Interpretacja wyników standardowych badań laboratoryjnych

Interpretacja wyników standardowych badań laboratoryjnych pozwoliła odpowiedzieć na pytania dotyczące własności fizycznych analizowanych skał. Skały osadowe wieku prekambryjskiego i paleozoicznego, twarde i zbite charakteryzowały się niskimi wartościami porowatości i przepuszczalności (tab. 3.1.1.1 i 3.1.1.2).

W przypadku grupy piaskowców i grupy mułowców nie zidentyfikowano znaczącej różnicy w analizowanych parametrach petrofizycznych, podobnie jak w przypadku grupy wapieni i grupy dolomitów, dlatego też w pracy skupiono się głównie na zmienności parametrów w obrębie grup skał klastycznych i węglanowych. Jedynie w charakterystyce statystycznej zawartości pierwiastków promieniotwórczych i wyników składu mineralnego metodą rentgenowskiej analizy fazowej zastosowano podział na grupę skał piaskowcowych, mułowcowych, wapieni i dolomitów.

Grupa skał klastycznych charakteryzowała się średnimi wartościami gęstości i gęstości objętościowej wynoszącymi 2,69 i 2,59 g/cm³, przy zakresie 2,62-2,78 g/cm³ i 2,3-2,73 g/cm³ i odchyleniu standardowym (zmienności) równym odpowiednio 0,04 i 0,12 g/cm³. Własności elektryczne, reprezentowane przez średnie wartości oporności właściwej, parametru porowatości i współczynników zwięzłości i zwilżalności, wynosiły odpowiednio 44,5 Ωm, 1024, 1,64 i 2,6, przy zakresie 1-448 Ωm, 38-11223, 1,14-2,23 i 1,34-5,38 oraz odchyleniu standardowym równym odpowiednio 95 Ωm, 2394, 0,23 i 1,08. Prędkości fali P i S przyjmowały średnie wartości 4712 i 2547 m/s, przy rozpiętości 3283-5548 i 1732-3139 m/s i zmienności 643 i 338 m/s. Grupa skał węglanowych przyjmowała zdecydowanie większe wartości gęstości i gęstości objętościowej, niż grupa skał klastycznych – 2,78 i 2,75 g/cm³, przy zakresach 2,7-2,87 i 2,61-285 g/cm³ oraz zmienności 0,06 i 0,07 g/cm³. Średnia oporność właściwa wynosiła 430 Ωm (zakres: 8-3279 Ωm i odchylenie standardowe: 830 Ωm), natomiast parametr porowatości – 7505 (zakres: 199-81977 i odchylenie standardowe: 20705 Ωm). Średnie współczynniki zwięzłości i zwilżalności przyjmowały wartości 1,52 i 3,82, przy zakresie 1,20-1,81 i 1,34-6,97 i zmienności odpowiednio 0,17 i 1,65. Prędkości fali P i S w przypadku grupy skał węglanowych były zdecydowanie wyższe i wynosiły średnio 6169 i 3185 m/s, przy rozpiętości 5130-6834 i 2720-3535 m/s i odchyleniu standardowym 514 i 226 m/s.

Średnie wartości gęstości i gęstości objętościowej były podobne do siebie w obu grupach (skałach klastycznych i węglanowych). Taki wynik wskazuje na niewielki udział

przestrzeni porowej w objętości skał. Parametry elektryczne wskazywały na występowanie mało skomplikowanej struktury przestrzeni porowej, przyjmując względnie wysokie wartości uzyskanych z analizy parametrów. Jedynie dla niektórych próbek, np. 887, 888 i 129 uzyskano niskie wartości parametrów elektrycznych. Wysokie prędkości fali P i S sygnalizują, że analizowane skały charakteryzują się dobrymi własnościami sprężystymi. Wynik ten jednak nie został zaakceptowany bez dyskusji, gdyż makroskopowo stwierdzono zwietrzenie pobranego materiału skalnego. Współczynnik zwięzłości, przyjmujący niskie wartości w przypadku analizowanych skał, odzwierciedlał stan skały zwietrzałej.

Współczynnik porowatości całkowitej i przepuszczalność absolutna w grupie skał klastycznych przyjmowały średnie wartości 3,92% i 4,43 mD, przy zakresach 013-13,31% i 0-94,43 mD i zmienności 4% i 18,37 mD. Dwie karbońskie próbki: 887 i 888 odznaczały się względnie wysokim współczynnikiem porowatości i przepuszczalnością, wynoszącymi odpowiednio 11,71 i 13,31% oraz 27,19 i 94,43 mD. Próbki te wyróżniały się spośród analizowanych skał lepszymi własnościami zbiornikowymi. Dla reszty próbek z grupy skał klastycznych średnie wartości porowatości i przepuszczalności były równe 3,25% i 0,09 mD, przy zakresach 0,13-11,52% i 0-1,07 mD i zmienności 3,3% i 0,2 mD. 90% analizowanych skał miał współczynnik porowatości poniżej 10,3% i przepuszczalności poniżej 0,2 mD. W grupie skał węglanowych średnie wartości współczynnika porowatości i przepuszczalności wynosiły 1,1% i 0,02 mD, przy rozpiętościach 0,1-4,35% i 0-0,09 mD i zmienności 1,12% i 0,02 mD. Poniżej 2,4% i 0,05 mD znajduje się 90% wartości współczynnika porowatości i przepuszczalności. Grupa skał węglanowych wykazywała małą zmienność tych dwóch parametrów.

W pomiarach parametrów petrofizycznych skał niskoporowatych i niskoprzepuszczalnych zwrócono szczególną uwagę na poprawne określenie wartości współczynnika porowatości i przepuszczalności, gdyż nawet niewielkie wahania tych parametrów wyraźnie rzutują na ocenę ich potencjału zbiornikowego (Jarzyna et al., 2012).

Analiza zawartości pierwiastków promieniotwórczych potasu (K), uranu (U) i toru (Th) została przeprowadzona przy zastosowaniu podziału na grupę piaskowców, mułowców, wapieni i dolomitów, gdyż mułowce charakteryzują się większą zawartością pierwiastków promieniotwórczych niż piaskowce. Średnie wartości zawartości potasu, uranu i toru dla piaskowców wynosiły 1,14%, 1,68 i 4,31 ppm, przyjmując wartości z zakresu odpowiednio 0,14-4,94%, 0,73-3,33 i 1,12-9,27 ppm i zmienności 1,5%, 0,78 i 3,45 ppm. Grupa skał mułowcowych charakteryzowała się wyższymi wartościami zawartości pierwiastków promieniotwórczych, gdyż średnie wartości wynoszą odpowiednio – 23%, 2,62 i 8,55 ppm,

mieszcząc się w przedziałach 1,32-3,08%, 1,23-3,91 i 6,6-11,32 ppm i zmienności 0,67%, 098 i 188 ppm. Grupa wapieni i grupa dolomitów była reprezentowana przez zbliżone średnie wartości stężenia pierwiastków K, U i Th: 0,38%, 1,51 i 2,21 ppm (zakresy odpowiednio równe: 0,14-0,64%, 0,88-2,75 i 0,9-5,29 ppm) oraz 0,32%, 1,37 i 2,09 ppm (zakresy odpowiednio równe: 0,2-0,52%, 1,09-1,75 i 1,33-3,28 ppm). Zmienność zawartości K, U i Th w przypadku wapieni i dolomitów była niska i wynosi odpowiednio 0,18%, 0,63 i 1,47 ppm oraz 0,12%, 0,25 i 0,83 ppm. Wykres krzyżowy zawartości potasu do toru pozwolił na identyfikację minerałów ilastych (fig. 3.1.2.1). Większość próbek zawierałą minerały ilaste z grupy chlorytu, część: 892, 139, 893 – z grupy illitu, 873 – z grupy mik, 137 – z grupy skaleni potasowych, 129, 875, 138 i 877 – chlorytu/kaolinitu, natomiast próbki 872, 896, 872 i 889 – mieszane.

Fig. 3.1.2.1. Wykres krzyżowy tor vs. potas, okno programu Techlog (Schlumberger, 2011)

Analiza jakościowa i ilościowa składu mineralnego skał metodą rentgenowskiej analizy fazowej stanowiła wyraźną pomoc w poprawnej klasyfikacji litologicznej badanych skał, gdyż dostępne makroskopowe opisy geologiczne zawierały szczątkowe informacje litologiczne. Jednym z ważniejszych parametrów, uwzględnianych w klasyfikacji była sumaryczna procentowa zawartość minerałów ilastych, utożsamiona z zaileniem. Analizowane piaskowce charakteryzowały się średnim zaileniem równym 7,95%, przy zakresie zmian 1-21% i odchyleniu standardowym 6,58%, natomiast mułowce – 33,5% (zakres: 17-42% i zmienność: 9%). W grupie skał piaskowcowych i mułowcowych zaobserwowano wyraźną zmienność zailenia. Grupa wapieni i grupa dolomitów charakteryzowała się średnimi wartościami zailenia równymi odpowiednio 12,2 i 7,3%, przy

zakresie 74-176% i 2,4-25,4% i odchyleniu standardowym 4,07 i 8,92%. Wartości te mieściły się w szerokich przedziałach zmienności zailenia, publikowanych w podręcznikach petrofizycznych dla skał węglanowych, np. (Plewa & Plewa, 1992).

Analizując standardowe parametry petrofizyczne, zaobserwowano grupowanie próbek ze względu na wiek i charakterystyczne wartości. Najniższe wartości gęstości objętościowej występowały w klastycznych skałach karbońskich, najwyższe w węglanowych skałach dewońskich. Zaobserwowano wyraźną ujemną korelację między gęstością objętościową i porowatością całkowitą w obu grupach skał. Nieprzepuszczalne okazały się próbki dewońskie – mułowiec 130 i wapienie 131, 132, 134, a także wapień ordowicki 875. Karbońskie próbki piaskowcowe charakteryzowały się najwyższymi wartościami przepuszczalności. Zaobserwowano najwyższe wartości oporności właściwej i parametru porowatości dla skał klastycznych i węglanowych dewonu, ordowiku i syluru, co wskazuje na ich ograniczone własności filtracyjne i skomplikowaną strukturę przestrzeni porowej. Dewońskie skały węglanowe charakteryzowały się najwyższymi wartościami prędkości fali P, sygnalizując najlepsze własności sprężyste.

Pomiary laboratoryjne standardowych parametrów petrofizycznych są niezbędne do wstępnej oceny potencjału zbiornikowego skał. Zgodnie z podziałem skał zbiornikowych ze względu na przepuszczalność absolutną analizowane próbki, oprócz 887 i 888, zostały sklasyfikowane jako nieprzepuszczalne (Plewa & Plewa, 1992). 24 próbki wykazały przepuszczalność absolutną poniżej K=0,01 mD. 17 próbek sklasyfikowano jako półprzepuszczalne (10 mD>K>0,01 mD). Według kryterium współczynnika porowatości całkowitej 38 próbek zostało zaliczonych do kategorii skał o obniżonej porowatości (Kp<10%) (Plewa & Plewa, 1992). Karbońskie piaskowce 887 i 888 zostały sklasyfikowane jako skały o średniej porowatości (15%>Kp>10%) oraz przepuszczalne (K>10 mD). W przypadku analizowanych próbek skupiono się na wyznaczeniu parametrów petrofizycznych z innych, nowoczesnych metod, które pozwoliły na wydobycie szczegółowej informacji na temat ich potencjału zbiornikowego.