Reservoir Parameters Quantification from Seismic Monitoring Integrating Geomechanics

Quantification des paramètres réservoir à partir des mesures du monitoring sismique, intégrant l'aspect géomécanique

¹ Gaz de France
² Instutut Français du Pétrole
³ Université Pierre et Marie Curie

Corresponding author: sandrine. vidal@ifp. fr

Abstract

Seismic measurements acquired at different stages in the life of a reservoir can monitor the fluid distribution over production time. Seismic monitoring has the potential to significantly enhance recovery and optimize exploitation schemes in existing and new fields. The production from the reservoir induces changes in saturation, pore pressure and stresses, which may influence the process of wave propagation in rocks. The influence of mean effective stresses, due to changes in mean total stresses or/and pore pressure on reservoir elastic properties are not always taken into account in a proper manner. The proposed methodology evaluates what is the contribution of a geomechanical approach on the computation of elastic parameters. The implementation of this method is composed of several steps. First, in order to take into account multiphase fluid flow, pressure and saturation are computed through reservoir simulation. Then, the computed pressure is used as a load in the geomechanical modeling. Using poroelasticity theory introduced by Biot, the contribution of rock deformation to fluid flow is evaluated. This allows the simulation of the stresses and pressure distributions throughout the whole geological structure over production time. The following step consists in generating elastic parameters as function of reservoir effects using rock physics. In order to take into account the mean effective stresses on seismic velocities, the Hertz-Mindlin's contact theory is used. The saturation effect on seismic velocities is then considered by Biot-Gassmann's relation. This methodology has been validated on real repeated data for monitoring an underground gas storage. This integrated procedure is then applied to several scenarii of production. Thus, the sensitivity of elastic parameters has been analyzed in order to differentiate the different reservoir effects. Then, using elastic parameters, seismic modeling allows the generation of seismic responses at well location that reveal the patterns of expected seismic monitoring results. Some seismic attributes, such as time-shift delay have been measured. They show that careful processing of seismic data is required for seismic monitoring. This integrated procedure applied on real data for monitoring an underground gas storage leads to demonstrate the play of differentiated attributes involving P and S-waves to separate mean effective stresses effects from saturation ones. Using elastic modeling, the impact of offset changes was demonstrated to measure reliable time-lapse parameters like time-shift delay attribute and amplitude variations. Seismic measurements acquired at different stages in the life of a reservoir can monitor the fluid

Résumé

Les mesures sismiques répétées dans le temps peuvent aider au suivi des mouvements de fluide au cours de la production. Le monitoring sismique peut potentiellement améliorer la récupération et optimiser les schémas d'exploitation des champs existants et des nouveaux champs. La production du réservoir induit des changements en saturation, en pression et en contraintes qui peuvent influencer le processus de propagation des ondes dans la roche. L'influence des contraintes effectives moyennes, dues au changements en contraintes totales moyennes et/ou en pression, sur les propriétés élastiques du réservoir n'est pas toujours prise en compte de manière appropriée. La méthodologie proposée évalue la contribution d'une approche géomécanique sur le calcul de paramètres élastiques. L'implémentation de cette méthode est composée de plusieurs étapes. Tout d'abord, pour prendre en compte l'aspect multiphasique des écoulements, la pression et la saturation sont calculées à travers une simulation réservoir. Puis, la pression calculée par simulation réservoir est utilisée comme chargement dans la modélisation géomécanique. En utilisant la théorie de la poroélasticité introduite par Biot, la contribution de la déformation de la roche aux écoulements fluides est évaluée. Ceci permet la modélisation des distributions de contraintes et de pression à travers toute la structure géologique au cours de la production. L'étape suivante consiste à générer des paramètres élastiques en fonction des effets réservoir, en utilisant la modélisation en physique des roches. Pour prendre en compte l'effet des contraintes effectives moyennes sur les vitesses sismiques, le modèle de contact fondé sur la théorie de Hertz-Mindlin est utilisé. L'effet de saturation sur les vitesses sismiques est considéré par la relation de Biot-Gassmann. Cette méthodologie a été validée par des données réelles 1D pour le monitoring d'un stockage souterrain de gaz. Puis, cette procédure intégrée a été appliquée à plusieurs scénarios de production. La sensibilité des paramètres élastiques a été analysée dans le but de différencier les effets réservoir. Puis, en utilisant ces paramètres élastiques, la modélisation sismique permet la génération de réponses sismiques au puits. Des attributs comme le décalage en temps (DT) peuvent être mesurés. Le calcul d'un tel attribut, montre qu'un traitement très précis est nécessaire dans le cadre du monitoring sismique. Cette méthodologie intégrée appliquée sur données réelles et synthétiques d'un stockage souterrain de gaz tend à montrer le rôle des attributs différenciés combinant les ondes P et S pour séparer les effets de contraintes effectives moyennes des effets de saturation. En utilisant la modélisation élastique, l'impact de l'offset sur le calcul du décalage en temps a été démontré.