|
Streszczenie
W monografii przedstawiono możliwości wykorzystania metody rentgenowskiej tomografii komputerowej (CT) pod kątem oceny stopnia odzwierciedlenia różnego typu cech skał węglanowych w uzyskanym obrazie tomograficznym. Wspomniana metoda stanowi jedno z bardziej precyzyjnych narzędzi stosowanych do analizowania metrowych odcinków rdzeni wiertniczych, zapewniających jednocześnie nieinwazyjny sposób badania skał i obrazowania ich struktury wewnętrznej.
Skały węglanowe stanowią dosyć trudną do interpretacji grupę skał ze względu na swą bardzo dużą, często trudną do przewidzenia, zmienność szeregu cech i parametrów, takich jak: wykształcenie litologiczne, skład mineralny, historia procesów diagenetycznych, zawartość szczątków organicznych, porowatość, przepuszczalność oraz wiele innych. Metodyka tomografii komputerowej, z uwagi na swoją specyfikę określania zróżnicowania gęstościowego ośrodka skalnego, ma teoretycznie duży potencjał uzyskania lepszej rozdzielczości obrazowania niektórych cech, które mogą być niewidoczne bezpośrednio na powierzchni rdzenia (np. ze względu na jednolitą barwę lub stopień przekrystalizowania skały). Efektem pomiarów jest otrzymanie przestrzennego obrazu rdzenia w skali odcieni szarości. Kolory jasne odpowiadają fragmentom rdzenia o wysokiej absorpcji promieniowania X, a ciemne – obszarom o niskiej absorpcji. Na wielkość absorpcji promieniowania rentgenowskiego wpływ ma przede wszystkim gęstość ośrodka skalnego, jak również liczby atomowe pierwiastków wchodzących w skład poszczególnych minerałów.
Badania tomograficzne, w celu uzyskania możliwie najbardziej wiarygodnych wyników, wykonano dla 72 interwałów rdzeniowych skał węglanowych o długości około 1 m, pochodzących łącznie z 8 otworów wiertniczych, zlokalizowanych na obszarze przedgórza i brzeżnej części Karpat. Wytypowany materiał rdzeniowy reprezentuje utwory węglanowe różnego wieku, od dewonu po kredę. Interpretację badań tomograficznych porównano ze szczegółową analizą sedymentologiczną wszystkich analizowanych odcinków rdzeni, co dało możliwość bezpośredniego porównania, które z badanych cech i w jakim stopniu ujawniły się w obrazie tomograficznym, a także czy obraz ten jest w stanie uzupełnić lub uszczegółowić wykonane opisy cech makroskopowych skał.
Przedstawione informacje mają charakter jakościowy, tj. odnoszący się głównie do cech opisowych analizowanych skał węglanowych.
Kolejnym celem niniejszej pracy było wykonanie korelacji głębokościowej obrazu ściany otworu uzyskanego w wyniku pomiaru skanerem elektrycznym XRMI™ firmy Halliburton z obrazem tomograficznym analizowanych interwałów rdzeniowych oraz rozpoznanie możliwości uszczegółowienia interpretacji obrazu mikroopornościowego na podstawie jego porównania z obrazem CT.
W rozdziale 2 pracy przedstawiono ogólną charakterystykę pomiaru metodą rentgenowskiej tomografii komputerowej, uwzględniając specyfikę zastosowanego urządzenia pomiarowego.
W rozdziale 3 omówiono podstawy teoretyczne pomiaru skanerem elektrycznym (XRMI™) oraz przetwarzania i interpretacji obrazu mikroopornościowego ściany otworu wiertniczego.
W rozdziale 4 przedstawiono szczegółową charakterystykę sedymentologiczną i litofacjalną wykonaną na podstawie analizy cech makroskopowych wytypowanych do badań interwałów rdzeniowych.
Rozdział 5 zawiera analizę stopnia odzwierciedlenia w zapisie tomograficznym wybranych cech strukturalnych i teksturalnych skał węglanowych, których geneza związana jest najczęściej bezpośrednio z procesem sedymentacji osadów lub też oddziaływaniem procesów diagenetycznych. Spośród różnych przebadanych elementów uwagę zwrócono na: strukturę gruzłową, teksturę biolitytową, teksturę onkolitową, brekcje i zlepieńce węglanowe, spotykane w skałach węglanowych typy warstwowania, szwy stylolitowe oraz efekty dolomityzacji.
Rozdział 6 obejmuje analizę możliwości odtworzenia struktur biogenicznych spotykanych najczęściej w skałach węglanowych na podstawie ich zapisu tomograficznego. W ramach tego zagadnienia przebadano cały szereg form zapisu w stanie kopalnym charakterystycznych dla następujących grup organizmów: gąbek krzemionkowych i wapiennych, amfipor, koralowców kolonijnych i osobniczych, serpul, ślimaków, małżów (w tym charakterystycznych grup, takich jak inoceramy, skałotocza i małże z rodzaju Trichites), ramienionogów, liliowców i jeżowców. Ponadto zwrócono również uwagę na obecność bioturbacji.
W rozdziale 7 przeanalizowano możliwości obrazowania za pomocą rentgenowskiej tomografii komputerowej różnych typów porowatości, kawernistości, a także szczelinowatości, zwracając uwagę na zróżnicowany stopień zabliźnienia szczelin (szczeliny otwarte i zabliźnione), jak również możliwość ich wypełnienia różnym materiałem mineralnym (np. cementem węglanowym lub anhydrytowym czy też substancją ilastą lub ilasto-marglistą).
W rozdziale 8 omówiono wyniki korelacji obrazu tomograficznego rdzeni skał węglanowych z wysokorozdzielczym zapisem sondy XRMI™ na przykładzie czterech wybranych interwałów rdzeniowych.
Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że metoda rentgenowskiej tomografii komputerowej (CT) jest bardzo pomocna przy analizie różnego typu cech sedymentacyjnych i biogenicznych skał węglanowych. Należy podkreślić, że jest to metoda nieinwazyjna, dająca możliwość odtwarzania obrazu tomograficznego w różnych kierunkach bez konieczności mechanicznej ingerencji w materiał skalny, prowadzącej do niszczenia rdzenia. Wykonanie tomografii komputerowej rdzenia przed jego przecięciem i podziałem na część archiwalną i tzw. roboczą może być również bardzo przydatne dla potrzeb jego dokumentacji i archiwizacji, gdyż proces przecięcia rdzenia, a następnie pobór materiału do badań laboratoryjnych niosą ze sobą możliwość utraty niektórych istotnych informacji. Ma to szczególne znaczenie w przypadku skał węglanowych, które ze względu na swoją naturę mogą cechować się bardzo dużą zmiennością (pionową i poziomą) nawet na niewielkim odcinku rdzenia (rzędu kilku centymetrów). Wykonane w odpowiednim czasie badanie tomograficzne pozwala zachować kompletny obraz rdzenia, który może później zostać wykorzystany do różnego rodzaju analiz i interpretacji, jak również reinterpretacji pomiarów geofizycznych (w tym zwłaszcza pomiarów wykonanych skanerem elektrycznym).
Do cech strukturalnych i teksturalnych najlepiej odzwierciedlonych w zapisie tomograficznym należały: struktura gruzłowa, różne typy warstwowania, przewarstwienia margliste lub ilasto-margliste, brekcja dolomityczna o teksturze agmatycznej, biolityty koralowcowe charakteryzujące się stosunkowo niewielkimi zmianami diagenetycznymi, szwy stylolitowe, a także efekty procesów selektywnej dolomityzacji.
Spośród przebadanych struktur biogenicznych najlepiej odwzorowane w zapisie tomograficznym zostały: koralowce kolonijne, amfipory i kolce jeżowców, a w mniejszym stopniu także gąbki krzemionkowe oraz muszle mięczaków. Analiza różnych przykładów struktur biogenicznych zachowanych w skałach węglanowych wskazała wyraźnie na bardzo istotną rolę zarówno pierwotnego składnika mineralnego budującego elementy szkieletowe, jak też procesów diagenetycznych, mających bezpośredni wpływ na stan zachowania tych elementów.
Na podstawie przeanalizowanych materiałów stwierdzono, że porowatość i szczelinowatość są jednymi z najlepiej odwzorowanych w zapisie tomograficznym cech skał węglanowych. W obrazie CT na ogół w bardzo dobrym stopniu czytelne są szczeliny otwarte, szczeliny wypełnione anhydrytem oraz szczeliny wypełnione materiałem ilastomarglistym. Natomiast szczeliny zabliźnione kalcytem rozpoznawalne są w różnym stopniu, w zależności od składu mineralnego tła skalnego.
Obraz tomograficzny rdzeni może mieć również duże znaczenie w interpretacji pomiarów geofizycznych, w tym zwłaszcza wykonanych skanerem elektrycznym. Przydatność metody CT jest szczególnie istotna w przypadku odwiertów z zachowanym materiałem rdzeniowym, w których nie wykonano kompletu badań geofizyki otworowej, gdyż umożliwia ona wyliczenie ciągłych profilowań dla niektórych parametrów (takich jak gęstość czy porowatość) wzdłuż przebadanych interwałów rdzeniowych.
|
Abstract
The monograph presents the possibilities of using X-ray computed tomography (CT) method to reflect various types of carbonate rock features in an obtained tomographic image. The technique discussed is one of the most accurate methods used in the analysis of drill cores, providing a non-invasive method of studying rocks and imaging their internal structure.
Carbonate rocks are a specific group of rocks, very difficult to interpret due to a high variability of a number of parameters, such as: lithology, mineral composition, biogenic structure content, porosity, permeability, and others. The method of X-ray computed tomography (CT) can be very helpful in the analysis of various carbonate rocks features because of it enables density diversification determination of a rock medium. This methodology has a high potential to obtain better resolution with respect to certain features, macroscopically invisible in the core (e.g. due to a homogeneous colour or the effect of recrystallization). The measurements result in obtaining a spatial image of the core in the greyscale. Light colours correspond to the core fragments with a high X-ray absorption, and the dark ones to the areas of low absorption. The amount of X-ray radiation absorption is primarily affected by the density of the rock medium, as well as the atomic number of the elements included in the individual minerals.
72 sections of drill cores, approx. 1m long each, were selected for tomographic examinations to obtain results as reliable as possible. The selected core material represents carbonate formations of various ages (from Devonian to Cretaceous), originating from the boreholes situated in the Carpathian Foreland and Carpathian basement areas. The interpretation of tomographic examinations was connected with a detailed sedimentological analysis of all core sections, allowing to carry out direct comparisons, as to which of the studied features and to what extent were disclosed in the CT images, and also whether this image can supplement or make the prepared descriptions more detailed.
The presented information has a qualitative nature, i.e. referring mainly to descriptive features of the analyzed carbonate rocks.
Another aim of this work was to compare and refine the interpretation of the borehole micro-imager, obtained as a result of measurements by Halliburton’s XRMI™ electrical scanner, based on its comparison with the tomographic image of the analyzed core intervals.
Chapter 2 describes the general characteristic of the X-ray computed tomography method measurement, as well as the specificity of the measuring equipment.
Chapter 3 includes the theoretical framework of the measurement principles, image processing and application of X-tended Range Micro Imager (XRMI™) (the wireline borehole imaging tool).
Chapter 4 presents detailed sedimentological and lithofacial characterization based on the analysis of macroscopic features of the selected core intervals.
Chapter 5 includes the analysis of selected structural and textural features of carbonate rocks in the tomographic imaging. The following features were analyzed: nodular structures, texture of biolithites, oncolithic textures, carbonate breccias and conglomerates, various types of stratification found in carbonate rocks, stylolites, dolomitization effects.
Chapter 6 contains the analysis of the biogenic structures, most often found in carbonate rocks, based on their tomographic image. As part of this issue, a number of fossil record forms were studied. They are characteristic of the following groups of organisms: siliceous and calcareous sponges, amphiporas, colonial and individual corals, serpulids
(tube-dwelling polychaetes), gastropods, bivalves (including characteristic groups such as inoceramids, boring and nestling bivalves, as well as thick-walled Trichites shells), brachiopods, crinoids and echinoids. In addition, attention was paid to the presence of bioturbations.
Chapter 7 presents the possibilities of X-ray computed tomography imaging of various types of porosity, cavernosity and fractures. The open fractures, calcite and anhydrite-filled fractures, as well as fractures filled with clay minerals were analyzed.
Chapter 8 includes the correlation possibilities of the carbonate rock cores tomographic images with the high-resolution XRMI™ images on the example of four selected core intervals.
The method of X-ray computed tomography (CT) can be very helpful in the analysis of various carbonate rocks features, such as structural and textural features, as well as biogenic structures. The discussed technique, as a non-invasive method, renders a possibility to reflect the CT image in various directions, without the necessity of mechanical interference in the rock material, resulting in the core destruction. Application of the X-ray computed tomography before dividing the core into archive and so-called ‘working’ parts can be very useful for the core documentation and archiving. The tomographic examination, carried out at the appropriate time, allows to preserve a complete image of the core. X-ray computed tomography data can also be used for various analyses and interpretations, including geophysical logs reinterpretation and borehole imaging.
The structural and textural features, best reflected in the tomographic record, included: the nodular structures, different types of stratification, the marly or clay-marly interlayers, the dolomitic breccia with agmatitic texture, the coral biolithites which had not changed much as a result of diagenetic processes, the stylolitic seams, as well as the effects of selective dolomitization processes.
Among the examined biogenic structures, the following were best represented in the tomographic records: colonial corals, amphiporas and echinoid spines. Siliceous sponges and shells of molluscs were also relatively well reflected. The analysis of various examples of biogenic structures preserved in carbonate rocks clearly indicated the very important role, of both the original mineral component building skeletal elements, as well as diagenetic processes having a direct impact on the state of preservation of these elements.
Porosity and fracturing are the best represented features of carbonate rocks in the CT image. Open fractures as well as fractures filled with anhydrite or with clay-marly material are generally well reflected in the CT image. Fractures filled with calcite are variously recognizable, depending on the mineral composition of the rock background.
The tomographic imaging of the cores may also be very important in the interpretation of geophysical logs. The usefulness of the CT method is particularly important for wells with preserved core material, in which no complete set of borehole geophysics has been done. Continuous profiles of some parameters (such as density or porosity) along the studied core intervals can be calculated from the tomographic image. |
