpuszczania powodują zmiany w rozkładzie i wielkości porów oraz zmiany przepuszczalności. Dlatego przepuszczalność w wapieniach o małej porowatości jest funkcją porowatości druzowej, wielkości ziaren i ich wysortowania, co wpływa na korelacje pomiędzy tymi parametrami. W dolomitach wielkość porów i przepuszczalność zależy od porowatości międzyziarnowej. Zmiany międzyziarnowej i międzykrystalicznej porowatości spowodowane są cementacją, dolomityzacją i kompakcją, które mogą zmieniać rozkład wielkości porów w skale, a zarazem i przepuszczalność. W dolomitach porowatość międzyziarnowa określa przepuszczalność, zdefiniowaną przez rozmiar kryształów dolomitu oraz ich wielkość i wysortowanie (Lucia, 2007).

Korelacja między przepuszczalnością, a porowatością w skałach węglanowych, oprócz wspomnianych czynników (rozkład wielkości ziaren i porów) zależy także od innych parametrów: wzajemnego połączenia porów oraz krętości kanalików porowych (droga przepływu płynów złożowych w skale zbiornikowej). Skała może być porowata jednak wykazywać niewielką lub brak przepuszczalności, jeśli pory nie są wzajemnie połączone, tak jak w przypadku węglanów, zawierających izolowane pory (Buryakovsky i in., 2012).

W celu zbadania relacji pomiędzy poszczególnymi parametrami petrofizycznymi podjęto próbę wyznaczenia korelacji między tymi właściwościami. Wykonano wykresy

159

zależności porowatości od przepuszczalności oraz głębokości dla wybranych formacji i ogniw dewonu środkowego i górnego w badanych obszarach.

Do badań korelacji pomiędzy porowatością i przepuszczalnością wytypowano jednostki litostratygraficzne, w których wykonano największą ilość oznaczeń analizowanych parametrów. Analiza korelacji wybranych kompleksów wykazała brak statystycznie istotnych związków między tymi parametrami w skałach węglanowych południowo-wschodniej części basenu lubelskiego (poziom ufności 0,95). Liniowa zależność między analizowanymi parametrami na przykładzie formacji modryńskiej, charakteryzującej się lepszymi parametrami zbiornikowymi wśród wybranych czterech jednostek litostratygraficznych, wykazuje bardzo mały współczynnik korelacji 0,3 (z przedziałem ufności 0,95, wartość mieściła się 0,104 ≤ r ≤ 0,496), co w analizie statystycznej jest słabą korelacją. Formacja firlejska oraz pozostałe ogniwa - pełczańskie i machnowskie nie osiągają nawet tej wartości. Brak korelacji pomiędzy porowatością, a przepuszczalnością może być efektem dużej niejednorodności rozkładu tych parametrów (Narkiewicz i in., 2011).

Analiza zależności porowatości efektywnej od przepuszczalności absolutnej przeprowadzona dla skał węglanowych dewonu środkowego i górnego północno-zachodniej części basenu lubelskiego wykazała również brak korelacji pomiędzy tymi parametrami. Formacja firlejska w tym obszarze nie wykazuje żadnych zależności pomiędzy parametrami petrofizycznymi. Natomiast skały ogniwa stężyckiego wykazują słabą korelację (współczynnik korelacji wynosi 0,1).

Na podstawie przeprowadzonej analizy statystycznej wysokie korelacje zaobserwowano między gęstością objętościową i porowatością efektywną dla ogniwa stężyckiego w północno-zachodniej części basenu lubelskiego ze współczynnikiem korelacji r=0,8 (poziom ufności 0,95), wartość mieściła się 0,71 ≤ r ≤ 0,89. Wysokie korelacje zaobserwowano również między gęstością objętościową i porowatością efektywną dla ogniwa rachańskiego w południowo-wschodniej części basenu lubelskiego r=0,71 (z poziomem ufności 0,95, wartość mieściła się 0,59 ≤ r ≤ 0,83). Spadek gęstości objętościowej ze wzrostem porowatości efektywnej, ale przy znacznie niższych współczynnikach korelacji stwierdzono dla skał ogniwa lipowickiego (0,15 ≤ r(0,44) ≤0,73, z poziomem ufności 0,95) i ogniwa zubowickiego (0,23 ≤ r(0,39) ≤ 0,55, z poziomem ufności 0,95) w południowo-wschodniej części basenu lubelskiego oraz ogniwa werbkowickiego w północno-zachodniej części basenu lubelskiego (0,29 ≤ r(0,47)

160

≤ 0,65, z poziomem ufności 0,95), co wskazuje na przeciętną korelacje pomiędzy obserwowanymi parametrami (rys. 5.12).

Rys. 5.12. Zależność porowatości efektywnej od gęstości objętościowej skał ogniwa stężyckiego (NW) oraz lipowickiego (SE)

Przeprowadzono również badania zmian porowatości wraz z głębokością (poziom ufności 0,95). Analizę rozkładu porowatości efektywnej w funkcji głębokości przedstawiono na przykładzie najliczniej opróbowanych formacji modryńskiej (270 oznaczeń porowatości), firlejskiej (314 oznaczeń porowatości) i hulczańskiej (170 oznaczeń porowatości) północno-zachodniej części basenu lubelskiego. Rozkład porowatości w funkcji głębokości przeanalizowano także w południowo-wschodniej części basenu lubelskiego dla formacji firlejskiej (122 oznaczeń porowatości) i w ogniwie zubowickim (105 oznaczeń porowatości). Analiza wykazała, że generalny trend spadku porowatości z głębokością zaznacza się w analizowanych jednostkach w mniejszym stopniu. Trend ten jest na tyle nieregularny, że nie można go opisać matematycznie w sposób wiarygodny, gdyż współczynnik korelacji dla jednostek litostratygraficznych północno-zachodniej części basenu lubelskiego nie przekraczał 0,2 (słaba korelacja), natomiast w południowo-wschodniej części dewonu basenu lubelskiego był jeszcze mniejszy. Jak wspomniano w skałach węglanowych dewonu porowatości oraz przepuszczalności zostały ukształtowane procesami diagenetycznymi. Brak korelacji pomiędzy porowatością, a głębokością może wskazywać, że wraz z głębokością w przestrzeni porowej nastąpiły duże zmiany związane z diagenezą osadów (Narkiewicz i in., 2011).

161

Podsumowanie

Opis statystyczny parametrów petrofizycznych skał węglanowych dewonu północno-zachodniej części basenu lubelskiego pozwala na stwierdzenie, że skały te należą do słabych lub bardzo słabych skał zbiornikowych (porowatość efektywna mieści się w zakresie 0,57-2,93%). Najlepszymi właściwościami zbiornikowymi charakteryzowały się skały węglanowe formacji telatyńskiej, ogniwa stężyckiego i werbkowickiego. Pozostałe jednostki litostratygraficzne wykazują nieco gorsze uśrednione wartości porowatości efektywnej, w których porowatość nie przekracza 1%.

Na podstawie przeprowadzonych analiz statystycznych archiwalnych wyników badań parametrów petrofizycznych można stwierdzić, że wszystkie próby pobrane z węglanowych utworów dewonu środkowego i górnego południowo-wschodniej części basenu lubelskiego pochodzą ze słabych lub bardzo słabych skał zbiornikowych, których porowatość efektywna nie przekracza 3%. Słabymi właściwościami zbiornikowymi charakteryzują się skały węglanowe ogniwa machnowskiego, żniatyńskiego, rachańskiego oraz mirczańskiego, w których uśredniona wartość porowatości efektywnej nie przekracza 1%. Pozostałe jednostki litostratygraficzne wykazują nieco lepsze średnie wartości porowatości efektywnej, jednak nie przekraczające 3%. Być może jest to spowodowane dużym zróżnicowaniem utworów tego kompleksu (wysortowaniem, litologią i warunkami diagenezy).

Analiza statystyczna zmienności przepuszczalności absolutnej utworów węglanowych wskazuje, że węglany południowo-wschodniej części basenu lubelskiego należą do słabych skał zbiornikowych. Średnie arytmetyczne przepuszczalności skał z badanego obszaru nie przekraczają 7,27 mD (dla ogniwa przewodowskiego). Średnia geometryczna przepuszczalność ogniwa przewodowskiego wynosi 2,53 mD, w pozostałych kompleksach parametr ten ma wartości bliskie zeru. Większość skał charakteryzuje się przepuszczalnością rzędu 1 mD. Utwory budujące ogniwa zubowickie oraz lipowickie mają nieznacznie lepsze średnie przepuszczalności odpowiednio 2,29 mD oraz 2,41 mD. Bardziej realistyczne (prawdziwe) średnie geometryczne przepuszczalności, redukujące wpływ pojedynczych, zawyżonych pomiarów, są jeszcze niższe. Gęstość skał węglanowych południowo-wschodniej części basenu lubelskiego mieści się w zakresie 2,68-2,75 g/cm³. Potwierdzeniem słabej przepuszczalności analizowanych skał są wykonane histogramy.

162

Rozkład zmienności przepuszczalności utworów węglanowych w północno-zachodniej części basenu lubelskiego różni się od południowo-wschodniej części. Skały węglanowe dewonu środkowego i górnego tego rejonu należą do bardzo słabych skał zbiornikowych. Wartości średniej arytmetycznej przepuszczalności (0,03 - 1,18 mD) oraz średniej geometrycznej przepuszczalności (0,00 - 0,16 mD) są mniejsze niż w południowo-wschodniej części. Największą średnią geometryczną przepuszczalność stwierdzono dla skał formacji firlejskiej (0,16 mD). Większość skał pozostałych jednostek litostratygraficznych charakteryzuje się przepuszczalnością rzędu 0,03-1,18 mD. Formacja firlejska i ogniwo zubowickie posiadają lepszą przepuszczalność (0,71 mD i 1,18 mD) spośród wszystkich formacji badanego obszaru. Histogramy rozkładu przepuszczalności wskazują na występowanie dwóch odrębnych populacji – populacja pierwsza charakteryzuje prawdopodobnie przepuszczalność matrycy skalnej (przepuszczalność rzędu 0,001 mD), czyli pochodną przepuszczalności pierwotnej, zredukowanej kompakcyjnie i diagenetycznie. Druga populacja to przepuszczalność diagenetyczno – szczelinowa, występuje ona trochę rzadziej w utworach węglanowych północno-zachodniej części basenu.

Wartości gęstości objętościowej skał węglanowych północno-zachodniej części basenu lubelskiego są zbliżone do południowo-wschodniej części basenu i wynoszą 2,61-2,77 g/cm³.

163