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$: Procesos de trabajo y problemáticas de la … · ACHEGEO 2013 - 2Caracterización y modelización de los yacimientos fracturados Introducción • En el contexto de la explotación$
Procesos de trabajo y problemáticas de la

caracterización y modelización de los yacimientos

naturalmente fracturados

Michel H. Garcia, Louise Vigier, Deborah Siffert (KIDOVA / TKSOL)

ACHEGEO – Congreso Internacional de Geotermia

11 y 12 de Abril de 2013

Santiago de Chile

ACHEGEO 2013 - Caracterización y modelización de los yacimientos fracturados 2

Introducción

• En el contexto de la explotación de los recursos geotérmicos o petroleros, los

reservorios fracturados son de alta importancia.

– El 30 % de las acumulaciones mundiales de gas y petróleo están alojadas en

yacimientos fracturados (especialmente en entornos carbonatados).

– La mayor parte de los yacimientos geotérmicos de alta energía se encuentran en

ambientes magmáticos donde la matriz de las rocas es poco permeable.

¿Por qué enfocar las fracturas naturales en los yacimientos

petroleros/geotérmicos?

• Fracturas naturales introducen heterogeneidades que

pueden influir en los flujos de fluidos y de calor en

el comportamiento global del reservorio.

– Propiedades distintas entre las fracturas y la matriz.

– Intercambios de material y de calor entre las fracturas y

la matriz.

• Es primordial tomarlas en cuenta cuando se diseñan

los programas de desarrollo de reservorio (petróleo y

geotermia).

Modelización de las fracturas naturales

Roca magmática fracturada


1. Yacimientos fracturados: un sistema multi-escalas

2. Integración de datos y caracterización de las fracturas

naturales

3. Metodología de la determinación de las propiedades

equivalentes del sistema de fracturas para la simulación

de flujos de fluidos y de calor

4. Investigaciones futuras y conclusión

Agenda


Yacimiento fracturado: un sistema multi-escalas

Vena cementada

Fracturas difusas

Echantillons AHCH K78-2120a : à peu prêt pareil que TK78 avec des zones où les oxydes sont très concentrés.

200µm

Fallas principales

Corredores de fracturas

10m

10m 2m

- +


Doctorado E. Le Garzic, Y. Géraud, M. Diraison (2010)

Golfo de Aden, Yemen, granito de Burum

(análogo para yacimientos fracturados en

entornos cristalinos)

Yacimiento fracturado: un sistema multi-escalas

Fallas mayores

Corredores de fracturas

SISTEMAS TECTONICOS

PRINCIPALES

N120°E y N090°E

FRACTURACION PRIMARIA

N000°E y N045°E

Fracturas difusas

10m

10m

2m

• La representación explicita de las fracturas es imposible.

Falta de información

Complejidad de los cálculos involucrados en las simulaciones de flujos

• Simplificar la realidad y considerar el impacto dinámico de las fracturas en las

simulaciones de flujos con un número limitado de parámetros distintos.

• Manejar escasos datos con métodos estadísticos para aprovechar al máximo la

información disponible.

Breve descripción de la metodología


Objetivos de la modelización del sistema de fracturas

naturales

Malla de simulación

Heterogeneidad a la

escala de la celda

Red de fracturas

equivalente a la escala de

la celda

Kf σf


1. Construcción del modelo de fracturas

• Integración de datos estáticos y dinámicos para caracterizar la red de fracturas naturales

3. Simulación de flujos (materiales y térmicos)

en el modelo de doble medio

Modelización del yacimiento fracturado

2. Cálculo de las propiedades de flujo

equivalentes de la red de fracturas

• Tensor de permeabilidad

• Tamaños de bloques de matriz a, b, c


Kf

Malla de simulación


Datos de pozo estáticos

• Núcleos

• BHI (Borehole Imaging)

Datos geomecánicos

• Medidas de campos de

tensión

Datos de pozo dinámicos

• Perdidas de circulación

de fluidos y velocidad de

penetración durante la

perforación del pozo

• Registro de producción

por intervalo (flowmeter)

• Perfiles de temperatura

Integración de datos (1/5)

Caracterización de las fracturas (escala del pozo)

Imagen de pozo obtenida por

método eléctrico (Schlumberger)

Fractura entre-abierta /

entre-cementada en un

núcleo (caliza)

Perfiles de temperatura y

fracturas en núcleos (Yacimiento

geotérmico en Alaska)


Datos micro-sísmicos y perfiles sísmicos verticales

• Información sobre la orientación, la densidad, y la conectividad de la red de fracturas

• Control y vigilancia de la inyección


Caracterización de las fracturas (escala del pozo y entre

pozos)

Interpretación de fallas y fracturas alrededor del pozo a partir de la nube de

datos micro-sísmicos y de perfiles sísmicos verticales (PSV)

Sausse et al. 2010



Caracterización de las fracturas (escala entre pozos) Datos de superficie

• Observación de fracturas en afloramientos (análogos del reservorio) Tipo de fracturas,

orientación, espaciado entre fracturas, longitud

Datos geomecánicos

• Modelo conceptual de la génesis de las fracturas (modelos hidraú-termo-mecánicos)

Densidad, orientación, apertura

Fotografía en el terreno: Ejemplo de dos

conjuntos de fracturas difusas con una

distribución similar

2 m



Datos geofísicos

• Datos gravimétricos

• Datos magnéticos

• Datos eléctricos o magneto-

telúricos Mapas de

resistividad

Fallas de gran magnitud,

con mineralización

segundaria o saturadas de

agua

• Datos sísmicos

Discontinuidades de

gran magnitud

Objetos sub-sísmicos

(mapas de atributos

sísmicos)

Schill et al.

4

accept/reject each candidate model, changing only one

voxel at each iteration. The single voxel to be adjusted is

selected randomly. The assigned geologic unit for the

selected voxel may be changed to match that of an adjacent

voxel on a random basis. The assignment of a density

difference value is by random selection according to the

probability function defined for the relevant geologic unit.

The algorithm explores a wide range of possible models, all

of which have a computed response which have a known

likelihood based on how well it matches the observed data;

thus, potentially many millions of possible models are

examined, and the inversion results are presented in terms

of the probabilities (Guillen et al., 2004).

Variable geological units and density resulted in unrealistic

geological models, where the Mesozoic sediments

disappeared from the model. Therefore, in the presented

inversion procedure only density variation was allowed.

The results of inversion generally reveal an error of ±0. The

larger deviation from the observed residual Bouguer

anomaly in the area of the Main Boundary Fault of about 4-

7 mgal are attributed to large variability in density. The

units at the graben shoulders incorporate leucogranites

(2550-2600 kg m-3), monozonitic granites and granodiorites

(2600-2650 kg m-3) and gneisses and metavolcanics (2650-

2850 kg m-3) (Rotstein et al., 2006).

The inversion result shown in Figure 5 represents the mean

density of the wide range of possible inversion models

along an E-W profile across the geothermal reservoir of

Soultz-sous-Forêts. It reveals significant density anomalies

in the basement. Mainly basement underneath the horst of

Soultz-sous-Forêts is characterized by a comparatively low

mean density of about 2500 kg m-3. This may be attributed

to leucogranitic bodies in this structure, supported by

geological observations in the wells EPS1 and GPK1

(Genter et al., 1995). An alternative explanation is a strong

fracturation in the horst structure.

A second major structure of relatively higher density has

been identified in the North of the investigation area, which

corresponds to the maximum gravity anomaly of up to

25 mgal (Figure 1) in the residual Bouguer anomaly.

2.3 Second Forward Modeling of Bouguer Anomaly Including the Results of Inversion

For the second forward modeling the geological was

modified according to the findings in the inversion. The

basement was subdivided into three different types: 1)

normal granitic basement, 2) low-density basement

underneath the horst of Soultz-sous-Forêts, and 3) a high-

density body in the North of the investigation area (Figure

6). The geometry of the different bodies was estimated from

the 3D inversion.

The result of the second forward modeling was a reduction

of the misfit by half to v=-12 to 16 mgal.

3. ANALYSIS OF MAGNETOTELLURIC DATA

A number of 16 sites have been investigated on an E-W

profile of approximately 12 km length across the horst

structure at the latitude of the geothermal site of Soutlz-

sous-Forêts extending about 6 km to the East and West

(Geiermann and Schill, subm.). The site spacing is 0.8 km

in average and varies between 0.5 and 2 km. Measurements

have been accomplished using the multichannel

geophysical measurement system GMS-06 (Metronix Inc.)

including three broadband induction coil magnetometers

MFS-06 (10000 Hz to 0.001 Hz) and four non-polarizable

PbPbCl-electrodes distributed at a distance of 100 m in N-S

and E-W direction. The ADU-06 logger and magnetometers

are located in the centre, whereas the three induction coils

are oriented N-S, E-W and vertical at a distance of 10 m to

the data logger and at least 1 m to electric field wires. Three

frequency bands have been measured at each site: The HF

band (sample frequency 40960 Hz, frequency range 500-

20000 Hz) runs 7 s by default; for the LF1 band (sample

frequency 4096 Hz, frequency range DC-1000 Hz) a

recording time of 15 min and for the LF2 (sample

frequency 64 Hz, frequency range DC-30 Hz) band of two

days has been chosen. A number of 7 stations have been

operated contemporaneously with a remote reference

station at Vogelsberg (Germany) registering the magnetic

field variation in N, E, and vertical direction. The distance

between the Vogelsberg and the area of investigation is of

approximately 200 km.

3.1 Processing of Magnetotelluric Data

A coherency analysis was conducted to investigate the

potential of remote reference processing. Further, data

processing includes filtering and re-sampling of the time

series and a notch filter to eliminate the influences of the 16

2/3 Hz railway power supply. Finally the estimation of the

impedance tensor from the spectra was done by statistical

means. We used and compared two independent processing

softwares (Geiermann and Schill, subm.), Mapros

(Metronix Inc.) and WinGLink (Geosystems). Both allow

for remote referencing to reduce the influence of

uncorrelated noise.

Figure 5: Mean density distribution resulting from inversion of gravity data for a representative E-W profile across the geothermal reservoir of Soultz-sous-Forêts. (E-W extension 29 km, altitude a.s.l.: -8000 to 250 m). Black lines represent the geological starting model.

Identificación de fallas con inversión sísmica, gravimétrica y datos magneto-telúricos

(resistividad interpretada) – Soultz-sous-forêts (Francia) – Resultados EOST

Caracterización de las fracturas (escala entre pozos)



Caracterización de las fracturas (escala entre pozos)

Datos dinámicos

• Pruebas de pozos:

– Variación transitoria de

presión (build-up, fall-off)

K.H total, límites del

yacimiento

– Interferencia de presión

entre pozos Anisotropía

– Pruebas de trazadores

Caminos de flujos

principales

• Datos de producción

Estimación del impacto de las fracturas en los flujos de fluidos

Mapa estructural y producción cumulada en cada pozo

Identificación de fallas conductivas

4. Exporte de las propiedades de fracturas

equivalentes para la simulación de flujo

3. Cálculo de las propiedades de flujo efectivas

• Derivación del tensor de permeabilidad y del tamaño

de los bloques de matriz

2. Modelización de los conjuntos de fracturas

• Distribución espacial de las fracturas

1. Estudio exploratorio de datos

• Integración de datos de pozos y de datos a la escala

entre pozos

• Caracterización de las fracturas naturales


Orientaciones

de fracturas,

clasificación

Unidades

mecánicas

Kf (x,y,z)

σf (x,y,z)

Orientación,

densidad de

fracturas

Propiedades de

flujo efectivas

Modelización del sistema de fracturas naturales



3. Análisis de logs de fracturas

Unidades mecánicas, corredores

Relaciones con litología, porosidad,

espesura de las unidades

1. Corrección de los datos de

fracturas por la inclinación

estructural

2. Análisis de las orientaciones

Categorías de fracturas por

orientación

Metodología (1/7)

Estudio exploratorio de datos

Proyección polar de los

marcadores estratigráficos

Stereonets de la orientación

de las fracturas

Logs de fracturas

analizados en GoFraK


Correlación entre fracturas, litología y análogos de superficie

MU1b

MU2b

MU3

MU4

MU5

MU1a

Análisis de logs de fracturas

Metodología (2/7)

1. Definición de los conjuntos de fracturas

• Categorías de orientaciones

• Tipos de fracturas

Escala (Falla, corredor, fracturas difusas, micro-

fracturación, …)

Conductiva, hermética …

• Unidad mecánica asociada

Geología, litología, …

Estratigrafía en ambiente sedimentario

• Propiedades (longitud, conductividad, …)

2. Elaboración del modelo conceptual del

sistema de fracturas

Caracterización de los conjuntos de fracturas

Metodología (3/7)

16

Unidad A

Unidad B

ACHEGEO 2013 - Caracterización y modelización de los yacimientos fracturados

Modelización de los conjuntos de fracturas

3. Distribución espacial asociada a cada conjunto de fracturas

• Cálculo de la frecuencia de fracturas (FF) en los pozos

• Análisis estadístico multi-variable para inferir tendencias

espaciales de frecuencia de fracturas en el dominio entero

• Simulación geoestadística de mapas de frecuencia de

fracturas

vs.

C1

FF

Metodología (4/7)

17

Mapas de los datos segundarios


...

Mapa del factor C1

Tendencias

espaciales de FF

FF en el pozo

1. Generación de una red de fracturas discretas equivalente

Modelización de las propiedades de flujo efectivas

Metodología (5/7)

18

Conjuntos de fracturas

contenidos dentro de la unidad

mecánica o persistentes


+ + =

Conjuntos de fracturas

Orientación, densidad,

longitud, conductividad

Sistema de fracturas

Kf, Φf, σ

2. Cálculo de las propiedades de flujo efectivas

de la red de fracturas (Cambio de escala: de

la fractura a la celda)

• Tensor de permeabilidad

• Tamaño de los bloques de matriz (a, b, c)

Exporte para el programa de simulación

de flujo

1. Generación de una red de fracturas discretas

equivalente

Modelización de las propiedades de flujo efectivas

Metodología (6/7)

19

Representación equivalente de

una celda del modelo de

reservorio (Warren & Root, 1963)

Φf Kf

Matriz

Fractura

b

a

c

Modelo de simulación

Kf


1. Análisis de sensibilidad

• Identificación de los parámetros que más influyen en las propiedades de flujo efectivas.

2. Simulación de la prueba de pozo en el modelo de fracturas

3. Ajuste automático del modelo de fracturas para coincidir con las presiones registradas

Ajuste de la conductividad y de la longitud de las fracturas

Conectividad del sistema de fracturas

Calibración del modelo de fracturas a los datos dinámicos

Metodología (7/7)

20

Prueba de pozo simulada (rojo)

vs. Prueba experimental (verde)

Log-Log plot

[psia

]

[Mscf/

D]

History plot

Presión y tazas de producción

durante la prueba de pozo

Presión y derivada de la

presión(análisis del último build-up)


MODELO DE SIMULACIÓN

Investigaciones futuras para estudiar y desarrollar

los yacimientos geotérmicos fracturados

21

Iniciativa de TERANOV y KIDOVA para satisfacer esta necesidad:

el proyecto GEOTREF


• Mejor evaluación del recurso geotérmico antes y después de perforar el primer pozo

Reducción del riesgo geológico

Mejor uso de los datos de superficie y de los datos geofísicos (pre-factibilidad)

Mejor uso de los datos de pozos (factibilidad)

Integración de tipos de datos nuevos: micro-sísmica, geomecánica, …

• Mejor integración de la incertidumbre en los modelos Mejor cuantificación del

riesgo geológico

Incertidumbre en los mecanismos involucrados en el sistema geotérmico

Incertidumbre en los datos

Incertidumbre en las predicciones

• Desarrollo de programas adaptados y eficientes Facilitar la realización de los

estudios

GEOTREF: Proyecto francés en geotermia (1/2)

22

Plataforma innovadora de demonstración para la exploración y el desarrollo de los

yacimientos geotérmicos fracturados de alta energía

• Proyecto de investigación y desarrollo de 4 años incluyendo experimentación y

demonstración.

• Apoyado por el gobierno francés.

• Dirigido por tres compañías privadas e incluyendo 9 laboratorios de investigación

franceses (14 phDs y post-doctorados).



GEOTREF: Proyecto francés en geotermia (2/2)

Part 1: Project coordination

R&d

Part 2:

Surface

geological

studies &

remote

sensing

Part 3:

geophysical

studies

Part 4:

Geochemical

studies

Part 5:

Processing

of well data

Part 6:

Characteri-

zation of

natural and

induced

fracture

systems

Part 7:

Reservoir

model

Part 8: Software platform integrated in GOCAD-SKUA®

Experimentation Part 9: Micro-seismic experimentation & investigation

Demonstration Part 10: Prefeasibility study Part 11: Feasibility study

Part 12: Methodological guides

Programa de trabajo

24

Conclusión

• Yacimientos fracturados estudiados desde más de 40 años en el área

petrolero.

• Métodos multidisciplinarios y experiencia en la caracterización y en la

modelización de los yacimientos fracturados.

• Características y complejidad diferentes entre petróleo (ambientes

sedimentarios) y geotermia (ambientes magmáticos y metamórficos).


Mejor comprensión de los mecanismos de la fracturación

Identificación de tipos de datos nuevos (por ejemplo micro-sísmica)

Mejor integración y mejor uso de los datos disponibles

Construcción de modelos de yacimiento más realistas

Cuantificación de la incertidumbre para ayudar a las decisiones (tomar en

cuenta el riesgo geológico en los programas de desarrollo de los recursos)

Necesidades en investigación y desarrollo

Muchas gracias por su atención !

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