جانشینی سیال و مدل‌سازی پیشرو لرزه‌ای در یکی از مخازن ماسه‌سنگی ایران

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 دانشکده مهندسی معدن، پردیس دانشکده های فنی دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

مشاهده تغییرات ایجاد­ شده در خواص سیگنال لرزه­ای که وابسته به تولید هیدروکربور، سیال جایگزین­ شده و شرایط مخزن است، عملیات لرزه­نگاری مجدد میادین هیدروکربوری را به­منظور پایش حین سناریوهای تزریق پیشنهاد می­کند. عمر بسیاری از مخازن هیدروکربوری ایران به نیمه دوم تولید خود رسیده است؛ از این­رو این امکان در فواصل زمانی مشخص (برای انجام لرزه­نگاری چهار بعدی) باید بررسی شود. برای این منظور ابتدا با استفاده از داده­های پتروفیزیکی، مدل فیزیک سنگ مناسب برای محاسبه خواص کشسانی سنگ ساخته می­شود. بعد از اعمال جانشینی سیال و با استفاده از مدل­سازی پیشرو لرزه­ای، خواص کشسانی محاسبه ­شده به خواص لرزه­ای مخزن مرتبط شود. در نهایت، امکان عملیات لرزه­نگاری مجدد براساس تغییرات ایجاد­شده در خواص لرزه‌ای مخزن بررسی می­شود.  در این مقاله که درباره بررسی یکی از مخازن نفتی ماسه­سنگی ایران است، برای محاسبه خواص کشسانی سنگ خشک از دو مدل فیزیک سنگ گسمن و مدل هرتز- میندلین (با استفاده از حد پایین هشین- اشتریکمن) در یکی از چاه­های میدان استفاده شده است. سناریوی منتخب برای جانشینی سیال با توجه به بیشترین تغییرات دامنه لرزه‌ای، جانشینی 30 درصدی گاز با نفت است. پس از جانشینی سیال، مدل گسمن با اشباع­شدگی همگن، کاهش 17 درصدی و مدل میانگین بهبود­یافته حدهای بالا و پایین هشین- اشتریکمن کاهش 13 درصدی سرعت موج تراکمی را نسبت به شرایط برجا نشان می­دهند، اما کاهش سرعت موج تراکمی در اشباع­شدگی ناهمگن حدود 3 درصد است. نتایج مدل­سازی پیشرو لرزه‌ای نشان می­دهد اگر حدود 30 درصد گاز جانشین نفت شود و توزیع سیال همگن باشد، تغییرات سیگنال لرزه‌ای در بخش مخزنی و تأخیر زمان ایجاد­شده در لایه­های زیرین مخزن قابل مشاهده است و امکان برداشت مجدد عملیات لرزه­نگاری وجود دارد، اما اگر توزیع سیال ناهمگن باشد، این امکان با جانشینی بیشتر گاز با نفت فراهم خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Fluid substitution and seismic forward modeling in one of the Iranian sandstone oil reservoirs

نویسندگان [English]

  • Bahareh Fereidooni 1
  • Ali Moradzadeh 2
  • Amin Roshandel Kahoo 1
1 Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 School of Mining, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Changes in seismic signal properties related to the production of hydrocarbon, substituted fluid and reservoir conditions, suggest the seismic reacquisition for monitoring of the hydrocarbon fields during the injection scenarios. Due to the fact that many Iranian hydrocarbon reservoirs are in their second half of the production life, this possibility must be investigated at certain time intervals (in order to carry out 4D seismic survey). Therefore, the rock physics model is constructed using the petrophysical data to calculate the elastic properties of the rock and then, using seismic forward modeling, the calculated elastic properties are related to seismic properties of the reservoir. Finally, the possibility of the seismic reacquisition will be examined based on the seismic properties changes in the reservoir. In this paper which investigates one of the Iranian sandstone oil reservoirs, two rock physics models of Gassmann and the Hertz-Mindlin using the lower limit of Hashin-Shtrikman were used to calculate the elastic properties of the dry rock. Regarding the most significant changes in the seismic amplitude, replacing 30% of oil with gas is considered as a selected scenario for fluid substitution. Compared to the in-situ conditions, after replacing the fluid, the Gassmann model with homogeneous saturation and the Hertz-Mindlin using the lower limit of Hashin-Shtrikman show compressive wave velocity reduction of 17% and 13%, respectively, while the reduction of compression wave velocity in heterogeneous saturation is about 3%. The results of seismic forward modeling show that if the distribution of fluid in the reservoir is homogeneous and about 30% gas is substituted by oil, the change of seismic signal in the reservoir and the time delay created in the underlying reservoir layers will be observable and seismic monitoring will be applicable. However, if the distribution of the fluid is heterogeneous, this will be possible by replacing more oil with gas.

کلیدواژه‌ها [English]

  • rock physics
  • fluid substitution
  • 4D seismic survey
  • seismic forward modeling

فریدونی، ب.، 1394، مقایسه پاسخ مدل­های فیزیک سنگ جهت بررسی پاسخ لرزه‌ای به تغییرات سیال یکی از مخازن نفتی ماسه‌ای ایران: پایان­نامه کارشناسی ارشد مهندسی اکتشاف نفت، دانشگاه صنعتی شاهرود. 

Batzle, M., and Wang, Z., 1992, Seismic properties of pore fluids: Geophysics, 57(11), V1396–V1408.

Berryman, J. G., and Milton, G. W., 1991, Exact results for generalized Gassmann’s equation in composite porous media with two constituents: Geophysics, 56(12), V1950–V1960.

Berryman, J. G., 1995, Mixture theories for rock properties: in Ahrens, T. J. (ed.), Rock Physics and Phase Relations: A Handbook of Physical Constants, American Geophysical Union, 3, 205-228.

Berryman, J. G., 1999, Origin of Gassmann’s equations: Geophysics, 64(5), V1627–V1629.

Chi, X., and Han, D., 2009, Lithology and fluid differentiation using a rock physics template: Journal of The Leading Edge, 28, 1424-1428, accessed 13 June 2017; http://rpl.uh.edu/papers/0901_LeadingEdge_Xingang.pdf.

Domenico, S. N., 1976, Effect of brine-gas mixture on velocity in an unconsolidated sand reservoir: Geophysics, 41(5), 882-894.

Eid, R., Ziolkowski, A., Naylor, M., and Pickup, G., 2014, The detectability of free-phase migrating CO2: A rock physics and seismic modelling feasibility study: Journal of Energy Procedia, 63, 4449–4458, accessed 13 June 2017; http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610214022954.

Gassmann, F., 1951, Über die elastizität poröser medie. Vier. der Natur: Gesellschaft in Zürich, 96, 1-23, The English translation is available at: http://sepwww.stanford.edu/sep/berryman/PS/gassmann.pdf.

Grana, D., Verma, S., Podgorney, R., 2016, Rock physics modeling for the potential FORGE site on the Eastern Snake River Plain, Idaho, 41st Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, Stanford, California, February 22-24; https://pangea.stanford.edu/ERE/db/GeoConf/papers/SGW/2016/Grana.pdf.

Han, D., Batzle, M., 2004, Gassmann’s equation and fluid-saturation effects on seismic velocities: Journal of Geophysics, 69, 398-405, accessed April-March 2004; http://geophysics.geoscienceworld.org/content/69/2/398.

Hashin, Z., Shtrikman, S., 1963, A variational approach to the elastic behavior of multiphase materials: Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 11(2), V127-140.

Hill, R., 1963, Elastic properties of reinforced solids: Some theoretical principles: Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 11(5), V357–V372.

Huang, F., Juhlin, C., Kempka, T., Norden, B., and Zhang, F., 2015, Modeling 3D time-lapse seismic response induced by CO2 by integrating borehole and 3D seismic data–A case study at the Ketzin pilot site, Germany: International Journal of Greenhouse Gas Control, 36, V66-V77.

Kazemeini, H., Julin, C., and Fomel, S., 2010, Monitoring CO2 response on surface seismic data; a rock physics and seismic modeling feasibility study at the CO2 sequestration site, Ketzin, Germany: Journal of Applied Geophysics, 71, V109-V124.

Mavko, G., Chan, C., and Mukerji, T., 1995, Fluid substitution: estimating changes in VP without knowing VS: Geophysics, 60(6), V1750–V1755.

Mavko, G., and Mukerji, T., 1998, Bounds on low-frequency seismic velocities in partially saturated rocks: Geophysics, 63(3), V918–V924.

Mavko, G., Mukerji, T., and Dvorkin, 2009, The Rock Physics Handbook: Cambridge University Press.

Milovac, J., 2009, Rock physics modeling of an unconsolidated sand reservoir: M.Sc. Thesis, University of Houston.

Misaghi, A., Negahban, S., Landaro, M., and Javaherian, A., 2010, A comparison of rock physics models for fluid substitution in carbonate rocks: Journal of Exploration Geophysics, 41(2), V146-V154.

Reine, C., 2015, A rock-physics tutorial: Discovering a supermodel: GeoConvention 2015,New Horizons; http://www.geoconvention.com/archives/2015/368_GC2015_A_rock-physics_tutorial.pdf.

Sengupta, M., and Mavko, G., 2003, Impact of flow-simulation parameters on saturation scales and seismic velocity: Journal of Geophysics, 68, 1267–1280, accessed July 2003; http://geophysics.geoscienceworld.org/content/68/4/1267.

Smith, T., Sondergeld, C., and Rai, C., 2003, Gassmann fluid substitutions: A tutorial: Geophysics, 68(2), V430-V440.

Zhang, Z., McConnell, D., and Han, D., 2012, Rock physics-based seismic trace analysis of unconsolidated sediments containing gas hydrate and free gas in Green Canyon 955, Northern Gulf of Mexico: Marine and Petroleum Geology, 34(1), V119-V133.

Zhu, X., McMechan, G. A., 1990, Direct estimation of the bulk modulus of the frame in fluid saturated elastic medium by Biot Theory: 60th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 787–790.