Petrophysik der Speicherzementation

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Ableitung von Permeabilitäts-Porositäts-Beziehungen auf der Basis eines fraktalen Strukturmodells: Unterscheidung zwischen Primär- und Sekundärmineralisation bei Lösung und Fällung

Mir Hilfe der Theorie der Fraktale wurden Zusammenhänge zwischen gesteinsphysikalischen Größen, insbesondere zwischen Permeabilität und Porosität, abgeleitet. Diese stimmen besser mit experimentellen Daten übereinstimmen als Gleichungen, die auf den einfachen klassischen Kapillarbündel- und Kugelpackungs-Modellen beruhen. Die entwickelte allgemeine Permeabilitäts-Porositätsbeziehung enthält Koeffizienten und Exponenten, die in gesetzmäßiger Weise vom Gesteinstyp abhängen. Es wird gezeigt, wie mit Hilfe der verfügbaren gesteinphysikalischen Informationen eine optimale spezielle Permeabilitäts-Porositätsgleichung aufgestellt werden kann.

Abb.1: Zusammenhang zwischen Permeabilität und Porosität für reine und tonige Sandsteine

Die gefundenen gesteinsphysikalischen Beziehungen lassen sich für die Auswertung von Bohrlochmessungen anwenden. Im Falle der Bohrung "Allermöhe 1" wurde auf der Grundlage einer nuklearmagnetischen (NMR) Messung ein Permeabilitäts-Log erstellt, das in den Bereichen, in denen Bohrkerne gewonnen wurden, in guter Übereinstimmung mit Labordaten steht.

Der in der Bohrung Allermöhe angetroffene Rätsandstein hat eine stark erniedrigte Permeabilität aufgrund von Anhydritzementation. Durch die Kristallisation von Anhydrit im Porenraum entwickelte sich eine Porenraumstruktur, die sich von durchschnittlichen Sandsteinen unterscheidet. Ein charakteristischer Parameter der Porenraumstruktur ist die fraktale Dimension, von der die spezielle Form der Permeabilitäts-Porositätsbeziehung direkt abhängt. Zur Aufklärung der Porenraumstruktur von mit Anhydrit zementiertem Rätsandstein wurden von Bohrkernen der Bohrung Allermöhe Proben ausgewählt und von jeder Probe zahlreiche gesteinsphysikalische Eigenschaften bestimmt. Im Zusammenhang mit der fraktalen Porenraumstruktur waren drei unabhängige Verfahren von Interesse:

1. Messung der Porenradienverteilung mit der Quecksilberintrusionsmethode,
2. Bestimmung der komplexen elektrischen Leitfähigkeit,
3. Bestimmung des zeitabhängigen Selbstdiffusionskoeffizienten von Wasser im Porenraum von Sandstein mit Hilfe der PFG NMR (PFG = gepulstes Gradientenfeld, NMR = nuklearmagnetische Resonanz).