BIB-SEM pore space analyses on old and fresh cap rock cores

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Kernprobenahmen von Explorationsbohrungen sind zeitaufwendig und teuer. Darum sind die Kapazitäten für die Kernentnahme limitiert. Zusätzlich sind die Reservoirintervalle meist von größerem Interesse als die darüber liegenden Deckgesteine, weshalb diese bei der Probenahme früher oft nicht berücksichtigt wurden. Eine weitere Herausforderung stellt der instabile Charakter der Tonsteine dar. Während konsolidierte Reservoirsandsteine meis-tens ohne große strukturelle Schäden ausgebracht werden können, sind die feinkörnigen und typischerweise tonmineralreichen Deckgesteinsintervalle häufig von mechanischer und chemischer Alteration betroffen. Diese Alteration beginnt unmittelbar, nachdem die Kerne an der Oberfläche aus dem Liner genommen werden. Das gesamte Probenmaterial wird dann üblicherweise in Kernlagern an der Luft gelagert, was über den Lagerungszeitraum zu einer noch signifikant verstärkten Alteration führen kann. Gelagertes Kernmaterial bildet dennoch in den meisten Fällen die einzige Möglichkeit, petrophysikalische Eigenschaften (z.B. Porositätsverteilungen) von Deckgesteinen zu bestimmen. Darum ist die Eignung von solchem Kernmaterial für porenstrukturelle Charakterisierungen nach langer Lagerung unter Lufteinfluss in diesem Kontext von großem Interesse. Diese Studie behandelt die fragliche Eignung von langzeitgelagertem Probenmaterial für Porenraumanalysen und zielt auf eine Validierung von solchem Material für weitere Deck-gesteinsstudien ab. Um die Porenraumcharakteristika und deren Alteration zu erfassen, wurden vergleichende broad ion beam – scanning electron microscopy (BIB-SEM) Analy-sen an drei Probensätzen durchgeführt. Diese beinhalten pannonische Tonsteine aus einer Versenkungstiefe von ~530 m. Die drei Probensätze enthalten i) frisch eingewachste Kern-stücke aus einer Bohrung die im Jahr 2021 abgeteuft wurde, ii) aus demselben Material gebohrte und unter Optimalbedingungen präservierte Plugs, sowie iii) langzeitgelagerte Kernstücke aus demselben stratigraphischen Intervall und der gleichen Tiefe aus einer na-hegelegenen Bohrung welche 1970 abgeteuft wurde. Der Vergleich der Porengröße und geometrischen Verteilung im Bereich von 30 nm bis ~ 2 µm bietet die Möglichkeit, die Auswirkungen von unterschiedlichen Präservierungs- und Präparationsmethoden auf den Porenraum festzustellen. Die BIB-SEM Daten zeigen, dass die Porencharakteristika von allen drei Probensätzen in einem vergleichbaren Bereich liegen. Die alten Proben sind mikrostrukturell intakt und im betrachteten Porengrößenintervall im Vergleich zum frischen Kernmaterial nicht systema-tisch alteriert. Obwohl µm-große Trocknungsrisse in den alten Proben gehäuft auftreten, legt die allgemeine Vergleichbarkeit von Gesamtporosität, Porengrößenverteilungen und Porengeometrieverteilungen nahe, dass repräsentative BIB-SEM Daten auch für langzeitge-lagerte Kernproben gewonnen werden können. Für die frisch gebohrten Plugproben wurde eine leichte Veränderung zu systematisch erhöhter Gesamtporosität festgestellt. Dies lässt vermuten, dass selbst unter optimalen Bedingungen und im Falle gut konservierter Proben das Plugbohren mechanischen Schaden verursacht haben könnte. Diese Theorie wird von einer semi-quantitativen Korngrößenabschätzung, basierend auf großflächigen Übersichts-aufnahmen, unterstützt. Die Korngrößendaten zeigen keine primären sedimentären Einflüs-se, welche die erhöhte Porosität begründen könnten. Trotz der anzunehmenden Alteration durch das Plugbohren sind die Porencharakteristika der frischen Probensätze vergleichbar. Hervorzuheben ist daher, dass mittels BIB-SEM scheinbar dennoch relativ repräsentative Matrixeigenschaften erfasst werden konnten. Zusammenfassend belegen die Ergebnisse die Anwendbarkeit auf BIB-SEM basierender Porenraumuntersuchungen auch für gelagerte bzw. leicht alterierte Tonsteine, sofern zumindest makroskopische Integrität gege

Details

Titel in ÜbersetzungBIB-SEM Porenraumanalysen an gelagerten und frisch entnommenen Bohrkernen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung8 Apr. 2022
StatusVeröffentlicht - 2021