RESERVOIR ROCK IDENTIFICATION BY USING ACOUSTIC IMPEDANCE AND POROSITY RELATIONSHIP IN WICHIAN BURI SUB-BASIN, PHETCHABUN PROVINCE Nanthana Yodlee A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering in Geotechnology Suranaree University of Technology Academic Year 2011 การจําแนกชั้นหินกักเก็บโดยการใชความสัมพันธระหวางอิมพีแดนซทางเสียง และคาความพร ุนในแองยอยวิเชียรบุรี จังหวัดเพชรบูรณ นางสาวนันทนา ยอดลี วิทยานิพนธน เปี้ นสวนหนงของการศึ่ ึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณ ี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี ปการศึกษา 2554 RESERVOIR ROCK IDENTIFICATION BY USING ACOUSTIC IMPEDANCE AND POROSITY RELATIONSHIP IN WICHIAN BURI SUB-BASIN, PHETCHABUN PROVINCE Suranaree University of Technology has approved this thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for a Master’s Degree. Thesis Examining Committee (Assoc. Prof. Kriangkrai Trisarn) Chairperson (Dr. Akkhapun Wannakomol) Member (Thesis Advisor) (Dr. Chongpan Chonglakmani) Member (Prof. Dr. Sukit Limpijumnong) (Assoc. Prof. Flt. Lt. Dr. Kontorn Chamniprasart) Vice Rector for Academic Affairs Dean of Institute of Engineering นันทนา ยอดลี : การจําแนกชั้นหินกักเก็บโดยการใชความสัมพันธระหวางอิมพีแดนซ ทางเสียงและคาความพรุนในแองยอยวิเชียรบุรี จังหวัดเพชรบูรณ (RESERVOIR ROCK IDENTIFICATION BY USING ACOUSTIC IMPEDANCE AND POROSITY RELATIONSHIP IN WICHIAN BURI SUB-BASIN, PHETCHABUN PROVINCE) อาจารยที่ปรึกษา : อาจารย ดร. อัฆพรรค วรรณโกมล, 167 หนา. หนึ่งในปญหาที่เกิดขึ้นในการสํารวจปโตรเลียมคือการจําแนกชั้นหินกักเก็บ ความสัมพันธ ระหวางอิมพีแดนซทางเสียงและคาความพรุนเปนหนึ่งในเครื่องมือที่เปนประโยชนสําหรับ การแกปญหานี้ วัตถุประสงคของงานวิจัยนี้คือเพื่อจําแนกชั้นหินกักเก็บของแองยอยวิเชียรบุรี โดยการใชอิมพีแดนซทางเสียงและและคาความพรุน พื้นที่ศึกษาจะจํากัดอยูที่แองยอยวิเชียรบุรี อําเภอวิเชียรบุรี จังหวัดเพชรบูรณ ประเทศไทย วิธีการศึกษาที่สําคัญคือ (1) การคํานวณ คาอิมพีแดนซทางเสียงจากสัญญาณคลื่นตามยาวจากขอมูลที่เลือกไว และ (2) การวิเคราะหขอมูล เชิงปริมาณและเชิงคุณภาพโดยการพล็อตคาระหวางคาอิมพีแดนซทางเสียง คาความพรุน และความ ลึกเพื่อรับรูหนวยของหินเพื่อจําแนกหินกักเก็บ ผลของการวิเคราะหในเชิงปริมาณแสดงใหเห็นวาอิมพีแดนซทางเสียงและคาความพรุน มีความสัมพันธเชิงเสนดวยคาความสัมพันธในทางบวกสําหรับหินทุกชนิด หินกักเก็บแสดงคา คาสัมประสิทธิ์จากความสัมพันธเชิงเสนตรงที่มากกวาที่ไดจากหินที่ไมใชหินกักเก็บ โดยทั่วไป ความสัมพันธระหวางคาอิมพีแดนซทางเสียงของสัญญาณเสียงเดินทางในชวงระยะสั้น (short spacing delta-time : DTLN) และสัญญาณเสียงเดินทางในชวงระยะยาว (long spacing delta- time : DTLF) ไดแสดงคาสัมประสิทธิ์ที่มากกวา 0.5 และยิ่งกวานั้นยังมีความสัมพันธเชิงเสน ระหวางคาอิมพีแดนซทางเสียงของสัญญาณเสียงเดินทางในชวงระยะสั้นและสัญญาณเสียงเดินทาง ในชวงระยะยาวอีกดวย หินทรายและหินโคลนจะมีคาสัมประสิทธิ์มากกวาหินเกรแวก (greywacke) และหินโคลนแปรสภาพ (metaclaystone) สําหรับการแบงตามชนิดของหิน สวนการ แบงตามหนวยหินจะแสดงคาสัมประสิทธิ์ของหินหนวยที่ 3 และหนวยที่ 4 สูงกวาชุดหินน้ําดุก (Nam Duk Formation) ผลจากการวิเคราะหในเชิงคุณภาพแสดงความสัมพันธระหวางคาอิมพีแดนซทางเสียงและ ความลึก ความสัมพันธระหวางคาความพรุนและความลึก ความสัมพันธระหวางอิมพีแดนซ ทางเสียงของสัญญาณคลื่นเสียงที่เดินทางในชวงระยะสั้นกับความลึกและรายละเอียดของชนิดหิน สามารถอธิบายเกี่ยวกับระบบปโตรเลียมวาหนวยหินที่ 3 มีแนวโนมเปนหินตนกําเนิดและ หินกักเก็บ ในขณะที่หนวยหินที่ 4 มีแนวโนมที่จะเปนหินตนกําเนิด ยิ่งกวานั้นความสัมพันธ ระหวางอิมพีแดนซทางเสียงของสัญญาณคลื่นเสียงที่เดินทางในชวงระยะสั้นและระยะยาว II ยังสามารถแบงคุณสมบัติของหินในแงของการมีเนื้อเปนรูพรุนหรือเนื้อแนน โดยอธิบายไดวา ในบริเวณที่ขอมูลมีการกระจายตัวมากจะเปนบริเวณที่เนื้อหินมีคาความพรุนสูง (porous zone) และมีแนวโนมที่จะเปนชั้นหินกักเก็บ ในทางกลับกันในบริเวณที่ขอมูลเกาะกลุมกันมากจะแสดงวา บริเวณนั้นเปนบริเวณที่มีคาความพรุนต่ํา (dense zone) และมีแนวโนมที่จะเปนชั้นหินปดกั้นแทน สาขาวิชาเทคโนโลยีธรณ ี ลายมือชื่อนักศึกษา ________________________ ปการศึกษา 2554 ลายมือชื่ออาจารยที่ปรึกษา _________________ NANTHANA YODLEE : RESERVOIR ROCK IDENTIFICATION BY USING ACOUSTIC IMPEDANCE AND POROSITY RELATIONSHIP IN WICHIAN BURI SUB-BASIN, PHETCHABUN PROVINCE. THESIS ADVISOR : AKKHAPUN WANNAKOMOL, Ph. D., 167 PP. ACOUSTIC IMPEDANCE CONTRAST/POROSITY/RESERVOIR IDENTIFICATION/WICHIAN BURI SUB-BASIN/PHETCHABUN PROVINCE One of the main problems occurred during a petroleum field exploration is the reservoir rock identification. The relationship between acoustic impedance and porosity is one of a useful tool for solving this problem. The objective of this research is to identify reservoir rocks of Wichian Buri Sub-basin by using acoustic impedance and porosity relationship. The study area is mainly confined to Wichian Buri Sub- basin, Wichian Buri district, Phetchabun province, Thailand. The main research activities are : (1) the acoustic impedance data of compressional sonic logs from selected wells computing, and (2) quantitative and qualitative data analysis by cross- plotting among acoustic impedance, porosity and depth for recognition of lithological units to identify reservoir rock. The result of quantitative analysis showed that acoustic impedance and porosity have a linear relationship with positive correlation for all rock types. The coefficients from this linear relationship show a higher value in the dataset of the reservoir rocks than that in the non-reservoir rocks. Relationship between acoustic impedance of short spacing delta-time (DTLN) and long spacing delta-time (DTLF) showed that the correlation coefficients are generally greater than 0.5 and there IV is a linear relationship between acoustic impedance of short spacing delta-time (DTLN) and long spacing delta-time (DTLF). Sandstone and claystone had higher correlation coefficient values than greywacke and metaclaystone in lithologic identification. For stratigraphic unit identification it had been showed that unit three and unit four had higher correlation coefficient values than Nam Duk formation. The result of quantitative analysis showed that relationship between acoustic impedance and depth, relationship between porosity and depth, relationship between acoustic impedance of short spacing delta-time and depth and lithological description can be explained petroleum system of Wichian buri sub-basin as Unit Three tends to be source and reservoir rock whilst Unit Four tends to be source rock. Moreover, relationship between acoustic impedance of short spacing delta-time and long spacing delta-time can be used for identifying rock property in term of having porous or dense texture. It was showed that where the dataset had large distribution meant that area was a porous zone and tended to be a reservoir rock. On the other hand, if where the dataset had less distribution meant that area was a dense zone and tended to be a seal rock instead. School of Geotechnology Student’s Signature ___________________ Academic Year 2011 Advisor’s Signature ___________________ ACKNOWLEDGEMENT I would like to express my sincere thanks to my thesis advisor, Dr. Akkhapun Wannakomol for his invaluable help and constant encouragement throughtout the course of this research. I am most grateful for his teaching and advice, not only the research methodologies but also many other methologies in life. I would not have been completed without all the support that I have always received from him. In addition, I am grateful for the teachers of the School of Geotechnology Assoc. Prof. Kriangkrai Trisarn, Dr. Chongpan Chonglakmani, Dr. Bantita Terakulsatit, Mr. Chatetha Chumkratoke and other persons for their suggestions and all their help. Finally, I most gratefully acknowledge my parents and my friends for all their support throughout the period of this research. Nanthana Yodlee TABLE OF CONTENTS Page ABSTRACT (THAI) I ABSTRACT (ENGLISH) III ACKNOWLEDGEMENTS V TABLE OF CONTENTS VI LIST OF TABLES IX LIST OF FIGURES X SYMBOLS AND ABBREVIATIONS XVI CHAPTER I INTRODUCTION 1 1.1 Background and rationale 1 1.2 Data source 4 1.3 Research objective 4 1.4 Research methodology 4 1.4.1 Literature review 4 1.4.2 Acoustic impedance computation 5 1.4.3 Quantitative data analysis 5 1.4.4 Qualitative data analysis 5 1.4.5 Thesis writing and presentation 5 1.5 Scope and limitation of the study 5 VII TABLE OF CONTENTS (Continued) Page II REGIONAL AND GEOLOGICAL FRAMEWORK OF THE WICHIAN BURI SUB-BASIN 7 2.1 Introduction 7 2.2 Physiography of the basin 7 2.3 Regional geologic setting 8 2.4 Stratigraphy 13 2.5 Geothermal gradient 22 III MATERIALS AND METHODOLOGY 23 3.1 Materials 23 3.1.1 Well information 23 3.1.2 Lithological classification 23 3.1.3 Logging data 23 3.1.4 Porosity data 25 3.1.5 Acoustic impedance data 26 3.2 Methodology 26 3.2.1 Quantitative analysis 27 3.2.2 Qualitative analysis 27 IV RESULTS AND DISCUSSION 28 4.1 Results of quantitative analysis 28 4.1.1 Relationship between acoustic impedance and porosity 28 VIII TABLE OF CONTENTS (Continued) Page 4.1.2 Relationship between acoustic impedance of short spacing delta-time (DT, DTLN) and long spacing delta-time (DTLF) 39 4.2 Results of qualitative analysis 47 4.2.1 Relationship between acoustic impedance and depth 47 4.2.2 Relationship between porosity and depth 47 4.2.3 Relationship between acoustic impedance of short spacing delta-time (DTLN) and long spacing delta-time (DTLF) and rock properties (porous and dense zone) 58 4.3 Discussion 61 4.3.1 Discussion on the quantitative results 61 4.3.2 Discussion on the qualitative results 61 V CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS 63 5.1 Conclusions 63 5.2 Recommendations 64 REFERENCES 65 APPENDIX A. A-1 WELL LOGGING DATA 70 BIOGRAPHY 167 LIST OF TABLES Table Page 2.1 Stratigraphy of Wichian Buri Sub-basin (modified from well completion