Reservoir quality in the A2C-stringer interval of the late neoproterozoic Ara-Group of the South Oman Salt Basin : diagenetic relationships in space and time

Becker, Stephan; Kukla, Peter; Urai, János

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-45809

Reservoir quality in the A2C-stringer interval of the late neoproterozoic Ara-Group of the South Oman Salt Basin : diagenetic relationships in space and time = Reservoirqualität im A2C-Stringer Intervall der neoproterozoischen Ara-Gruppe des Süd-Oman Salzbeckens : diagenetische Zusammenhänge in Raum und Zeit

Becker, Stephan

2012 & 2013

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Stephan Becker

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2012

Umfang[16], 411 S. : zahlr. Ill., graph. Darst. u. Kt.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Zsfassung in dt. und engl. Sprache. - Prüfungsjahr: 2012. - Publikationsjahr: 2013

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Kukla, Peter (Thesis advisor) ; Urai, János (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2012-11-28

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-45809
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/229058/files/229058_Anhang.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/229058/files/229058.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Oman <Süd> (Genormte SW) ; Diagenese (Genormte SW) ; Salztonebene (Genormte SW) ; Stringer (Genormte SW) ; Geowissenschaften (frei) ; Südoman (frei) ; Salzbecken (frei) ; Reservoirqualität (frei) ; diagenesis (frei) ; Southoman (frei) ; saltbasin (frei) ; stringer (frei) ; reservoir quality (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Die Karbonat-Stringer der Ara-Gruppe aus dem Ediacarium/unteren Kambrium im Südoman Salzbecken bilden ein einzigartiges Petroleum System innerhalb eines Salzkörpers, aus dem in der Vergangenheit erfolgreich Kohlenwasserstoffe (KW) gefördert werden konnten. Jedoch wurden in der jüngsten Vergangenheit auch vereinzelt Stringer angebohrt, welche keine wirt-schaftlich interessanten Fördermengen erzielten, was vor allem auf ihre sehr komplexe diage-netische Vergangenheit zurückzuführen ist. Ziel dieser Arbeit ist es daher, die komplexe Diage-nese, deren zeitlichen Ablauf und die räumlichen Verteilungsmuster sowie den Einfluss auf die Reservoir-Eigenschaften innerhalb ausgewählter Karbonat-Stringer aus dem neoproterozoischen A2C-Intervall zu verstehen. Im Zuge der Arbeit wurde die Mineralogie, das Gesteinsgefüge, die paragenetischen Zusammenhänge und die Geochemie auf einer Basis von ~ 400 Proben aus unterschiedlichen KW-Bohrungen analysiert und mit schon vorhandenen, von Petroleum Development Oman (PDO) zur Verfügung gestellten Daten interpretiert. Bei der Interpretation der auf Dünnschliff-Beobachtungen beruhenden Paragenetischen Sequenz wurden ergänzend die Ergebnisse der Finiten bzw. Diskreten Element Modellierung (FEM, DEM) berücksichtigt, um ein besseres Verständnis des Stringer-Bruchverhaltens während der Salztektonik und des daraus resultierenden Fluidflusses zu bekommen. Die Ergebnisse der Dünnschliffanalyse kombiniert mit den Ergebnissen aus Kathodolumineszenz-, Isotopie- und XRD-Analysen bilden eine solide Basis für ein besseres Verständnis der diagenetischen Prozesse innerhalb des A2C-Stringer Intervalls im Südoman Salzbecken und deren Einfluss auf die Reservoireigenschaften. Insgesamt enthalten die Erkenntnisse dieser Studie daher wertvolle Informationen für die Vor-hersage der Reservoireigenschaften innerhalb der untersuchten Felder, für die Planung neuer Explorationsbohrungen und für bessere volumetrische Berechnungen. Der innerhalb des unter-suchten A2C-Stringers beobachtete starke Zusammenhang zwischen Diagenese, Fazies, Struk-turgeologie und Reservoireigenschaften verdeutlicht zudem die Notwendigkeit eines integrierten Ansatzes mit Blick auf zukünftige Explorations- und Produktionsstrategien. Die petrographische Analyse zeigte einen starken Zusammenhang zwischen Reservoireigenschaften und Zementationsgrad, wobei die Zementation vermutlich schon wäh-rend der Ablagerung begann, sich im intermediären Milieu fortsetzte und vermutlich bis heute im tiefen Versenkungsmilieu anhält. Als Hauptzementphasen wurden Anhydrit, Reservoir Bitumen, Halit und Dolomit erkannt, wohingegen Calcit und Quarz nur lokal von Interesse sind. Obwohl die meisten diagenetischen Phasen nur selten klar erkennbare räumliche Verteilungstrends zeigen, konnten dennoch einige statistisch relevante Trends für Porosität/Permeabilität und dia-genetische Phasen herausgearbeitet werden. Ein weiteres Kernergebnis dieser Studie ist das Erkennen des Einflusses der fazies-kontrollierten Dolomitkristallgröße bzw. Sortierung des ursprünglichen Kalksteingefüges auf die Porosität und Permeabilität. Calcit-dominierte Intervalle zeichnen sich oft durch einen nahezu kompletten Verlust an Inter-partikel-Porosität bzw. Permeabilität aus. In älteren Studien wurde sie meist als nicht vollständig dolomitisierte Kalksteine interpretiert. Der Einsatz von Kathodolumineszenz und geochemischen Analysen innerhalb dieser Studie zeigte aber, dass die Calcifizierung vor allem im intermediären bis tiefen Versenkungsmilieu stattgefunden haben muss. Drucklösung von Anhydrit und Dolomit entlang von Stylolithen führte vermutlich zu einem Überschuss von Ca2+-Ionen und somit zur Calcifizierung. Auf Basis der Kernbeschreibungen und BHI’s wurden unterschiedliche Stylolithgenerationen erkannt. Die FEM’s dieser Studie deuten darauf hin, dass das Stylolithwachstum bereits vor oder in frühen Phasen der Salztektonik einsetzte und sich höchstwahrscheinlich bis in die heutige Zeit fortsetzt. Zudem konnte ein klarer inverser Zusammenhang zwischen fazies-kontrollierter Dolomitkristallgröße und Stylolithhäufigkeit nachgewiesen werden, wobei kleinere Kristallgrößen anscheinend anfälliger gegenüber Drucklösung zu sein scheinen. Auch wurden „Breakouts“ und „drilling-induced/enhanced fractures“ innerhalb des untersuchten Karbonatstringers erkannt, was auf ein heutzutage möglicherweise nicht-isotropes Spannungs-feld hindeutet, dessen Verteilungsmuster konsistent mit einer radialförmigen Verteilung mit Ur-sprung im Zentrum des siliziklastischen Minibeckens ist, obwohl die Salztektonik im Arbeitsgebiet bereits im unteren Ordoviziums (~ 498 Ma) endete. Sowohl die vertikalen Verteilungsmuster als auch die FEM’s geben Hinweise auf ein mögliches, kleinmaßstäbliches Absinken der Stringer (max. 100 m mit einer Geschwindigkeit von ~ 0.2 m/Ma) nach Ende der Salztektonik, welches möglicherweise das rezente, nicht-isotrope in-situ Spannungsfeld verursachen könnte.

The carbonate stringers of the Ediacaran-Early Cambrian Ara Group in the South Oman Salt Basin (SOSB) represent a unique intra-salt petroleum system, which has been successfully explored in recent years. However, some of the stringers failed to produce at significant rates due to their complex diagenetic history. Objective of this thesis was therefore to obtain a better understanding of the spatial and temporal distribution patterns of diagenesis and its effect on the reservoir properties within selected carbonate stringers from the late Neoproterozoic A2C interval. Mineralogy, rock fabrics, paragenetic relationships and geochemistry of ~ 400 samples from several petroleum wells were analysed and combined with pre-existing data provided by Petroleum Development Oman (PDO). An integration of the paragenetic sequence derived from thin-section analysis with results from finite element and discrete element models further helps to constrain the effect of salt tectonics on fracture formation and fluid evolution within the stringers. The results of this study comprise crucial information for better prediction of reservoir quality in the analyzed fields, planning of new exploration wells and better volumetric calculations. The integration of thin section analyses with methods such as cathodoluminescence microscopy, isotope and XRD analyses provided a solid basis for the understanding of diagenetic processes in the A2C stringer interval of the SOSB and their implications for the reservoir properties of the stringer play. The observed relationships suggest a close link between carbonate facies and diagenetic products. Together with structural controls these define reservoir quality in the Ara stringer play and it underlines the importance of such an integrated approach for future exploration and production strategies. Petrographic relationships indicate that the grade of cementation from the near-surface and intermediate to the deep burial realm has a large impact on reservoir properties within the studied stringer interval. Anhydrite, reservoir bitumen and dolomite are the most abundant pore filling cement phases. Minor phases include calcite and quartz. Predictable distribution trends are difficult to identify for most of the diagenetic phases. However, some statistically meaningful trends of porosity/permeability and diagenetic phases were observed. Another key result is that dolomite crystal size and sorting of the precursor limestones are further important parameters controlling the porosity/permeability relationship within the study area. Dolomites with large crystal sizes (> 30 μm) typically show the highest permeability for a given interparticle porosity. Dolomite crystal-size distributions could be shown to be facies dependent. Calcite-dominated intervals are often characterised by an almost complete loss of interparticle porosity and permeability. Previously the calcite-dominated intervals were interpreted to be limestones that were not replaced during reflux dolomitisation due to the wedging out of the dolomitising flow and/or their low permeability. However, by a combination of cathodoluminesence and geochemical analyses it could be demonstrated in this study that replacement of dolomite by calcite took place in the intermediate and deep burial realm (especially in Field E). Anhydrite and dolomite dissolved through pressure solution along the stylolites most likely provided the necessary ions for the replacement of dolomite by calcite and additional calcite cementation. Different generations of stylolites were observed within the stringer interval. The Finite Element Models (FEM’s) indicate that stylolite growth started already prior or in initial stages of salt tectonics and most likely continued until recent times. A clear inverse relationship between facies-dependent crystal size and stylolite density is indicated where small crystal sizes seem to promote the process of pressure solution. Another key result of this study is that breakouts and drilling induced/enhanced fractures mapped within the stringer might indicate a present-day, non isotropic in-situ stress field which shows a distribution pattern that is consistent with a radial orientation around the central minibasin, even if salt tectonics already ended in early Ordovician times (~ 498 Ma). The vertical distribution of these features as well as the FEM might indicate a present-day most likely non-isotropic in-situ stress field which might be caused by a small-scale gravitational sinking of the stringers with a total vertical displacement of up to ~ 100 m (0.2 m/Ma).

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