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The role of clay minerals in influencing porosity and permeability characteristics in the Bridport Sands of Wytch Farm, Dorset

Published online by Cambridge University Press:  09 July 2018

K. A. Morris
Affiliation:
Exploration Department, Gas Council (Exploration) Ltd., 59 Bryanston Street, London W1A 2AZ
C. M. Shepperd
Affiliation:
British Gas Corporation, Research and Development Division, London Research Station, Michael Road, London SW6 2AD, U.K.

Abstract

The Bridport Sands is a widespread marine sandstone of Lower Jurassic age found in much of southern England. It is a very fine grained, moderately sorted quartz-arenite and is characterized by the alternation of friable and hard calcareous-cemented layers. The sands form the upper reservoir in the Wytch Farm Field, Dorset, which is currently producing at the rate of around 4000 barrels per day. Investigation of core material to assess the suitability of water injection for gas/oil recovery has shown that significant reductions of liquid permeability compared to air permeability occur. These reductions vary from 30% or less in the best quality reservoir to more than 70% in low-permeability sandstones. Clay minerals in the Bridport Sands comprise mainly kaolinite and mixed-layer clays of both the illite-chlorite and illite-smectite types. Small amounts of vermiculite and chlorite also occur. The kaolinite is found as loosely-attached, discrete particles, whilst the mixed-layer clays form patchy pore linings. The permeability reductions may be explained by: (i) the adsorption of water and expansion of poorly-crystalline mixed-layer illite-smectites causing blockage of pore space (this reduction is largely reversible) and (ii) the physical movement of authigenic kaolinite crystal aggregates blocking pore-throats (this reduction is largely non-reversible). The pore-size distribution, clay particle sizes, the distribution of the clays within the pore space, and the composition of the clays are all important factors in controlling porosity/permeability relationships and permeability reductions in the friable reservoir intervals in the Bridport Sands.

Resume

Resume

Les Sables de Bridport constituent une formation marine d'âge jurassique inférieur très répandue en Angleterre du Sud. Il s'agit d'une arénite quartzeuse de granulométrie très fine, caractérisée par l'alternance de couches friables et endurcies par un ciment calcaire. Ces sables forment le réservoir supérieur de la région de Wytch Farm, Dorset, qui a une production courante de 4000 barils par jour. Des recherches sur les matériaux de cette formation, en vue d'étudier la possibilité d'injecter de l'eau pour récupérer l'huile ou le gaz, on montré des réductions importantes de la perméabilité aux liquides par rapport à, la perméabilité à l'rair. Ces réductions varient de 30% au moins darts le réservoir de meilleure qualité à plus de 70% dans les grès peu perméables. Les minéraux argileux des sables de Bridport comprennent essentiellement la kaolinite et des interstratifiés illite-chlorite et illite-smectite. On y trouve aussi des faibles quantités de vermiculite et de chlorite. La kaolinite se trouve sous forme de particules discrètes, peu liées, alors que les interstratifiés forment par chevauchement les revêtements des pores. Les réductions de perméabilité peuvent s'expliquer par (i) l'adsorption de l'eau et le gonflement des interstratifiés mal cristallisés du type illite-smectite, provoquant le blocage de l'espace des pores (cette réduction est essentiellement réversible), (ii) le déplacement des agrégats de kaolinite authigène encombrant les orifices des pores (réduction pratiquement irréversible). La distribution des tailles de pore, les talles des particules d'argile, la distribution des argiles dans l'espace poreux et la composition des argiles sont tous des facteurs importants dans le contrôle des relations porosité-perméabilité et des réductions de perméabilité dans les intervalles friables du réservoir des Sables de Bridport.

Kurzreferat

Kurzreferat

Die Bridport Sands sind ein weitverbreiteter marine-Sandstein des unteren Jura in Südengland. Er setzt sich aus sehr fein gekörntem, gelegentlich sortiertem Quarz-Arenit zusammen und ist dutch den Wechsel von spröden und harten, kalkverkrusteten Schichten gekennzeichnet. Die Sandsteine bilden die obere Speicherschicht im Wytch Farm Field, Dorset, welches gegenwärtig eine Produktionsleistung von 4000 Barrel pro Tag besitzt. Die Erforschung des Kernbereiches zur Abschätzung der Möglichkeit einer Wasserinjektion für die Gas/Öl-Gewinnung zeigte, daß signifikante Abnahmen der Flüssigkeitspermeabilität im Vergleich zur Luftpermeabilität auftreten. Dieser Verlust variiert von 30% oder weniger im Speicher mit bester Qualität, bis zu 70% und darüber in gering permeablen Sandsteinen. Die Tonminerale der Bridport Sands bestehen hauptsächlich aus Kaolinit und Illit-Chlorit sowie Illit-Smectit Wechsellagerungsmineralen. Nebenbei sind noch geringe Mengen Chlorit und Vermiculit enthalten. Kaolinit kommt in Form von locker gebundenen Einzelteilchen vor, wechselgelagerte Tonminerale dagegen bilden unregelmäßige Porenbeläge aus. Die Permeabilitätsabnahmen können erklärt werden durch: (i) Wasseradsorption und Expansion von schlecht kristallisierten Illit-Smectit Wechsellagerungen, wodurch eine Blockade des Porenraumes entsteht (weitgehend reversibler Vorgang) und (ii) die physikalische Bewegung authigener Kaolinitkristallaggregate, wodurch Porengänge blockiert werden (dies ist ein größtenteils irreversibler Vorgang). Die Porengrößenverteilung, die Teilchengröße des Tones, die Verteilung des Tomes innerhalb der Porenvolumina und dessen Zusammensetzung, sind alles wichtige Faktoren dür die Kontrolle von Porositäts/Permeabilitäts-Beziehungen und Permeabilitätsverminderungen der spröden Abschnitte in den Speicherschichten der Bridport Sands.

Resumen

Resumen

Las arenas Bridport son unas areniscas marinas del jurásico inferior que se encuentran ampliamente difundidas en el sur de Inglaterra. Son unas areniscas cuarciferas de tamaño muy fino, con una moderada heterometría y que se caracterizan por una alternancia de niveles, con cemento calcareo, deleznables y compactos. Las arenas forman la parte superior del campo petrolifero de Wytch Farm, que produce unos 4000 barriles diarios. La investigación de materiales procedentes de los testigos de sondeo, para estudiar la conveniencia de utilizar inyecciones de agua para la recuperación de gas y petroleo, ha mostrado que se producen reducciones significativas en la permeabilidad a los liquidos cuando se las compara frente a la permeabilidad al aire. Estas reducciones varian desde el 30% o menos, en el yacimiento de mejor calidad, hasta mas del 70% en las areniscas de mas baja permeabilidad. Los minerales de la arcilla presentes en las areniscas Bridport son, esencialmente, caolinita e interestratificados ilita-clorita e ilita-esmectita. Tambien se encuentran pequeñas cantidades de vermiculita y clorita. La caolinita se encuentra como particulas discretas apiladas libremente, mientras que los interestratificados forman agregados que recubren los poros. Las reducciones en la permeabilidad se pueden explicar por: (1) la adsorcion de agua y expansión de los interestratificados ilita-esmectita, pobremente cristalinos, que bloquean los espacios porosos (esta reducción es claramente reversible), y (2) el movimiento de agregados de cristales de caolinita autígénica que bloquean los orificios de entrada de los poros (esta reducción no es reversible). La distribución del tamaño de poros, los tamaños de particula de las arcillas, la distribución de las arcillas dentro del espacio poroso y la composicion de las arcillas son los factores mas importantes en el control de las relaciones porosidad/permeabilidad yde las reducciones de permeabilidad en los niveles friables de los yacimientos petroliferos en las arenas Bridport.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Mineralogical Society of Great Britain and Ireland 1982

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