Furadékminták gáz és illékony komponenseinek vizsgálatához szükséges minta-előkészítési és -feltárási protokoll fejlesztésének eredményei

  • Sándor Körmös SZTE TTIK Ásványtani, Geokémiai és Kőzettani Tanszék, e-mail: krmssandor@gmail.com
  • Nóra Czirbus SZTE TTIK Ásványtani, Geokémiai és Kőzettani Tanszék
  • Félix Schubert SZTE TTIK Ásványtani, Geokémiai és Kőzettani Tanszék
Kulcsszavak: gázanalizátor, eltérő furadékminta tisztítási eljárások, töréstesztek, fluidumzárvány-sztratigráfia

Absztrakt

A mélyfúrásokból származó fúrómagok, furadékminták anyagában csapdázódott fluidumzárványok gáz és illékony komponens tartalmának vizsgálatával lehetőség nyílik a kőzettestben egykor működött fluidumrendszerek kémiai összetételének megismerésére, azok vertikális kiterjedésének meghatározására, a paleo-fázishatárok lehatárolására. A kiválasztott fúrásszelvény mentén, a kőzetmintákból kiszabadított gázok relatív mennyiségét a mélység függvényében ábrázolva, gázprofilok, illetve ezekből további származtatott paraméterek számíthatók. A Szegedi Tudományegyetem, Ásványtani, Geokémiai és Kőzettani Tanszékén megépített gázanalizátorral a fluidumzárványok mechanikai feltárása („feltörése”) alacsony nyomású-magas hőmérsékletű körülmények között történik. Az így felszabadított gázok azonosítását a törőkamrákhoz csatlakoztatott kvadrupól tömegspektrométerrel végezzük.

A furadékminták vizsgálatának elengedhetetlen feltétele a minták megfelelő előtisztítása, majd a fluidumzárványok hatékony és reprodukálható feltárása, azaz a minta törése. Az optimális mérési protokoll kialakítása céljából, az adatok reprodukálhatósága és megbízhatósága érdekében a műszer törőegységeivel 250–500 μm mérettartományba eső kvarchomok minták töréstesztjeit, és eltérő típusú fúróiszapokkal szennyezett kvarchomok minták tisztítási eljárásait vizsgáltuk meg. A töréstesztek eredményei alapján a nagyobb mintamennyiség, a magasabb ütésszám vagy a megnövelt préselési idő eltérő mértékben módosítja az aprózódás hatékonyságát. Vizsgálataink alapján az optimális aprózódás, azaz a legnagyobb számú fluidumzárvány felnyitásához maximálisan 0,5–1,0 g mintamennyiség, minimum 50 db ütésszám és 1 sec ütésenkénti préselési idő szükséges.

A tisztítási eljárások hatékonyságának összehasonlítása során beigazolódott, hogy a megvizsgált tisztítási módszerek esetében, a minták mosószeres tisztítása a minta-előkészítés időtartamát jelentősen megnöveli, de bizonyos minták esetében a mosás alkalmazása elkerülhetetlen a megbízható mérési eredmény elérése érdekében. Az elvégzett tesztek eredményei alapján kidolgoztuk a műszer kőzet- és furadékminták vizsgálatára alkalmazható mérési protokollját, továbbá meghatároztuk a további fejlesztési irányokat.

Hivatkozások

ABELL, P. I., DRAFFAN, G. H., EGLINTON, G., HAYES, J. M., MAXWELL, J. R. & PILLINGER C. T. 1970: Organic analysis of the returned lunar sample. ‒ Science 167, 757‒759. https://doi.org/10.1126/science.167.3918.757
AHMED, M & GEORGE, S. C. 2004: Changes in the molecular composition of crude oils during their preparation for GC and GC-MS analyses. — Organic Geochemistry 35, 137‒155. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2003.10.002
ANDREWS, F. F. & GIBSON, E. K. 1979: Release and analysis of gases from geological sample. — American Mineralogist 64, 453‒463.
AZMEY, K. & BLAMEY, N. J. F. 2013: Source of diagenetic fluids from fluid-inclusion gas ratios. — Chemical Geology 347, 246‒254. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2013.04.011
BARCLAY, S. A., WORDEN, R. H., PARNELL, J., HALL, S. M. & STERNER, S. M. 2000: Assesment of fluid contacts and compartmentalization in sandstone reservoirs using fluid inclusions: an example from the Magnus oil field, North Sea. — AAPG Bulletin 84, 489‒504. https://doi.org/10.1306/c9ebce2d-1735-11d7-8645000102c1865d
BARKER, C. G. 1965: Mass spectrometric analysis of the gas evolved from some heated natural minerals. — Nature 205, 1001‒1002. https://doi.org/10.1038/2051001a0
BARKER, C. & SMITH, M. P. 1986: Mass spectrometric determination of gases in individual fluid inclusions in natural minerals. — Analytical Chemistry 58, 1330‒1333. https://doi.org/10.1021/ac00298a013
BARKER, C. & TORKELSTON, B. E. 1975: Gas adsorption on crushed quartz and basalt. — Geochimica et Cosmochimica Acta 39, 212‒218. https://doi.org/10.1016/0016-7037(75)90173-8
BLAMEY, N. J. F. 2012: Composition and evolution of crustal, geothermal and hydrothermal fluids interpreted using quantitaive fluid inclusion gas analysis. — Journal of Geochemical Exploration 116‒117, 17‒27. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2012.03.001
BODNAR, R. J. & STERNER, S. M. 1985: Synthetic fluid inclusions in natural quartz. II. Application to PVT studies. — Geochimica et Cosmochimica Acta 49, 1855‒1859. https://doi.org/10.1016/0016-7037(85)90080-8
BRAY, C. J., SPOONER, E. T. C. & THOMAS, A. V. 1991: Fluid inclusion volatile analysis by heated crushing, on-line gas chromatography; applications to Archean fluids. — Journal of Geochemical Exploration 42, 167‒193. https://doi.org/10.1016/0375-6742(91)90066-4
BREWSTER, C. & HALL, D. 2001: Deep, geopressured gas accumulation and Fluid Inclusion Stratigraphy (FIS) signatures: exploration implications from the lower Miocene trend, Gulf of Mexico. — Houston Geological Sociaty Bulletin 43, 27‒33.
CHANNER, D. M. DER., BRAY, C. J. & SPOONER, E. T. C. 1999: Integrated cation-anion/volatile fluid inclusion analysis by gas and ion chromatography; methodology and examples. — Chemical Geology 154, 59‒82. https://doi.org/10.1016/s0009-2541(98)00124-7
DARLEY, H. C. H. & GRAY, G. R. 1988: Composition and properties of drilling and completion fluids. — Gulf Professional Publishing, Houston, USA (ISBN: 0-87201-147-X), 654 p.
DAVY, H. 1822: On the state of water and aeriform matter in cavities found in certain crystals. — Philosophical Transactions of the Royal Society of London 112, 367–376. https://doi.org/10.1098/rstl.1822.0028
DILLEY, L. M. & NORMAN, D. I. 2007: Fluid Inclusion Stratigraphy, A new method for geothermal reservoir assessment, Energy Research and Development Division, Final project report. — CEC-500-2013-064, New Mexico Institute of Mining and Technology, California Energy Commision, 106 p.
GEORGE, S. C. & AHMED, M. 2002: Use of aromatic compound distributions to evaluate organic maturity of the Proterozoic middle Velkerri Formation, McArthur Basin, Australia. — in: KEEP, M. & MOSS, S. J. (eds.) The Sedimentary Basins of Western Australia 3: Proceedings of the Petroleum Exploration Sociaty of Australia Symposium, Perth, WA., 253‒270.
GEORGE, S. C., LISK, M., EADINGTON, P. J. & QUEZADA, R. A. 2002: Evidence for an early, marine-sourced oil charge to the Bayu Gas-Condensate Field, Timor Sea. — in: KEEP, M. & MOSS, S. J. (eds.) The Sedimentary Basins of Western Australia 3: Proceedings of the Petroleum Exploration Sociaty of Australia Symposium, Perth, WA., 465‒474.
GEORGE, S. C., VOLK, H. & AHMED, M. 2007: Geochemical analysis techniques and geological applications of oil-bearing fluid inclusions, with some Australian case studies. — Journal of Petroleum Science and Engineering 57, 119‒138. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2005.10.010
GOGUEL, R. 1963. Die chemishe Zusammensetzung ser in den Mineralen einiger Granite und ihrer Pegmatite eingeschlossenen Gase und Flüssigkeiten. — Geochemica et Cosmochimica Acta 27, 155‒181. https://doi.org/10.1016/0016-7037(63)90056-5
GRANEY, J. R., KESLER, S. E. & JONES, H. D. 1991: Application of gas analysis of jasperoid inclusion fluids to exploration for micron gold deposits. — Journal of Geochemical Exploration 42, 91‒106. https://doi.org/10.1016/0375-6742(91)90061-x
GROWCOCK, F. & HARVEY, T. 2005: Drilling fluids. — in: ASME Shale Shaker Commitee, Drilling Fluids Processing Handbook, Gulf Professional Publishing, Elsevier, Burlington, USA (ISBN: 0-7506-7775-9), 15‒68. https://doi.org/10.1016/b978-075067775-2/50003-2
HART, B. S. & STEEN, A. S. 2015: Programmed pyrolysis (Rock-Eval) data and shale paleoenvironmental analyses: A review. — Interpretation 3/1, SH41‒SH58. https://doi.org/10.1190/INT-2014-0168.1
HURAI, V., HURAIOVÁ, M., SLOBODNIK, M. & THOMAS, R. 2015: Geofluids, Developments in Microthermometry, Spectroscopy, Thermodynamics, and Stable Isotopes. — Elsevier (ISBN: 978-0-12-803241-1), 490 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803241-1.09979-2
KESLER, S. E., BODNAR, R. J. & MERNAGH, T. P. 2013: Role of fluid and melt inclusion studies in geologic research. — Geofluids 13, 398‒404. https://doi.org/10.1111/gfl.12055
KESLER, S. E., HAYNES, P. S., CREECH, M. Z. & GORMAN, J. A. 1986: Application of fluid inclusion and rock-gas analysis in mineral exploration. — Journal of Geochemical Exploration 25, 201‒215. https://doi.org/10.1016/0375-6742(86)90014-2
LISK, M., GEORGE, S. C., SUMMONS, R. E., QUEZADA R. A. & O'BRIEN, G. W. 1996: Mapping hydrocarbon charge histories: detailed characterisation of the South Pepper oil field, Carnorvon Basin. — Australian Petroleum Production & Exploration Association Journal 36, 445‒464. https://doi.org/10.1071/aj95024
LIU, K., EADINGTON, P. & COGHLAN, D. 2003: Fluorescence evidence of polar hydrocarbon interaction on mineral surfaces and implications to alteration of reservoir wettability. — Journal of Petroleum Science and Engineering 39, 275‒285. https://doi.org/10.1016/s0920-4105(03)00068-8
LIVSEY, A., CARMODY, S. & RAHARJA, M. 2014: The use of fluid inclusion information to understand hydrocarbon charge history in the Sokang through, East Natuna Basin. — Proceedings, Indonesian Petroleum Association, Thirty-Eight Annual Convention & Exhibition, IPA14-G-362, 362‒379.
MIRANDA, J. A., HALL, D. L., O'BRIEN, G .W., PHIUKHAO, W., GOLDIE DIVKO, L. M., CHAO, J. C., CAMPI, M. J., EID, R. & TINGATE, P. R. 2013: Fluid Inclusion stratigraphy in the Gippsland Basin: Implications for geological carbon storage. — Department of Primery Industries, Victoria, Australia (ISBN: 978-1-74326-408-9), 60 p.
MOORE, J. N., NORMAN, D. I. & KENNEDY, B. M. 2001: Fluid inclusion gas compositions from an active magmatic -hydrothermal system: a case study of the Geysers geothermal field, USA. — Chemical Geology 173, 3‒30. https://doi.org/10.1016/s0009-2541(00)00265-5
MUNZ, I. A. 2001: Petroleum inclusions in sedimentary basins: systematics, analytical methods and application. — Lithos 55, 195–212. https://doi.org/10.1016/s0024-4937(00)00045-1
NORMAN, D. I., MOORE, J. N., YONAKA, B. & MUSGRAVE, J. 1996: Gaseous species in fluid inclusions: a tracer of fluids and indicator of fluid process. — PROCEEDINGS: Twenty-First Workshp on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford Geothermal Program, Workshop Report SGP-TR-151, Stanford University, Stanford, California, 233‒240.
NORMAN, D. I. & SAWKINS, F. J. 1987. Analysis of volatiles in fluid inclusions by mass spectrometry. — Chemical Geology 61, 1‒10. https://doi.org/10.1016/0009-2541(87)90020-9
OHM, S. E. & HANEFERD, H. 2011: Drilling conditions making wells unsuitable for fluid inclusion studies on drill cuttings. — AAPG Bulletin 95, 537‒558. https://doi.org/10.1306/08181010035
PANG, L. S. K., GEORGE, S. C. & QUEZADA, R. A. 1998: A study of the gross composition of oil-bearing fluid inclusions using high performance liquid chromatograhy. — Organic Geochemistry 29, 1149‒1161. https://doi.org/10.1016/s0146-6380(98)00135-1
PARNELL, J., MIDDLETON, D., HONGHAN, C. & HALL, D. 2001: The use of integrated fluid inclusion studies in constraining oil charge history and reservoir compartmentation: examples from the Jeanne d'Arc Basin, offshore Newfoundland. — Marine and Petroleum Geology 18, 535‒549. https://doi.org/10.1016/s0264-8172(01)00018-6
PIPEROV, N. B. & PENCHEV, N. P. 1973: A study on gas inclusions in minerals. Analysis of the gases from micro-inclusions in allanite. — Geochimica et Cosmochimica Acta 37, 2075‒2097. https://doi.org/10.1016/0016-7037(73)90009-4
PETERSILE, I. A. & SÖRENSEN, H. 1970: Hydrocarbon gases and bituminous substances in rocks from the Ilímaussaq alakline intrusion, South Greenland. — Lithos 3, 59‒76. https://doi.org/10.1016/0024-4937(70)90088-5
ROEDDER, E. 1962: Studies of fluid inclusions I: Lowtemperature application of dual-purpose freezing and heating stage. ‒ Economic Geology 57, 1045‒1061. https://doi.org/10.2113/gsecongeo.57.7.1045
ROEDDER, E. 1963: Studies of fluid inclusions II: Freezing data and their interpretation. ‒ Economic Geology 58, 167‒211. https://doi.org/10.2113/gsecongeo.58.2.167
ROEDDER, E. 1970: Application of an improved crushing microscope stage to studies of the gases in fluid inclusions. — Mineralogische und Petrographische Mitteilungen 50/1, 41‒58.
ROEDDER, E. 1972: Composition of fluid inclusions. — United States Geological Survey Professional Paper 440-JJ, Washington, 199 p.
ROEDDER, E., INGRAM, B. & HALL,W. E. 1963: Studies of fluid inclusions III: Extraction and quantitaive analysis of inclusions in the milligram range. — Economic Geology 58, 353‒374. https://doi.org/10.2113/gsecongeo.58.3.353
SALVI, S & WILLIAMS-JONES, A. E. 2003: Bulk analysis of volatiles in fluid inclusions. — SAMSON, I., ANDERSON, A. & MARSHALL, D. (eds.) Fluid inclusions: Analysis and Interpretation. — Mineralogical Association of Canada, Canada, Short Course Series 32 (ISBN 0-921294-32-8), 247‒278.
SCHUBERT, F., KÓTHAY K., DÉGI, J., M. TÓTH, T., BALI, E., SZABÓ, CS., BENKÓ, ZS. & ZAJACZ, Z. 2007: A szakirodalomban használt fluidum- és olvadékzárványokkal kapcsolatos kifejezések és szimbólumok szótára. — Földtani Közlöny 137/1, 83‒102.
SORBY, H.C., 1858. On the microscopic structure of crystals, indicating the origin of minerals and rocks. — Quarterly Journal of the Geological Society of London 14, 453–500. https://doi.org/10.1144/GSL.JGS.1858.014.01-02.44
STERNER, M. S. & BODNAR, R. J. 1984: Synthetic fluid inclusions in natural quartz I. Compositional types synthesized and applications to experimental geochemistry. — Geochimica et Cosmochimica Acta 48, 2659‒2668. https://doi.org/10.1016/0016-7037(84)90314-4
VOLK, H., GEORGE, S. C., KILLOPS, S. D., LISK, M., AHMED, M. & AW QUEZADA, R. 2002: The use of fluid inclusion oils to reconstruct the charge history of petroleum reservoirs ‒ an example from the Taranaki Basin. — New Zealand Petroleum Conference Proceedings, Publicity Unit, Crown Minerals, Ministry of Economic Development, Wellington, New Zealand, 221‒233.
WAHLER, W. 1956: Über die in Kristallen eingeschlossenen Flüssigkeiten und Gase. — Gechemica et Cosmochemica Acta 9, 105‒135. https://doi.org/10.1016/0016-7037(56)90064-3
WELHAN, J. A. 1988: Methane and hydrogen in mid-ocean-ridge basalt glases: analysis by vacuum crushing. — Canadian Journal of Earth Sciences 25, 38‒48. https://doi.org/10.1139/e88-004
WRIGHT, A. W. 1881: On the gaseous substances contained in the smoky quartz of Branchville. — American Journal of Science 123, 209‒216. https://doi.org/10.2475/ajs.s3-21.123.209
Megjelent
2017-12-06
Rovat
Értekezés