Original paper

Determining the fluid volume of hydrocarbon occurrences in evaporites

[Größenbestimmung von Kohlenwasserstoffvorkommen in Evaporiten]

Nowak, Thomas; Hammer, Jörg; Pusch, Maximilian

Abstract

Salt solutions, hydrocarbons and other gases naturally occur in salt rocks. Recent exploration of the Gorleben salt dome has shown that larger isolated occurrences of fluids are located only in specific stratigraphic horizons (Nowak et al. 2002, Bornemann et al. 2008). Because of the petrographic character associated with porosity and fractures, the existence of larger isolated occurrences of fluids is possible in anhydrite-rich rocks of the Leine Series and, very rarely, in microporous, hydrocarbon-bearing zones in the Hauptsalz of the Stassfurt Series. When the inflow of hydrocarbons in boreholes can be measured, the isolated total volume of the fluids can be determined in terms of an upper and lower limit by a material balance calculation. This method has already been applied to the isolated occurrences of salt solutions and gases in the Gorleben salt dome. The material balance equation (only) allows the determination of the fluid volume. Conclusions on the distribution and the fluid-filled rock volume can only be drawn on the basis of additional information on the geological structure and the effective reservoir porosity. The principle behind the material balance is the equalisation of the initial isolated amount of hydrocarbons in the occurrence with the sum of hydrocarbons remaining and withdrawn from the occurrence. This balancing can be performed on the basis of the fluid volumes when the (temperature and) pressure dependence of these volumes is taken into account. When the occurrence of fluids can be attributed to a certain stratigraphic unit or a certain section of rock (i.e. an anhydrite block), either the dimensions of hydraulically communicating rock zones can be determined by using the corresponding porosity or the consistency of the measurements with the geological model can be checked. During recent exploration of the Gorleben salt dome, a sequence of stabilised pressure and outflow measurements for an isolated occurrence of hydrocarbons was carried out in a pilot borehole. A preliminary assessment indicated that the fluid-filled volume of the isolated occurrence of hydrocarbons is between 80 litres and 1 m 3 , with a most plausible volume within this range of between 200 and 300 litres. The fluid-filled rock volume is determined by the fluid-filled porosity. A preliminary estimate indicated that the dimensions of the hydraulically communicating, hydrocarbon-bearing rock zones is in the range of a few metres.

Kurzfassung

Salzlösungen, Kohlenwasserstoffe und andere Gase gehören zum natürlichen Stoffbestand von Salzgesteinen. Die bisherige untertägige Erkundung des Salzstocks Gorleben hat gezeigt, dass größere isolierte Fluidvorkommen an bestimmte stratigrafische Horizonte gebunden sind (Nowak et al. 2002, Bornemann et al. 2008). Aufgrund der petrografischen Ausbildung mit einer speicherwirksamen Klüftigkeit oder Porosität ist die Existenz von größeren Fluidvorkommen in den anhydritreichen Gesteinen der Leine-Folge und, sehr selten, in mikroporös ausgebildeten, Kohlenwasserstoff-führenden Gesteinspartien des Staßfurt-Hauptsalzes möglich. Bei messbaren Zutritten von Kohlenwasserstoffen in Bohrungen kann zur Eingrenzung der Größe der angetroffenen isolierten Vorkommen eine Materialbilanzberechnung durchgeführt werden. Dieses Verfahren wurde bereits auf die Gas- und Lösungsvorkommen im Salzstock Gorleben angewendet. Durch eine Berechnung der Materialbilanz wird (lediglich) das Volumen der in einem Fluidvorkommen enthaltenen Fluide eingegrenzt. Aussagen zur Verteilung der Kohlenwasserstoffvorkommen im Salzstock und zum Volumen des Fluidvorkommens (fluiderfüllter Gebirgsbereich) erfordern darüber hinaus weitere Erkenntnisse zum geologischen Bau der Salzstruktur und zur speicherwirksamen Porosität. Das Prinzip der Materialbilanz ist die Gleichsetzung der in einem isolierten Kohlenwasserstoffvorkommen initial vorhandenen Fluidmenge mit der Summe aus entnommener Menge und der nach Entnahme noch im isolierten Vorkommen vorhandenen Kohlenwasserstoffmenge. Diese Bilanzierung kann auf Grundlage der Volumina erfolgen, wenn die (Temperatur- und) Druckabhängigkeit der Volumina berücksichtigt wird. Wenn das betrachtete Fluidvorkommen einer bestimmten stratigrafischen Einheit bzw. einem bestimmten Gebirgsbereich innerhalb des geologischen Modells (z. B. einer Anhydritscholle) zugeordnet werden kann, dann kann unter Berücksichtigung der Porosität die Ausdehnung hydraulisch kommunizierender Gebirgsbereiche bestimmt oder die Konsistenz der Messungen mit den Größenangaben im geologischen Modell geprüft werden. Nach der Wiederaufnahme der Erkundung des Salzstocks Gorleben wurde in einer Vorbohrung eine Sequenz aus Druckaufbau- und Zutrittsmessungen für ein Kohlenwasserstoffvorkommen durchgeführt. Das fluidgefüllte Volumen dieses Vorkommens beträgt nach der durch die Materialbilanzberechnung vorgenommenen vorläufigen Eingrenzung etwa 80 Liter bis 1 m 3 , wobei innerhalb dieser Spanne insbesondere der Bereich zwischen 200 und 300 Litern Fluidvolumen plausibel erscheint. Die Größe des fluidgefüllten Gebirgsbereiches wird von der Porosität bestimmt. Die Ausdehnung hydraulisch kommunizierender, Kohlenwasserstoff-führender Bereiche liegt nach einer vorläufigen Einschätzung im Bereich weniger Meter.

Keywords

gasgorlebenhydrocarbonsinflowmeasurement