Description:

"Интерпретация сейсмической анизотропии в трещинных коллекторах. Interpreting seismic anisotropy in fractured reservoirs M.H.Worthington*" Реферат Верхний предел упругой деформации отдельных трещин в резервуаре может быть определен с учетом оценок эффективного давления вышележащих пород и среднего раскрытия трещин, которое обычно известно по данным каротажа и анализа керна. Затем полученные значения могут использоваться вместе с численным моделированием упругих волн для определения верхнего предела анизотропии сейсмических скоростей, которая может быть следствием любой описанной дискретной модели трещиноватости коллектора. Это обеспечивает уровень доверия при использовании сейсмической анизотропии как показателя наличия трещиноватости, которая может способствовать увеличению проницаемости коллектора. Наименее точным аспектом предлагаемой методики является оценка отношения нормальной упругой деформации к деформации сжатия. Введение Анизотропия сейсмических скоростей может быть следствием разных причин, от строения породы, микротрещин в зернах породы, переслаивания пород и объединения трещин разного масштаба, приводящих к тому, что мощности пластов и расположение трещин слабо соотносятся с длинами сейсмических волн. Кажущаяся азимутальная анизотропия скоростей нормального приращения также может быть следствием структурных падений. Если анизотропия сейсмических скоростей должна использоваться для построения или ограничения трещинной модели коллектора, необходимо определить относительный вклад (степень влияния) этих различных причин. Например, причиной похожих значений азимутальных вариаций в сейсмических скоростях могут быть однонаправленные микротрещины в масштабе зерен породы или группы трещин длиной от метра до десятка метров, а разница в проницаемости коллектора для этих двух случаев может быть огромной. Общий подход - удостовериться в причинной связи между сейсмической анизотропией и однонаправленной трещиноватостью, для чего использовать съемки методом непродольного ВСП на разных азимутах и соответствующие изменения скоростей и азимута для определения направленности гидравлически проводящих трещин, выделенных по данным каротажа. Затем карты анизотропии сейсмических скоростей, полученные по результатам поверхностных сейсмических 3D съемок, могут использоваться для наложения условий на множественные стохастические реализации разломных моделей, которые затем подвергаются апскейлингу для заполнения сеточной модели резервуара (Barr et al., 2007). В качестве варианта, начальной точкой может быть модель разобщенной системы трещин (DFN) для коллектора. Путем численного моделирования упругих волн модели DFN получаются синтетические сейсмические данные, которые затем сравниваются с зарегистрированными полевыми сейсмическими данными (Will et al., 2005). Но основе анализа расхождений между наблюденными и синтетическими данными происходит отладка и уточнение модели. Важным этапом в технологии, разработанной Will et al. (2005), является выбор значений упругой деформации трещин для использования в сейсмическом моделировании. Упомянутая здесь упругая деформация измеряется в мПа-1 и относится к отдельным трещинам, в отличие от упругой деформации трещиноватой среды, измеряемой в Па-1. Полевые и лабораторные оценки индивидуальной упругой деформации встречаются очень редко (немногочисленны), поэтому выбранные значения обычно основываются не теоретических выкладках, из-за чего весьма гипотетические. В данной статье утверждается, что верхний предел упругой деформации трещин внутри коллектора может быть определен и, с учетом современных ограничений экспериментальных данных, принят как наиболее надежная и полезная оценка. Затем в результате численного моделирования упругих волн получаются значения верхнего предела анизотропии сейсмических скоростей для выбранной модели трещиноватости коллектора. Вероятно полезным выводом из таких экспериментов может быть утверждение, что трещины, которые в существенной степени обеспечивают проницаемость коллектора, любо не обнаружимы сейсмическими методами, либо являются только частью причины наблюдаемой сейсмической анизотропии. Из этого следует, что сейсмическую анизотропию как атрибут при построении модели резервуара следует использовать с большой осторожностью. Другой результат еще более неопределенный. Рассчитанная сейсмическая анизотропия, которая равна или превышает наблюденные значения, при использовании верхних значений упругой деформации, либо означает, что наша модель трещиноватости согласуется с сейсмическими данными, либо что оценки упругой деформации трещин были слишком высоки. Другими словами, хотя данные сейсмической анизотропии соответствуют выбранной модели трещиноватости, они не дают оснований для уверенности в достоверности модели. Экспериментальные данные упругой деформации трещин По логике, первый шаг - это поискать лабораторные и полевые оценки упругой деформации трещин. Рисунок 1 и Таблица 1 представляют результаты такого поиска в недавних публикациях. Department of Earth Sciences, Oxford University, Parks Road, Oxford OX1 3PR, UK. E-mail: Michael.Worthington@earth.ox.ac.uk. (c) 2008 EAGE www.firstbreak.org Техническая статья First Break том 26, Июль 2008 где - коэффициент Пуассона, E - модуль Юнга скелета породы (Sayers и Kachanov, 1995). Сухой в данном контексте означает, что теория не принимает в расчет эффект сжимаемости любой заполняющей трещину жидкой или газообразной фазы. Поскольку нас интересуют максимальные упругие деформации, эта формула будет полезной. Трещина будет закрываться, если будет возрастать давление по нормали к ней, и она совсем закроется, если значение давления по нормали достигнет b Zn, где b - ширина трещины (раскрытие). Следовательно, нормальное давление, требуемое для закрытия скважины, равно Рисунок 1 Обобщенные лабораторные и полевые оценки динамических упругих деформаций трещин Кажется, что рисунок означает, что значения упругой деформации возрастают с размерами трещин. Однако, все что можно заключить с некоторой определенностью, это то, что значения, полученные по каротажу и мелкомасштабным межскважинным исследованиям (точки 3, 4 и 5) примерно того же порядка, что и у лабораторных данных (точки 1 и 2). Не существует расчетных оценок упругой деформации для трещин длиной от 1 до нескольких десятков метров. Таким образом, экспериментальные данные дают весьма слабое представление о том, как упругая деформация трещин может изменяться при разных значениях размеров трещин, которые способны ощутимо влиять на проницаемость коллектора. Точка 6 это оценка упругой деформации сдвига в основной зоне трещиноватости в южной части Северного моря. Этот результат будет рассмотрен ниже, поскольку он относится к выбору процентного отношения упругой деформации сдвига при моделировании. В следующем разделе рассматриваются только расчетные значения упругой деформации. Определение максимальных расчетных упругих деформаций трещин Расчетная упругая деформация, Zn, круговой сухой трещины радиусом a, (2) где b 2a, коэффициент сжатия трещины. Сложно получить достоверные оценки длин и раскрытий трещин, расположенных на глубине. До тех пор, пока горизонтальное бурение не стало обычной практикой, неизбежно трещины были плохо представлены в образцах, поскольку считается, что трещины на глубинах более 1,5 км по большей части субвертикальные и потому неадекватно представлены в образцах из субвертикальных скважин. Достаточно очевиден верхний предел раскрытий, который можно измерить по керну, поскольку большие апертуры будут больше диаметра скважины. Несомненно, на глубине существуют трещины с апертурой 10-20 см и более. На рисунке 2 показаны несколько заполненных кальцитом трещин в платформенных карбонатах в горах Омана. Предположительно, эти трещины были в какое-то время незацементированы, предположительно открыты повышенным поровым давлением или региональными напряжениями. Единственный вопрос, который может заинтересовать нас в этом случае - существуют ли такие трещины в настоящее время в коллекторах, которые мы пытаемся разрабатывать. Если они существуют, их должно быть можно обнаружить на диаграммах FMI (Formation Micro Imager - микрофотоприемник) в субгоризонтальных скважинах. Однако нет проблем получить доказательства существования открытых трещин в углеводородсодержащих коллекторах с апертурами более 5 мм. Nelson (2001) приводит сводку по опубликованным размерам апертур. Он включил одно значение в 5 мм, но большинство - 1 мм и меньше. Zn (m Pa-1) tZt (m Pa-1) tВид исследования tАвторы 1. 0.7-2.2x10-14 .3-4.4 x10-14 tлабораторный tLubbe et al. (2008) 2. 0.05-4.7x10-13 .01-1.6x10-14 tлабораторный tPyrak-Nolte et al. (1990) 3. 0.83-3.8x10-13 tВСП tHardin et al. (1987) 4. 0.25-3.5x10-12 tАкустический каротаж 5. 2.0x10-12 tмежскважинное: _ 0.1 м Lubbe и Worthington (2006) Myer et al. (1995) 6. 1.0x10-9 VSP tВСП tWorthington и Hudson (2000) Таблица 1 Сводные данные о значениях нормальной и сдвиговой упругой деформации трещин. 58 www.firstbreak.org (c) 2008 EAGE Ключевые слова: функция, hillis, формула, сухой, geophysical, показанный, причина, образ, порядок, определенный, отдельный, рассчитать, расчет, показать, marrett, среда, модель, myer, средний, показатель, anisotropy, точка, трещина, резервуар, скорость, расчёт, результат, оценка, коллектор, южный, geophysics, группа, использоваться, сейсмический, seismic velocity, существенный, керн, проницаемость, worthington, firstbreak, масштаб, cook, обычный, упругий деформация, fault, влиять, мм, каротаж, значение, поверхность, break июль, liu, break, трещинный модель, определение, firstbreak org, верхний предел, деформация трещина, параметр, июль, дать, sayers, kachanov, znzt, fracture, rock mechanics, получить, нормальный упругий, zt, нормальный, эффективный, london, упругий, отношение, journal, волна, деформация, borgos, апертура, длина, crack, образец, seismic anisotropy, field, сейсмический анизотропия, лабораторный, должный, относиться, трещиноватость, размер, отдельный трещина, расчётный, максимальный, трещинный, существовать, неопределенность, эксперимент, fractured, нормаль, zn zt, порода, journal geophysical, hudson, org, mcgarrity, северный море, рисунок, сдвиг, seismic, технический статья, rock, использовать, давление, флюид, zn, schoenberg, моделирование, малый, динамический, barton, сейсмический скорость, следствие, заполнить, коэффициент, открытый, crampin, сдвиговый, power, теория, предел, eage, глубина коллектор, азимут, платформенный карбонат, скважина, полевой, скелет порода, глубина, сдвиговый деформация, анизотропия, clair, статический, технический, статья, вероятный, высокий, верхний, зависимость, hardin, утверждение, использование, shear