Geotermia od podstaw (2) pojemność skał

W geologii najczęściej bada się w laboratoriach ciężar objętościowy i porowatość skał, którą wyraża stosunek objętości pustek skalnych w próbce do całkowitej objętości próbki. Do pustek skalnych zalicza się porowatość międzyziarnową piaskowców oraz wszelkiego rodzaju kawerny i szczeliny charakterystyczne dla skał pochodzenia chemicznego i organicznego. Aby dowiedzieć się jaką porowatość ma dana próbka, trzeba ją poddać rutynowym i skomplikowanym procedurom w laboratorium. Porowatość wyraża się w procentach. Gdy próbka o objętości 10 cm³ po wysuszeniu w wysokich temperaturach zdolna jest pomieścić w sobie 2 cm³ cieczy to porowatość próbki = 2/10 x 100, czyli 20%. Ja osobiście w opisie dużych objętości skał branych pod uwagę w ruchach płynów w trakcie eksploatacji wolę zastępować pojęcie porowatości pojęciem pojemności. Jeśli stwierdzono w badaniach próbek skał wysoką porowatość a w czasie opróbowań uzyskano duże przypływy płynu złożowego wtedy możemy postrzegać strefę złożową jako pojemną. Płyny złożowe, czyli wodę, ropę, gaz po wydobyciu z tych skał musimy trzymać w pojemnych naczyniach, w tym dla gazu bardzo szczelnych. Z naczyń podziemnych przelewamy coś do rurociągów, baryłek o określonej pojemności lub przepływie też mierzonym w m³/godzinę.

Przypatrzymy się teraz pokazanym na rys. 1 danym o porowatości próbek skał pobranych z utworów mezozoiku oraz z jego podokresów, od dolnego triasu do kredy dolnej.

W każdym podokresie oraz w całej erze mezozoicznej podsumowno porowatości bardzo dużej liczby próbek rdzeni pobranych z otworów górnictwa naftowego oraz Instytutu Geologicznego i obliczono średnie w wydzielonych terytorialnie synklinoriach:

• Pomorskim i warszawskim, które w większości pokrywają się ze strefą o obniżonym gradiencie geotermicznym oraz o strumieniu cieplnym o niskiej gęstości, w skrócie - o niskim wzroście temperatur w funkcji głębokości. W części pomorskiej działa zakład Marusza w Grudziądzu. W części warszawskiej eksploatuje się w Mszczonowie jednym otworem wodę słodką z kredy dolnej, zdatną po odebraniu z niej ciepła do picia, oraz buduje zakład w Toruniu z ujętymi w otworach solankami liasowymi o dużej wydajności. 
• Szczecińskim i łódzkim o podwyższonych temperaturach wynikających z wyższego gradientu geotermicznego oraz dużej gęstości strumienia cieplnego po południowo-zachodniej stronie wału środkowo polskiego. W synklinorium szczecińskim znajdują się zakłady Pyrzyce i Stargard Szczeciński, a w łódzkiej części zakłady Uniejów i Poddębice z ujęciami wody z dolnej kredy, przy czym w Poddębicach jest to woda słodka, która po schłodzeniu jest zdatna do picia. W Koninie wykonano otwór, w którym opróbowano utwory kredy dolnej oraz jury dolnej. Mineralizacja tych wód jest wysoka.  

Najwyższe porowatości widać gołym okiem w zbiorze danych z kredy dolnej a najniższe średnie ma trias środkowy zwany także wapieniem muszlowym. Wyrównane średnie na całym obszrze ma natomiast jura dolna zwana także liasem. Lias jest kompleksem o zmiennej ale ogólnie dużej miąższości. Występuje w nim kilka poziomów piaskowców o porowatości do 25%.

Rozrzut porowatości efektywnej w funkcji głębokości pozyskałam dawno temu z internetu. Uwagi zawarte w komentarzu prof. Trammera skłoniły mnie do pokazania jak można przedstawiać  wyniki badań. Nie wiem z jakiego źródła pochodzi ten obrazek, jeśli ktoś wie proszę o informację.  

Dygresja

Każdy człowiek powinien poświęcać co najmniej tyle samo czasu na ułatwianie sobie życia, co na jego komplikację. Tak zapamiętałam sentencję z 5-tomowej "Fizyki dla dociekliwych" E.M Rogersa. Od tego autora wiem także, że przy szacowaniu ilościowym czegoś o czym mamy blade pojęcie należy podawać jak najmniej liczb znaczących, a już w każdym razie unikać tych po przecinku. Stosowałam tę zasadę także w prognozowaniu oraz ocenie i objaśnianiu spraw złożowych bez zbędnych komplikacji, naukowych wzorów itp. W 1993 r. w przystępny dla wszystkich sposób przedstawiłam to, co pracuje w Geotermii Pyrzyce. Hydrogeolog H. Biernat opublikował artykuł w którym podał z jakich poziomów pochodzi woda geotermalna przetłaczana pomiędzy dwoma otworami z odbiorem po drodze ciepła na wymiennikach. Udostępniono tam dwa poziomy piaskowcowe: 

• I poziom w głęb. 1497 - 1540 m (43 m) o porowatości maksymalnej 29,7%
• II poziom w głęb. 1604 - 1625 m (21 m) o porowatości maksymalnej 30,7%.

Na podstawie tej informacji przyjęłam średnią porowatość dla obu poziomów 25% szacując "głębokość"  oddzielonych od skał wód w obu poziomach na 16 metrów [25/100 (43 + 21)]. Obrazowo można to przedstwić w następujący sposób: Poziomy te wyleciały z ziemi w powietrze i spuściły deszcz więzionej w skałach solanki tworząc dość głębokie Morze Martwe bis. Dodałam do tego informację, że przy eksploatacji solanki z wydajnością 160 m³/h odwadniamy w ciągu godziny 10 m² obu warstw wokół otworu oraz, że woda z powierzchni 1 m² dopływa do otworu w ciągu 6 minut. Nadal twierdzę, że takimi wyliczeniami oraz takim obrazem i językiem powinniśmy się posługiwać przy omawianiu podstaw projektowania i finansowania zakładów geotermalnych.

Podpowiedź dla geologów

W geologii złożowej kopalin płynnych wykonuje się standardowo mapy miąższości i mapy porowatości poziomów zbiornikowych. Oprócz obrazów rozkładu tych ważnych zmiennych na mapie powinno się wykonywać powszechnie mapy rozkładu iloczynu mh (miąższość razy porowatość) dla obszarów z  wystarczającą liczbą danych z otworów. Jeżeli ilość informacji z wierceń, laboratorium oraz zinterpretowanych badań geofizyki otworowej daje podstawy do kreślenia map miąższości i porowatości, to nie powinno być przeszkód, aby dodatkowo zrobić wizualizację obiektu pożądania czyli "głębokości" zbiornika podziemnego. Można to zrobić tradycyjnie, czyli ręcznie lub z pomocą oprogramowania komputerowego z krigingiem, czego jeszcze na oczy nie widziałam ;-) Niestety.

https://pl.wikipedia.org/wiki/Porowato%C5%9B%C4%87_ska%C5%82y

https://pl.wikipedia.org/wiki/Kriging