Mineralogical characteristics of the heterolithic formations from the Carpathian Foredeep Miocene sediments, south-eastern Poland

Heterolithic complexes from the Carpathian Foredeep are a subject of growing attention as many natural gas accumulations of industrial importance have been discovered in such formations during the last decades. The aim of the presented work was to determine lithotypes of different lithology and mineralogical composition in the heterolithic sequences. Individual lithotypes were distinguished of macroscopic observations of cores, X-ray diffraction analysis (XRD) and X-ray fluorescence method (XRF). Preliminary distinction of the lithotypes was based on macroscopic observations of the core samples. Correlation plots between the contents of particular minerals (XRD analyses) and corresponding elements (XRF analyses) were used for verification of the lithotypes distinguished on the basis of macroscopic observations. Swelling properties of the investigated rocks were determined using the cation exchange capacity (CEC) values. The following lithotypes were identified: medium- to fine-grained sandstones, fine- to very fine-grained sandstones, clayey sandstones, sand-dominated heteroliths, heteroliths with equal proportions of sandstones and mudstones, mud-dominated heteroliths, mudstones, clayey shales. Such division provides a basis for precise petrophysical characterization of the analyzed profiles, that is assignment of particular petrophysical parameters values to individual lithotypes. More reliable petrophysical parameters in the geophysical interpretation of heterolithic sequences allow for a more precise determination of zones characterized by good reservoir parameters

Estimating the thermal conductivity value of the Carpathian flysch sandstones on the basis of their mineral composition

W ramach przedstawionej pracy przeprowadzono analizę modeli matematycznych umożliwiających ocenę wartości współczynnika przewodności cieplnej skały na podstawie składu mineralnego i porowatości. Zastosowano różnego rodzaju modele, od najprostszych, zakładających warstwową budowę skały, do bardziej skomplikowanych modeli inkluzji sferycznych. Wartości obliczone porównano z danymi laboratoryjnymi. Uzyskane wyniki umożliwiły dobór optymalnych modeli służących do obliczenia przewodności cieplnej piaskowców fliszowych.Mathematical models for the estimation of the thermal conductivity of rocks on the basis of their mineral composition and porosity were analyzed in the presented work. Different types of models from the simplest, layer models to more complex spherical inclusion models were introduced. Calculated values were compared with the laboratory data. The obtained results enabled the selection of the most effective models for the calculation of the thermal conductivity of flysch sandstones

Investigations of the irreducible water content in different types of sandstones using the nuclear magnetic resonance method (NMR)

Przeprowadzono ocenę zawartości wody nieruchomej metodą magnetycznego rezonansu jądrowego. Określenie ilości wody nieruchomej w przestrzeni porowej jest niezbędne do wyznaczenia porowatości dynamicznej, a co za tym idzie - charakterystyki własności zbiornikowych skał. Kluczowym parametrem w tego typu badaniach jest czas graniczny T2G (parametr umożliwiający rozdzielenie wody nieruchomej od wolnej). Parametr T2G wyznaczono dla piaskowców reprezentujących różne baseny sedymentacyjne. Zmienność wyznaczonych wartości T2G (3-15 ms) związana jest ze zróżnicowaniem wykształcenia przestrzeni porowej i składu mineralnego badanych skał. Średnia wartość wyznaczonego czasu granicznego (9.14 ms) znacząco odbiega od wartości średniej (33 ms) podawanej dla piaskowców w literaturze. Przyjęcie wartości T2G = 33 ms może spowodować, że błędy w określeniu porowatości dynamicznej będą sięgać nawet 100%. Widoczne jest więc, że określenie rzeczywistych czasów odcięcia badanych skał jest bardzo istotne dla prawidłowej interpretacji pomiarów NMR.The irreducible water content has been evaluated using nuclear magnetic resonance (NMR) method. Estimation of the irreducible water content in the pore space is indispensable for the productive porosity evaluation and characteristics of the reservoir properties of rocks. The irreducible water content has been established calculating the cutoff time T2G (parameter which enables the division between irreducible and free water). Different types of sandstones were investigated. Variability of the estimated T2G values (3-15 ms) is connected with the diversity of the pore space structure and mineralogy of the investigated rocks. The average T2G value (9.14 ms) established experimentally differs considerably from the average value presented in the literature (33 ms). Use of an average T2G = 33 ms value in the interpretation of the NMR measurements may result in great, even 100 percent errors in the estimation of the producible porosity. Thus, it is clear that investigations of real T2 values for rocks from different sedimentary basins is necessary

Data for: Investigation of fine-grained siliciclastic rocks of different clay content using thermal methods

Resultes of STA and retort measurementsTHIS DATASET IS ARCHIVED AT DANS/EASY, BUT NOT ACCESSIBLE HERE. TO VIEW A LIST OF FILES AND ACCESS THE FILES IN THIS DATASET CLICK ON THE DOI-LINK ABOV

Estimating the thermal conductivity value of the Carpathian basement Meso-Paleozoic sandstones on the basis of their mineral composition

W ramach przedstawionej pracy przeprowadzono analizę modeli matematycznych umożliwiających ocenę wartości współczynnika przewodności cieplnej skały na podstawie składu mineralnego i porowatości. Zastosowano różnego rodzaju modele, od najprostszych, zakładających warstwową budowę skały, do bardziej skomplikowanych modeli inkluzji niesferycznych. Wartości obliczone porównano z danymi laboratoryjnymi. Uzyskane wyniki umożliwiły dobór optymalnych modeli służących do obliczenia przewodności cieplnej piaskowców podłoża Karpat.Mathematical models for the estimation of the thermal conductivity of rocks on the basis of mineral composition and porosity were analyzed in the presented work. Different types of models from the simplest, layer models to more complex nonspherical inclusions models were introduced. The calculated values were compared with the laboratory data. The obtained results enabled the selection of the most effective models for the calculation of the thermal conductivity of the Carpathian basement sandstones

Correlation of Nuclear Magnetic Resonance and Mercury Porosimetry measurements conducted on the Rotliegendes sediments

Przeprowadzono korelację pomiarów magnetycznego rezonansu jądrowego i porozymetrii rtęciowej w celu określenia rozkładu wielkości porów i wyznaczenia rzeczywistej wartości czasu granicznego T2G. Badania wykonano dla piaskowców i zlepieńców czerwonego spągowca z rejonu południowo-zachodniej części niecki poznańskiej. Kalibrację rozkładów czasu relaksacji poprzecznej T2 pod kątem wyznaczenia wielkości porów przeprowadzono metodą Marshalla, w której wykorzystywana jest relaksacyjność efektywna pe (czynnik skalujący promień poru do wartości T2). Wartość relaksacyjności efektywnej uzyskano dla 35 próbek, parametr ten charakteryzuje się dużą zmiennością (4.4-49.9 mim/s), co jest związane ze zróżnicowanym wykształceniem przestrzeni porowej. Parametr T2G określono poprzez ilościowe odniesienie wyników badań porozymetrycznych do rozkładów czasów relaksacji poprzecznej T2. Poprawność wyznaczonych eksperymentalnie wartości T2G potwierdza dobra korelacja wyliczonej za ich pomocą porowatości dynamicznej z przepuszczalnością.Nuclear Magnetic Resonance and Mercury Porosimetry methods were correlated in order to determine the pore size distribution and the irreducible water content. The investigations were conducted for Rotliegendes sandstones and conglomerates from the Poznań Trough. The transverse relaxation time (T2) distribution curves were calibrated with the use of the Marshall method (in which effective relaxivity is used as the scaling factor - scaling pore radius to T2) in order to determine the pore size distribution. The effective relaxivity value was established for 35 samples, the variability (4.4-49.9 mim/s) of this parameter is connected with the diversity of the pore space structure of the investigated rocks. The cutoff time (T2G) value was determined by applying the quantitative results of the porosimetry measurements to the transverse relaxation time (T2) distributions. Good correlation between permeability and dynamic porosity obtained with the use of the experimental T2G values shows that the calculated T2G values are correct

Thermal analysis of siliciclastic rocks of different clay content

W pracy przedstawiono możliwość zastosowania metod analizy termicznej w charakterystyce skał silikoklastycznych o zróżnicowanym zaileniu. Badania wykonano dla dwóch grup próbek: słabo zdiagenezowanych skał mioceńskich i fliszowych oraz mocno przeobrażonych mułowców dolnopaleozoicznych. Dla wszystkich próbek przeprowadzono pomiary symultanicznej analizy termicznej STA, sprzężone ze spektrometrią masową QMS. Analiza wykonanych badań pozwoliła na określenie zakresów temperatur i ubytków masy charakterystycznych dla takich procesów jak: dehydratacja i dehydroksylacja minerałów ilastych, spalanie substancji organicznej i rozkład węglanów.The possibility of applying thermal methods to the characterization of siliciclastic rocks of different clay content was studied in the presented work. Two series of samples were investigated: highly diagenetic lower Paleozoic mudstones and less altered Miocene and Flysch rocks. Simultaneous thermal analysis STA coupled with mass spectrometry QMS was conducted for all samples. The reaction temperatures and mass changes of such processes as: dehydration and dehydroxylation of clay minerals, thermooxidative decomposition of organic substance and carbonates were determined

NMR laboratory measurements of various types of clastic sedimentary rocks using 2, 8 and 23 MHz spectrometers

Wykonywanie badań metodą magnetycznego rezonansu jądrowego na próbkach skał wymaga uwzględnienia ich specyfiki (np. rozmiar porów, skład mineralny, w szczególności zawartość minerałów ilastych, właściwości filtracyjne, zawartość minerałów żelazistych). Omówiono szereg zastosowań spektrometrów pracujących z częstotliwością rezonansową 2 MHz, 8 MHz i 23 MHz, wyposażonych w różne sondy pomiarowe, dające możliwość dopasowania spektrometru i sekwencji pomiarowych do charakteru badanej próbki. Autorzy koncentrują się na różnych aspektach wyznaczania porowatości oraz identyfikacji płynów złożowych dla próbek różnych typów skał klastycznych.The application of nuclear magnetic resonance (NMR) for the evaluation of rock core samples, requires taking into account, their specific features, e.g. pore size, illite composition, filtration properties, concentration of iron containing minerals. Measurements were performed using 2, 8 and 23 MHz NMR spectrometers – core analyzers – equipped with various probeheads. It allowed matching the spectrometer and pulse sequence parameters, to the characteristics of the sample. The authors concentrated on several aspects of porosity assessment and fluid typing for various clastic sedimentary rock samples

Separation and characterization of the silt fraction in the mudstone rocks of the Carpathian Foredeep

Skały mułowcowe, pomimo że zawierają znacznie mniej minerałów ilastych niż iłowce, to na krzywych otworowych mają podobnypoziom radioaktywności, co istotnie utrudnia wydzielenie ich z analizowanego profilu litologicznego. Celem przedstawionych badań jest opracowanie metodyki pozwalającej na wydzielenie, charakterystykę i oszacowanie ilościowego udziału frakcji pylastej (silt) w skałach mułowcowych. Przetestowane zostały różne laboratoryjne metody rozdrabniania skał (kruszenie, zamrażanie, nasycanie solą glauberską) tak, aby uniknąć sztucznego utworzenia dodatkowego siltu (np. przez zbytnie rozkruszenie skały), jak i zaniżenia jego ilości (przez niedostateczne rozdrobnienie skały). Poszczególne frakcje ziarnowe zostały wydzielone w rozdrobnionym materiale skalnym metodą sitową (frakcja piaszczysta) oraz metodą wirowania (frakcja pylasta, frakcja ilasta). Następnie przeprowadzono dokładną charakterystykę mineralogiczną i petrofizyczną oraz dokonano oceny ilościowej wydzielonej frakcji pylastej. Wydzielenie frakcji pylastej badanych skał i uwzględnienie jej w modelach interpretacyjnych umożliwia rozróżnienie mułowców i iłowców w profilach otworów wiertnicznych zapadliska przedkarpackiego.Mudstones, although they contain significantly less clay minerals than claystones, they exhibit similar levels of radioactivity on the well logs, which significantly impedes their distinction in the analyzed lithological profile. The aim of the study was to develop a methodology for separating, characterizing, and estimating the amount of silt fraction in mudstone rocks. Various laboratory methods of fragmentation (crushing, freezing, saturation with Glauber’s salt) have been tested to avoid both creating additional silt artificially (e.g. by over-crushing the rock), and underestimating of its amount (by insufficient fragmentation of rocks). The individual grain fractions were separated in the crushed rock material by the sieve (sand fraction) and centrifugation methods (silt fraction, clay fraction). Subsequently the detailed mineralogical and petrophysical characteristics and quantitative evaluation of the silt fraction were carried out. The separation of the silt fraction in the examined rock and its inclusion in the interpretation models will allow to distinguish between mudstones and claystones in the profiles of the Carpathian Foredeep boreholes

Total organic carbon (TOC) quantification based on trace elements

Wiele pierwiastków śladowych wykazuje związki z materią organiczną TOC. Zależności te pozwalają na wykorzystanie pomiarów składu chemicznego do modelowania zawartości TOC. Celem przedstawionej pracy była ocena możliwości szacowania ilości materii organicznej na podstawie zawartości pierwiastków śladowych takich jak: Ni, Cu, Mo, U, V, Zn, Cr, Sr, Pb i Co dla głębokomorskich łupków sylurskich. Przebadano związki korelacyjne pomiędzy poszczególnymi pierwiastkami i zawartością materii organicznej. Następnie utworzono modele pozwalające na wyliczenie ilości materii organicznej na podstawie zawartości pierwiastków, dla których zaobserwowano znaczące związki z TOC. Wykorzystano zarówno bardziej dokładne badania składu chemicznego wykonane metodą spektrometrii masowej ICP-MS, jak i pomiary o niższej wykrywalności wykonane przenośnym spektrometrem fluorescencji rentgenowskiej EDXRF. Stwierdzono zależności pomiędzy zawartością pierwiastków śladowych a ilością materii organicznej TOC dla pierwiastków takich jak: V, Cu, U, Ni, Mo, Cr (metoda ICP-MS) oraz V, Cu, Cr i Ni (metoda XRF). Za pomocą metody regresji wielorakiej skonstruowano modele o współczynnikach determinacji R2 od 0,84 do 0,92 (dla metody ICP-MS) i od 0,75 do 0,78 (dla metody XRF) umożliwiające szacowanie ilości materii organicznej na podstawie zawartości pierwiastków śladowych. Uzyskane modele matematyczne pozwalają na wyliczanie zawartości materii organicznej TOC dla głębokomorskich, bogatych w materię organiczną łupków sylurskich na bazie pomiarów pierwiastków śladowych wykonanych metodą spektrometrii masowej ICP-MS oraz metodą fluorescencji rentgenowskiej XRF. Szczególnie istotna jest możliwość wykorzystania pomiarów przeprowadzonych przenośnym spektrometrem fluorescencji rentgenowskiej. Badania te są szybkie, mogą być prowadzone na próbkach okruchowych w trakcie trwania wiercenia. Modele oparte na wynikach XRF pozwalają więc w szybki sposób modelować zawartość TOC jeszcze w trakcie wiercenia.Many trace elements are associated with organic matter. The total organic carbon (TOC) content can be thus calculated basing on the chemical composition measurements. The aim of the presented paper was to evaluate the possibility of estimating the organic matter amount on the basis of trace elements such as: Ni, Cu, Mo, U, V, Zn, Cr, Sr, Pb and Co, for Silurian black shales. Correlations between individual elements and total organic carbon were analysed. Next, mathematical models allowing to calculate the amount of organic matter based on the content of elements significantly related to TOC were constructed. Both more accurate chemical composition analyses (ICP-MS mass spectrometry method) and measurements of lower detectability performed with portable X-ray fluorescence spectrometer EDXRF were used. The relationships between the content of trace elements and the total organic carbon content TOC were found for such elements as: V, Cu, U, Ni, Mo, Cr (ICP-MS) and V, Cu , Cr and Ni (XRF). Mathematical models allowing for TOC quantification based on trace elements, characterized by determination coefficients R2 from 0.84 to 0.92 (for ICP MS method) and from 0.75 to 0.78 (for XRF method) were obtained with the use of the multiple regression method. The mathematical models allow to calculate the content of organic matter TOC for Silurian black shales on the basis of trace element data obtained by both mass spectrometry ICP-MS and X-ray fluorescence spectrometry EDXRF. The possibility of using measurements made with a portable X-ray fluorescence spectrometer is particularly important. Such measurements are fast and can be carried out on cuttings during the drilling process. Models based on XRF results therefore allow for quick modelling of the TOC content during the drilling process