Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy

TYTUŁ: Polish shale formation evaluation based on chemical and isotope composition of natural gas / Ocena polskich formacji łupkowych na podstawie składu chemicznego i izotopowego gazu ziemnego

Autor: Marek Janiga

Recenzenci:

Prof. dr hab. Zdzisław Migaszewski, Uniwersytet Jana Kochanowskiego
Dr hab. Sławomir Kędzior, Uniwersytet Śląski

ISSN 2353-2718
ISBN 978-83-65649-49-2
DOI: 10.18668/PN2024.241

Objętość monografii: 116 stron

Streszczenie

Skład chemiczny i izotopowy gazu zmienia się wraz termiczną dojrzałością źródłowej substancji organicznej. Suchy gaz biogeniczny o bardziej ujemnych wartościach δ¹³C przechodzi w gaz mokry okna ropnego, a następnie w suchy gaz okna gazowego o wartościach δ¹³C zbliżających się do zera. Dla gazów z formacji łupkowych zależności te są identyczne, a analizy składu chemicznego i izotopowego gazu z formacji łupkowych są wykorzystywane do typowania obszarów perspektywicznych tzw.: „sweet spots”.
Celem pracy było znalezienie parametrów i ich wartości, na podstawie składu chemicznego i izotopowego, oznaczających prawdopodobne wystąpienie „sweet spot”. W tym celu wykorzystano wyniki analiz gazu z pięciu odwiertów poszukiwawczych z północy Polski. W pracy przedstawiono wyniki analiz składu chemicznego i izotopowego gazów ziemnych oraz wyniki analiz geochemicznych Rock-Eval z pięciu odwiertów eksplorujących formacje łupkowe syluru i ordowiku. Analizy statystyczne przeprowadzono z wykorzystaniem statystyki opisowej, korelacji i regresji liniowej. Wykorzystując wszystkie wyniki jako jedną populację statystyczną, obliczono współczynniki korelacji liniowej Pearsona dla składu izotopowego poszczególnych węglowodorów gazu ziemnego z parametrami pirolitycznymi i wskaźnikami wyliczonymi na podstawie składu chemicznego. Korelacje pomiędzy parametrami pirolitycznymi a składem izotopowym lub wskaźnikami chemicznymi nie są wysokie. Przykładowo umiarkowane korelacje występują pomiędzy dojrzałością termiczną źródłowej materii organicznej (Tmax) a składem izotopowym węgla w metanie (r = 0,63).
Wyniki analiz składu izotopowego węgla wyraźnie różnicują próbki z każdego odwiertu (poza gazami z odwiertów L-1 i O-2). Wartości δ¹³C metanu, etanu i propanu są progresywnie wyższe w sekwencji L-1, O-2, K-1, B-1 i W-1. Dojrzałość termiczną źródłowej materii organicznej oceniono wykorzystując model matematyczny Tanga uwzględniający również udziału metanu biogenicznego. Dojrzałość termiczna odpowiada głównie zakresowi od 0,9% (L-1 i O-2) do 1,5% (B-1 i W-1) w skali refleksyjności witrynitu. Skład wszystkich gazów ziemnych wskazuje na mieszanie z gazem biogenicznym (udział biometanu w gazie poniżej około 25%).

Odchylenie wartości δ¹³C metanu w kierunku bardziej ujemnych we wszystkich próbkach również potwierdziło mieszanie z gazem biogenicznym (graficzny model Chunga tzw.: „natural gas plot”). Także wartości składu izotopowego węgla etanu i propanu odbiegały od teoretycznych (zwłaszcza w odwiertach W-1 i B-1; nieco mniej w odwiertach O-2 i K-1). Potwierdza to występowanie wtórnego krakingu.
W najbardziej produktywnych złożach gazu łupkowego występuje zwykle inwersja składu izotopowego węgla metanu, etanu i propanu (tzw.: „roll-over effect”). W analizowanych gazach zjawisko to nie wystąpiło, ale dostrzegalne są zmiany w różnicach (δ¹³C-C₃ - δ¹³C-C₂) i (δ¹³C-C₂ - δ¹³C-C₁). Wykorzystanie wykresu zestawiającego obydwie te różnice uznano za najlepszy sposób przedstawienia wyników przy omawianiu zjawiska wtórnego krakingu, który może prowadzić do inwersji składu izotopowego. Dla wszystkich próbek różnica między etanem i metanem (δ¹³C-C₂ - δ¹³C-C₁) stale maleje wraz ze wzrostem dojrzałości termicznej. Różnica propanu i etanu (δ¹³C-C₃ - δ¹³C-C₂) wzrasta przy niższych dojrzałościach termicznych (do około 1,5% VRo) i maleje przy wyższych wartościach termicznej dojrzałości. Wykorzystując wyniki analiz składu chemicznego gazów obliczono wskaźniki C₁/C₂+₃, C₂/C₃, i-C₄/n-C₄ oraz i-C₅/n-C). Wskaźniki te są cennym źródłem informacji o gazie ziemnym,
pozwalając uniknąć wpływu sposobu poboru i rodzaj odwiertu na skład chemiczny gazu. Podobnie jak przy wynikach analiz składu izotopowego, próbki różnicują się i tworzą sekwencję L-1 i O-2, K-1, B-1 i W-1.
Głównym celem pracy było wybranie parametrów/wskaźników i ich wartości determinujących strefy perspektywiczne w formacjach łupkowych. Wykorzystując skład gazów z odwiertu W-1 (najwyższa dojrzałość termiczna źródłowej materii organicznej) oraz dane referencyjne z formacji Barnett określono przybliżone wartości składu izotopowego metanu, etanu i propanu oraz wskaźników C₁/C₂+₃, i-C₄/n-C₄ i i-C₅/n-C₅ przy których można spodziewać się wystąpienia „sweet spots”.

Słowa kluczowe: formacje łupkowe, gaz ziemny, gaz z łupków, skład izotopowy węgla, skład chemiczny

Abstract

The relationship between the change of carbon isotope composition of gaseous hydrocarbons in natural gas and the increase of source rock organic matter thermal maturity are especially important in the petroleum geochemistry. The thermal maturity evaluation and interpretation based on the chemical and isotope compositions is commonly performed for natural gases conventional reservoirs, shales, coals, seeps and other geological habitats. The carbon isotope composition of individual hydrocarbons in gas samples provided by the compound specific isotope analysis (CSIA) can be used for interpretation and correlation purposes. On the basis of the δ¹³C value of methane, ethane and propane, the estimation of thermal transformation degree of the source rock (from which the gas was generated) can be made.
In this work, organic geochemistry methods (chemical and isotope composition of gas and pyrolysis indices) are used for the shale petroleum system evaluation and to find the values of parameters determining the sweet spot. The case study of five exploration wells located in the north of Poland is presented and discussed.

The work presents results of chemical/isotope composition analyses of natural gases and geochemical Rock-Eval analyses from five wells exploring the Silurian and the Ordovician shale formations. The statistical analyses were conducted with the use of the following: descriptive, correlation and liner regression. Using all the results as one statistical population, Pearson’s linear correlation coefficients of the gas isotope composition with the pyrolytic and molecular indices were calculated. Surprisingly, there are no high correlations between the pyrolytic indices and the isotope composition or the chemical indices. Moderate correlations are between maturity of the source organic matter (Tmax) and the isotope composition of carbon in methane (r = 0.63). The results of carbon isotope analyses clearly differentiate samples from each well, only L-1 and O-2 wells natural gases are quite similar. Methane, ethane and propane δ¹³C values are progressively higher in sequence L-1, O-2, K-1, B-1 and W-1. The thermal maturity of the source organic matter was assessed using Tang’s mathematical model including the share of biogenic methane. The thermal maturity corresponds mainly to the range from 0.9% (L-1 and O-2) to 1.5% (B-1 and W-1) vitrinite reflectance. Natural gas compositions shows mixing with the biogenic gas (below approximately 25%).
A noticeable drift of methane towards negative values in all wells samples confirmed mixing with biogenic gas (with the use of the natural gas plot - Chung plot). Values of the isotope composition of ethane and propane were also skewed (especially in W-1 and B-1; a little less in O-2 and K-1 wells). This confirmed the occurrence of secondary cracking. The inversion of the isotope composition of carbon in methane, ethane and propane (the roll-over effect) does not occur in analysed gases. Usage of the diagram (δ¹³C-C₃ - δ¹³C-C₂) vs (δ¹³C-C₂ - δ¹³C-C₁) is considered to be the best way of presenting of the isotope data. For all samples, the difference between ethane and methane (δ¹³C-C₂ - δ¹³C-C₁) is constantly decreasing with an increase of thermal maturity. The propane and ethane difference (δ¹³C-C₃ - δ¹³C-C₂) is increasing at lower thermal maturities (to approximately 1,5% VRo), and decreasing with higher values of maturity. This suggests presence of the secondary cracking, resulting in the sweet spot occurrence.
Using the hydrocarbon composition, molecular indices were calculated (C₁/C₂+₃, C₂/C₃, i-C₄/n-C₄ and i-C₅/n-C₅). These indices are a valuable source of information about natural gas, whose complete composition analyses can be affected by the manner of taking a sample and the type of well. Similarly to the isotope composition the samples plot progressively in sequence L-1 and O-2, K-1, B-1 and W-1.
The main aim of this work was to establish the values of chemical and isotope composition parameters determining sweet spots. Using the composition of gases from W-1 well (the highest thermal maturity of the source organic matter) and the Barnett reference data, approximate values at which prospective levels can be expected were defined.

Keywords: Shale formations, natural gas, shale gas, carbon isotope composition, chemical composition

Cena egzemplarza: 60 zł netto (plus 5% VAT)

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 12 617 76 32.

TYTUŁ: Wpływ wgniatania ziaren materiału podsadzkowego w skałę typu łupkowego na efektywność podsadzenia szczeliny w zabiegach stymulacyjnych wybranego złoża niekonwencjonalnego / The influence of proppant grains into shale rock on the effectiveness of fracturing in stimulation treatments of a selected unconventional deposit

Autor: Mateusz Masłowski

Recenzenci:

Prof. dr hab. Krzysztof Labus, Politechnika Śląska
Dr hab. Paweł Łukaszewski, Uniwersytet Warszawski

ISSN 2353-2718
ISBN 978-83-65649-53-9
DOI: 10.18668/PN2024.245

Objętość monografii: 156 stron

Streszczenie

Celem naukowym pracy było zbadanie wpływu zjawiska wgniatania ziaren materiału podsadzkowego w skałę typu łupkowego na efektywne podsadzenie wytworzonej szczeliny po wykonanych zabiegach hydraulicznego szczelinowania złóż niekonwencjonalnych. Wyznaczenie głębokości wgnieceń ziaren propantu w skałę złożową oraz uszkodzenia powierzchni wytworzonej ściany szczeliny pozwoliło na ocenę efektywnego podsadzenia szczeliny propantem, w zależności od podatności skały na zjawisko embedmentu.

Do badań użyto skały złożowej pochodzącej z formacji niekonwencjonalnego złoża węglowodorów. Był to sylurski łupek ilasty z obszaru basenu bałtyckiego, typu gas shale. Na podstawie zgromadzonych danych geologiczno-złożowych oraz wyznaczonych właściwości geomechanicznych skały dobrano odpowiednie parametry płynu szczelinującego i podsadzki. Laboratoryjne symulacje zjawiska embedmentu przeprowadzono dla skały zarówno w postaci suchej, jak i nasyconej płynem szczelinującym. W badaniach uwzględniono warunki złożowe zbliżone do warunków panujących w wybranej formacji (tj. temperaturę i naprężenie ściskające) oraz różną koncentrację powierzchniową materiału podsadzkowego.

Uszkodzone powierzchnie rdzeni obserwowano metodą mikroskopową i na tej podstawie wyznaczono parametry charakteryzujące zjawisko embedmentu, z uwzględnieniem wycisku materiału skalnego. Wykonane badania pozwoliły na określenie wpływu niekorzystnego zjawiska embedmentu na efektywność podsadzenia szczeliny dla wybranego krajowego złoża niekonwencjonalnego. Za najważniejsze parametry uznano efektywną rozwartość szczeliny oraz efektywną powierzchnię kontaktu ściany szczeliny z warstwą podsadzki. Za bardzo istotny wskaźnik uznano również wielkość wycisku materiału skalnego na powierzchni skały. Dodatkowo przeprowadzono teoretyczne obliczenia wielkości rozwartości szczeliny wypełnionej podsadzką przy wybranych czterech różnych wartościach jej koncentracji powierzchniowej. Zaproponowano także schemat klasyfikacji efektywności podsadzenia szczeliny na podstawie odporności skały na zjawisko embedmentu.

Wykonane analizy pozwalają na dokładniejsze zrozumienie wpływu niekorzystnego zjawiska embedmentu, z uwzględnieniem wycisku materiału skalnego, na wstępną ocenę efektywności podsadzenia szczeliny propantem dla zaproponowanej technologii zabiegu stymulacyjnego.

W wyniku pracy uszczegółowiono metodykę analizy i interpretacji uzyskanych wyników oraz dokonano wyboru metod statystycznych mających na celu oszacowanie niepewności mierzonych i wyliczonych wartości.

Słowa kluczowe: embedment, łupek, propant, stymulacja wydobycia, szczelinowanie hydrauliczne.

Abstract

The scientific aim of the work was to investigate the effect of the phenomenon of indenting the proppant grains into the shale rock on the effective propped of the created fracture, after the hydraulic fracturing of the unconventional deposits. Determining the depth of the indentations of the proppant grains into the rock deposit and damage to the fracture wall surface allowed for the assessment of the proppant backing of the fracture, depending on the susceptibility of the rock to the phenomenon of embedment.

The sample of the rock from unconventional formation of hydrocarbons was selected for the tests: Silurian clay-bituminous shale from the Baltic Basin, the “gas shale” type. On the basis of the collected geological and deposit data and the determined geomechanical properties of the rock, appropriate parameters of the fracturing fluid and the proppant material were selected.

Laboratory simulations of the phenomenon of embedment were carried out for rock shale type, both dry and saturated with fracturing fluid. The research took into account the deposit conditions similar to the conditions of selected formation (i.e. temperature and compressive stress), as well as different surface concentration of the proppant material. The damaged faces of the cores were observed using the microscopic method and on this basis, the parameters characterizing the phenomenon of embedment were determined, including an impression of the rock material. The results of the experiments allowed to determine the impact of the unfavorable phenomenon of embedment on the effectiveness of propping the fracture for selected unconventional deposits of Poland. The most important parameters were the effective width of the fracture and the effective contact surface of the fracture face with the proppant layer. The amount of the impressions of the rock material on the rock surface was also considered as a very important indicator.

Additionally, theoretical calculations of the width of the fracture filled with the proppant were carried out for the four selected surface concentration. A scheme for classifying the effectiveness of the fracture’s filling, on the basis of the rock resistance to the phenomenon of embedment, was also proposed.

The performed analyzes allow for a more detailed understanding of the impact of the unfavorable phenomenon of embedment, taking into account the impression of the rock material, on the initial assessment of the effectiveness of the fracture’s propped, for the proposed stimulation treatment technology.

As a result of the work, the methodology of the analysis and interpretation of the obtained results was developed, and statistical methods were selected to estimate the uncertainty of the measured and calculated values.

Keywords: embedment, shale, proppant, reservoir stimulation, hydraulic fracturing

Cena egzemplarza: 60 zł netto (plus 5% VAT)

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 12 617 76 32.

TYTUŁ: Zależność pomiędzy wykształceniem litofacjalnym a ilością i składem molekularnym gazów pochodzących z degazacji rdzeni skalnych /
Relationship between lithofacial variation and the amount and molecular composition of the gases collected from the rock cores degassing

Autor: Małgorzata Kania

Recenzenci:

Prof. dr hab. inż. Małgorzata Labus, Politechnika Śląska
Dr hab. Sławomir Kędzior, prof. Uniwersytetu Śląskiego

ISSN 2353-2718
ISBN 978-83-65649-54-6
DOI: 10.18668/PN2024.246

Objętość monografii: 172 strony

Streszczenie

Tematyka badawcza poruszona w niniejszej pracy miała na celu usystematyzowanie trwających od lat badań dla KGHM Polska Miedź SA oraz wzbogacenie ich o aspekty korelacyjne i interpretacyjne wyników badań chromatograficznych gazów na tle dodatkowych badań geochemicznych (w tym pirolitycznych i izotopowych) oraz petrofizycznych skał. Uzyskane wyniki stanowią podstawę do wskazania potencjalnych miejsc nagromadzeń gazowych i prognozowania zagrożeń gazowych oraz gazogeodynamicznych dla złóż rud miedzi – na przykładzie kopalni Sieroszowice.

Głównym celem monografii było określenie zależności pomiędzy wykształceniem litofacjalnym a ilością i składem molekularnym gazów pochodzących z degazacji rdzeni skalnych z rejonu „OG Sieroszowice”, eksploatowanego przez O/ZG Polkowice-Sieroszowice, wchodzący w skład KGHM Polska Miedź SA. Dodatkowo prowadzone w ramach niniejszej pracy badania dotyczyły następujących zagadnień:

• wyjaśnienia zjawiska obecności podwyższonych ilości m.in. azotu nadmiarowego, węglowodorów oraz związków siarki w wybranych próbkach gazu desorbowanego i resztkowego;
• oceny jakościowo-ilościowej gazów pochodzących z degazacji rdzeni skalnych w relacji do wybranych właściwości petrofizycznych;
• udzielenia odpowiedzi na pytanie, czy zamknięty w porach gaz (w próbkach rdzeni skalnych o różnym wykształceniu litologicznym) został wygenerowany i uwięziony w skale „in situ”, czy też jest efektem migracji (przewidywana geneza poszczególnych składników gazowych);
• określenia dojrzałości termicznej substancji macierzystej w aspekcie występowania procesu generacji węglowodorów, będących składową gazów desorbowanych;
• oceny gazonośności skał o różnym wykształceniu litofacjalnym w wydzielonych rejonach „OG Sieroszowice” dla wskazania preferencji nagromadzeń gazowych.

Przedmiotem badań były próbki skał pobrane z formacji miedzionośnej południowej części monokliny przedsudeckiej, które poddano ocenie gazonośności. Badane próbki były zróżnicowane pod względem charakteru litologicznego i właściwości petrofizycznych. Podczas badań laboratoryjnych został przeanalizowany skład molekularny gazów pod kątem obecności lekkich węglowodorów (C1, C2, C3, i-C4, n-C4, neo-C5, i-C5, n-C5, ΣC6, ΣC7, ΣC8, ΣC9 i ΣC10), dwutlenku węgla, azotu nadmiarowego, helu, wodoru oraz związków siarki, jak również została określona dokładna ilość wydzielonego gazu. Badania były prowadzone zarówno na próbkach gazu desorbowanego (wolnego), reprezentującego tę część gazu, która znajduje się w otwartej przestrzeni porowej skały i która może swobodnie migrować, jak i na próbkach gazu resztkowego, uwolnionego ze skały po rozdrobnieniu próbki (zwanego również gazem zaokludowanym). Skład i ilość gazu zostały przeanalizowane dla dużej populacji (w sumie 803 próbki, w tym 59 próbek piaskowca, 28 próbek łupku miedzionośnego, 254 próbki dolomitu, 298 próbek anhydrytu i 164 próbki soli kamiennej) w nawiązaniu do różnic litologicznych i wybranych właściwości petrofizycznych skał.

Przedstawione wyniki analizy statystycznej, ilościowej i jakościowej gazów desorbowanych, jak i resztkowych rozpatrywano, biorąc pod uwagę różne układy współzależności. Uwzględniono przede wszystkim zależność w profilu litologicznym w ujęciu całościowym gazu, jak i poszczególnych jego składników w relacji do właściwości petrofizycznych i lokalizacji na terenie działalności „OG Sieroszowice” (z podziałem na pięć rejonów). Takie ujęcie dyskusyjne pozwoliło na określenie pewnych prawidłowości dystrybucji gazu i jego poszczególnych składników, co jest istotne w prognozowaniu stref o zwiększonym potencjale ekshalacji gazowych. Dodatkowo przeprowadzono ocenę możliwości generacyjnych poszczególnych wydzieleń litologicznych wchodzących w skład utworów miedzionośnych oraz korelację gazów pochodzących z degazacji rdzeni skalnych z gazami ziemnymi akumulowanymi w sąsiadujących złożach.

Analizując próbki pochodzące z poziomu miedzionośnego, w poszczególnych typach litologicznych obserwuje się zróżnicowane kumulacje gazów, które wykazują pewną zmienność składu chemicznego w profilu pionowym złoża, ze zdecydowaną dominacją azotu we wszystkich badanych wydzieleniach. Zmienność ta może być spowodowana mieszaniem się różnych typów gazów, tj. autochtonicznych i allogenicznych (migracyjnych), co udowodniły dodatkowo przeprowadzone badania izotopowe wybranych próbek gazu resztkowego.

Dystrybucja azotu na terenie „OG Sieroszowice” świadczy o dominującym czynniku migracji wertykalnej gazów z niższych warstw podłoża (prawdopodobnie z utworów karbońskich), natomiast jego kumulacja w północnych częściach może wskazywać na pewien udział migracji lateralnej z sąsiadujących złóż zaazotowanego gazu ziemnego czerwonego spągowca. Na podstawie badań izotopowych i pirolitycznych Rock-Eval udowodniono, że gaz ziemny na badanym obszarze może przynajmniej częściowo powstawać z materii organicznej zawartej w łupku miedzionośnym. Badane próbki łupku wykazały w składzie duże ilości materii organicznej typu II o stopniu przeobrażenia gwarantującym procesy generacyjne w zakresie głównej fazy okna ropnego. Dolomit i anhydryt mają również pewne możliwości generacyjne (jednak zdecydowanie niższe niż w przypadku łupku miedzionośnego).

Pokłady soli kamiennej zlokalizowane w północnej części badanego obszaru „OG Sieroszowice” stanowią dodatkowe uszczelnienie złoża rud miedzi, co stwarza niebezpieczeństwo akumulacji gazów. Dystrybucja gazonośności w górotworze złóż rud miedzi wykazuje wyraźną zależność od wykształcenia litologicznego, co udowodniły badania wykonane dla pięciu wydzieleń litologicznych. Ponadto wykazano zmienność gazonośności w zależności od lokalizacji (wertykalną i lateralną), co jest niewątpliwie implikowane warunkami geologicznymi (strukturą i tektoniką), w tym sąsiedztwem złóż gazu ziemnego.

Słowa kluczowe: degazacja rdzeni skalnych, gaz desorbowany, gaz resztkowy, skład molekularny, wykształcenie litofacjalne, potencjał węglowodorowy, złoża rud miedzi, monoklina przedsudecka.

Abstract

The research subject discussed in this work was chosen in order to systematize the years-long analyses being carried out for KGHM Polska Miedź S.A. and expand them to include correlation and interpretation aspects of gas chromatographic tests results, in reference to additional geochemical tests (including pyrolytic and isotope analyses) and petrophysical rock properties. The obtained results are the basis for identifying potential gas accumulation areas and forecasting gas and gas-geodynamic threats for copper ore deposits, based on the example of the Sieroszowice Copper Mine.

The main purpose of the monograph was to determine the relationship between the lithofacial variation and the amount and molecular composition of gases from the degassing of rock cores collected from the “OG Sieroszowice” region, exploited by “O/ZG Polkowice-Sieroszowice”, a part of KGHM Polska Miedź S.A. Additionally, the research conducted as part of this paper concerned the following issues:

• Explaining the presence of increased amounts of i.e. excess nitrogen, hydrocarbons and sulphur compounds in desorbed and residual gas.
• Qualitative and quantitative evaluation of gases originating from the degassing of rock cores against the selected petrophysical properties of the rocks.
• An attempt to answer the question whether gas closed inside the pores (in rock core samples of different lithological variation) was generated and trapped “in situ” in the rock or is the result of migration (predicted origin of individual gaseous components).
• Determining the thermal maturity of the organic matter in terms of the hydrocarbon generation process (with the hydrocarbons being a component of the desorbed gases).
• Assessment of gas-bearing properties of different lithofacial formation rocks in selected areas of “OG Sieroszowice” to indicate the preferences of gas accumulations.

The research is based on rock samples collected from a copper-bearing formation in the southern part of the Fore-Sudetic Monocline, which were subjected to gas capacity assessment. The tested samples differed in terms of their lithological character and petrophysical properties. During laboratory tests, the molecular composition of gases was analysed for light hydrocarbons (C1, C2, C3, i-C4, n-C4, neo-C5, i-C5, n-C5, ΣC6, ΣC7, ΣC8, ΣC9 i ΣC10), carbon dioxide, excess nitrogen, helium, hydrogen as well as sulphur compounds, and the exact amount of the released gas was also determined. The tests were carried out both for samples of desorbed (free) gas, representing the part of the gas that is in the open space of the rock pore and which is free to migrate, and for samples of residual (also called occluded) gas released from the rock after the crumbling of the sample. The composition and quantity of the gas were analysed for a large population (803 samples in total, including 59 sandstone samples, 28 copper-bearing shale samples, 254 dolomite samples, 298 anhydrite samples and 164 rock salt samples) with reference to their lithological differences and selected petrophysical properties of the rocks.

The presented results of statistical, quantitative and qualitative analyses of both desorbed and residual gases were evaluated in terms of various interdependence aspects. First of all, the dependence of the total gas content and its individual components in the lithological profile was discussed in relation to its petrophysical properties and the location in the area of “OG Sieroszowice” operations (divided into five regions). Such an approach allowed to determine certain regularities of the distribution of gas and its individual components, which is important in forecasting zones with increased gas exhalation potential. Additionally, an assessment of the generation possibilities of individual lithofacies included in the copper-bearing formations was carried out and the correlation of gases from the rock cores degassing with natural gases accumulated in the adjacent deposits was demonstrated.

When analysing the samples from the cupriferous level in individual lithologies, different gas accumulations are observed to exhibit a certain variability in the chemical composition in the vertical profile of the deposit, with a definite dominance of nitrogen in all analysed lithological formations. This variability may be caused by the mixing of different types of gases, i.e. autochthonous and allogeneic (migratory) gases, which was also proved by isotope tests of selected residual gas samples.

The distribution of nitrogen in the “OG Sieroszowice” area proves the dominance of vertical migration factor of gases from the lower layers of the beds (probably from Carboniferous deposits), while its accumulation in northern parts may indicate a certain share of lateral migration from the neighbouring fields of the nitrogen-rich natural gas of the Rotliegend strata. Based on the isotope tests and Rock-Eval pyrolysis, it has been proved that natural gas in the study area can be at least partially generated from the organic matter contained in copper-bearing shales. The examined shale samples demonstrated large amounts of Type II organic matter at the level of thermal maturity that allows for the generation processes in the main phase of the oil window. Dolomite and anhydrite also have some generation possibilities (but much lower than in the case of copper-bearing shale).

Rock salt deposits, located in the northern part of the studied “OG Sieroszowice” area, constitute an additional sealing of the copper ore deposit, which poses a risk of gas accumulation. As proved by the conducted research, gas distribution in the rock formations of copper ore deposits shows a clear dependence on lithological variation, divided into five lithofacies. Moreover, gas-bearing variability depending on the location (vertical and lateral) was demonstrated, which is undoubtedly implied by geological conditions (structure and tectonics), including the vicinity of natural gas deposits.

Keywords: rock cores degassing, desorbed gas, residual gas, molecular composition, lithofacial variation, hydrocarbon potential, copper ore deposits, Fore-Sudetic Monocline.

Cena egzemplarza: 60 zł netto (plus 5% VAT)

Zamówienia prosimy składać e-mailowo: nafta-gaz@inig.pl lub telefonicznie 12 617 76 32.