Characterization of complex pore systems of tight rocks applying hydraulic and petrophysical methods - procedures and constraints -

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitDissertationForschung

Organisationseinheiten

Abstract

Ziel der Arbeit war, die hydraulischen, diffusiven und elektrischen Eigenschaften an einem komplexen sedimentären Gestein mit ausgeprägten anisotropischen Struktureigenschaften zu untersuchen (unreifer Source rock mit hohem Kerogengehalt). Dies setzt eine detaillierte Beschreibung des Strukturaufbaues der ‘Einheitszelle‘ (V ~ 0.1 m3), z.B. mittels CT, SEM, XRD.., voraus. Nur dadurch ist eine aussagekräftige Interpretation im Hinblick auf die mineralogischen und physikalischen Eigenschaften gewährleistet. Ein Prozedere zur Datensammlung wurde erarbeitet, um eine möglichst große Anzahl von aufeinander aufbauenden Untersuchungsmethoden durchführen zu können, und gleichzeitig möglichst jede irreversible Veränderung des Kernmaterials zu vermeiden. Die nicht destruktiv ermittelten Basisdaten (Φ, kg, CT, Leitfähigkeit, NMR) standen für die Bewertung nachfolgender SCAL-Untersuchungen zur Verfügung und bildeten ein gesichertes Fundament für die weitere Interpretation. Verlässliche Porositätswerte sind nach dem Archimedesprinzip (Druckaufsättigung,3MPa) gewährleistet. Besondere Sorgfalt musste bei der Probenherstellung/Trocknung des Kernmaterials aufgewendet werden, um irreversible Schäden auszuschließen. Die Leitfähigkeitsmessung wurde als bewährte und am wenigsten zeitaufwändige Methode vorrangig eingesetzt. 2/4-Punkt Anordnungen ergeben gleiche Resultate. Der Realanteil und insbesondere der Imaginäranteil liefern wertvolle Informationen. Die CEC-Messungen zur Bestimmung des Einflusses des Tonanteils ergeben Werte, die sich nicht mit BET-Oberflächenmessungen und MICP-Untersuchungen decken. Eine partielle Überdeckung durch Kerogen wird vermutet. Infolge der Excessleitfähigkeit ist der Porositätsexponent der Archieformulierung keine intrinsische Eigenschaft des Kernmaterials mehr (Modelle wie z.B. Waxman/Smits sind nur bedingt anwendbar). Daher wurden drei analytische Modelle zur Beschreibung der Kernleitfähigkeit bei unterschiedlichen Fluidleitfähigkeiten erstellt. Zur Beschreibung des hydraul. Stofftransportes wurde bei allen Kernen die kg bestimmt, da bei extrem niederpermeablem Gestein die Bestimmung der kw wesentlich zeitaufwändiger ist. Der kleine Porendurchmesser im Verhältnis zur freien Weglänge von Gasmolekülen ergibt, dass das Fließregime im Bereich hoher Knudsenzahlen liegt, sodass dieses Non-Darcy Fließverhalten nicht mehr mit einem Slipmodellansatz beschrieben werden kann. Die stark ausgeprägten Anisotropieeffekte von Posidonienschiefer sind sowohl aus der richtungsabhängigen Leitfähigkeit als auch aus der korrespondierenden Permeabilitätsvariation erkennbar. Dispersionsversuche sind eine unverzichtbare Methode. Eluatkurven und Tracerverteilung im Porenraum liefern wertvolle Informationen. Der Stofftransport im untersuchten Probenmaterial ist vom Massentransfer aus den niederpermeablen Bereichen in die höher permeablen Bereiche geprägt (hohe Anisotropie). Dazu wurde eine numerische Simulation mit einigen tausend Gridblocks durchgeführt, die in den verwendeten Transportgleichungen den advektiven und diffusiven Anteil separiert. Mit Hilfe des Archieansatzes konnte sowohl der Verlauf der elektr. Leitfähigkeit als auch der Anteil der Diffusion zur Advektion mit einem gemeinsamen Porositätsexponenten beschrieben werden. Die num. Simulation an Kernen erlaubt einen vertieften Einblick in das Transportverhalten und ist ein notwendiger Schritt zu einem up-scaling process für großräumige Strukturen. NMR ist für Berechnungen von Porengrößen aus Oberflächenrelaxivitätsdaten mittels Fit von MICP-Daten eine unverzichtbare Methode für tight core material. Diese Korrelationen versagen jedoch bei großen Anisotropieerscheinungen der Permeabiltät. Durch die Vielzahl der angewandten Methoden können die Einschränkungen einer Methode durch die Ergebnisse anderer Methoden kompensiert werden, ohne dass gravierende Lücken in der Beschaffung von unverzichtbaren Basisdaten entstehe

Details

Titel in ÜbersetzungCharakterisierung von komplexen Porensystemen (tight rocks) unter der Anwendung von hydraulischen und petrophysikalischen Methoden - Prozedere und Einschränkungen - procedures and constraints -
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Schön, Juergen, Beurteiler A (intern)
  • Blendinger, Wolfgang, Beurteiler B (extern), Externe Person
StatusVeröffentlicht - 2016