Wykorzystanie wyników badań składu molekularnego i izotopowego w poszukiwaniach gazu z formacji łupkowych

Dla oceny ilości gazu zawartego w formacjach łupkowych kluczowe jest prawidłowe pobieranie prób gazów. Daje to możliwość wykonywania analiz składu molekularnego, następnie izotopowego gazów, a w efekcie pozwala typować perspektywiczne poziomy stratygraficzne. Wyróżnia się trzy główne rodzaje prób gazów: gaz z odgazowania płuczki (mud gas), gaz znad zwiercin (headspace) oraz gazy z odgazowania rdzeni wiertniczych. Zasoby gazu w formacjach łupkowych są ściśle związane z ilością i dojrzałością substancji organicznej w skale, a skład izotopowy gazów jest odzwierciedleniem temperatury, przy której gaz został wygenerowany oraz dojrzałości substancji źródłowej. Skład izotopowy poszczególnych węglowodorów gazowych (wraz ze składem molekularnym gazu) pozwala dodatkowo określić: genezę i rodzaj gazu oraz domieszkę innych gazów. Wszystkie te informacje mają duże znaczenie podczas poszukiwania złóż, wiercenia oraz eksploatacji gazu z łupków. δ13C oraz δD metanu pozwalają określić genezę gazu (termogeniczną lub biogeniczną) oraz, w przypadku gazu biogenicznego, mechanizm jego powstania (redukcję CO2 lub fermentację związków organicznych). Przy użyciu wskaźnika C 1/ C2+ C3 oraz składu izotopowego węgla w metanie można określić etap generacji gazu (suchy gaz biogeniczny, mokry gaz towarzyszący ropie naftowej, suchy gaz termogeniczny). Różnice δ13C metanu, etanu i propanu pozwalają wykryć obecność migracyjnego metanu, co ma duże znaczenie podczas określania dojrzałości substancji organicznej, z której gaz był wygenerowany. Korelacja δ13C metanu, etanu lub propanu z poziomem dojrzałości substancji organicznej, przeprowadzona na dużej ilości prób, pozwala zredukować koszty wiercenia dzięki uniknięciu rdzeniowania otworu (dzięki ocenie dojrzałości substancji organicznej tylko na podstawie składu izotopowego gazu head space — IsoJar). Dodatkowo badania izotopowe gazów stosuje się w monitoringu środowiska podczas wierceń oraz zabiegów szczelinowania (w celu identyfikacji źródła metanu w powietrzu glebowym).

---

To assess the amount of gas in shale formations proper sampling of gases is vital. This gives the ability to perform analyses of molecular and isotopic composition and to predict the prospective stratigraphic levels. There are three main types of gas samples: a gas from mud degassing, head space of drill cuttings and gases from cores degassing. Gas resources in shale formations are closely related to the amount and maturity of organic matter in the rock and the isotopic composition of gases is a reflection: of the temperature at which gas was generated and of the maturity of organic matter. The isotopic composition of individual gaseous n-alkanes can additionally specify: the origin and nature of the gas and the admixture of other gases. All these information are very important during the exploration, drilling and exploitation of shale gas. δ13C and δD allow to specify the origin of methane gas (thermogenic or biogenic) and, in the case of biogenic gas, the mechanism of its formation (reduction of CO2 or fermentation of organic compounds). Using the ratio C1 /C2 + C3 and isotopic composition of carbon in methane allow to determine gas generation stage (biogenic dry gas, oil related gas, thermogenic dry gas). Differences between δ13C of methane, ethane and propane can detect the presence of migration methane, which is important in determining the maturity of organic matter from which gas was generated. The correlation of δ13C of methane, ethane or propane, with the level of thermal maturity of organic matter performed for a large number of samples can reduce costs by avoiding well coring (through the evaluation of maturity of organic matter only on the basis of the isotopic composition of the cutting gas — IsoJar). In addition, isotopic composition of methane is used in environmental monitoring during drilling and fracing (to identify the source of methane in soil air).