DE102010035261A1 - Method and measuring device for exploring hydrocarbon reservoirs in the subsurface - Google Patents

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Abstract

Bei einem geophysikalisch-magnetovariationalen Verfahren mit Meßvorrichtung zur Erkundung von Kohlenwasserstoff-Reservoirs im Untergrund werden – die im Zusammenhang mit kohlenwasserstoffführendem Gebirge bestehenden zeitlich variierenden anomalen Magnetfelder innerhalb eines Untersuchungsgebietes mit Magnetometer und Daten-Erfassungsgerät gemessen, – die Zeitbereichs-Messdaten in den Frequenzbereich transferiert und hierüber die Größenwerte spektraler Attribute abgeleitet, – das Vorkommen und Nichtvorkommen subterraner Kohlenwasserstoffe aufgrund des Vergleichs der Attribut-Größenwerte zu einem bekannten Referenzgrenzwert unterschieden, – aus den ortsabhängigen Größenwerten des spektralen Attributs dessen Verteilung innerhalb des Untersuchungsgebietes bestimmt und mittels Referenzgrenzwert-Isolinie Areale mit Kohlenwasserstoff gegenüber Arealen ohne kohlenwasserstoffführendem Untergrund abgetrennt, – die Größenwerte des spektralen Attributs als relatives Maß für die Kohlenwasserstoff-Produktivität verwendet und – während der Produktion aus einem Kohlenwasserstoff-Reservoir Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten ausgeführt, so dass zeitliche Veränderungen des spektralen Attributs und der relativen Kohlenwasserstoff-Produktivität erkannt werden können.In a geophysical-magnetovariational method with a measuring device for the exploration of hydrocarbon reservoirs in the subsurface - the anomalous magnetic fields that vary over time in connection with hydrocarbon-bearing mountains within an investigation area are measured with a magnetometer and data acquisition device, - the time domain measurement data are transferred to the frequency domain and the size values of spectral attributes are derived from this, - the occurrence and non-occurrence of subterranean hydrocarbons are differentiated on the basis of the comparison of the attribute size values with a known reference limit value, - its distribution within the investigation area is determined from the location-dependent size values of the spectral attribute and compared to areas with hydrocarbons using the reference limit value isoline Areas without a hydrocarbon-bearing subsurface separated, - the size values of the spectral attribute as a relative measure for the hydrocarbon Productivity is used and - during production from a hydrocarbon reservoir, measurements are carried out at different points in time, so that changes in the spectral attribute and the relative hydrocarbon productivity over time can be recognized.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein geophysikalisch-magnetovariationales Verfahren und entsprechender Messvorrichtung zur Detektion, Ortung, Bewertung und Monitoring von Kohlenwasserstoff-Reservoirs im Untergrund wie erdöl- und/oder erdgasführende Gesteinseinheiten. Dabei wird vorteilhaft ausgenutzt, dass kohlenwasserstoffführende Trägerschichten im Vergleich zu nicht-kohlenwasserstoffführendem Gebirge anomale spektrale magnetische Eigenschaften aufweisen. Diese können erfindungsgemäß gemessen werden und erlauben somit die Identifizierung und Auskartierung subterraner Kohlenwasserstoff-Reservoirs.The invention relates to a geophysical magnetovariational method and corresponding measuring device for detection, location, evaluation and monitoring of hydrocarbon reservoirs in the underground as petroleum and / or natural gas bearing rock units. In this case, advantage is taken of the fact that hydrocarbon-carrying carrier layers have anomalous spectral magnetic properties in comparison to non-hydrocarbon-bearing mountains. These can be measured according to the invention and thus allow the identification and mapping of subterranean hydrocarbon reservoirs.

Stand der Technik ist eine magnetovariationale Methode, die ebenfalls wie die Erfindung keine eigenen aktiv kontrollierten Sendequellen verwendet, sondern permanent vorhandene zeitlich variierende Magnetfelder nutzt, die passiv empfangen werden ( Simpson, F. & Bahr, K.: Practical Magnetotellurics, S. 182, Cambridge University Press, 2005 ). Bei der konventionellen Methode werden diese durch externe Induktionseffekte aus der Ionos- und Magnetosphäre verursacht, während die Erfindung im wesentlichen auf geogene im Zusammenhang mit Kohlenwasserstoff-Reservoirs erzeugte Felder beruht. Desweiteren werden mit der bekannten Methode horizontale elektrische Leitfähigkeitsgradienten als Ergebnis ermittelt und keine Kohlenwasserstoff-Reservoirs detektiert wie dies die vorliegende Erfindung ermöglicht.The state of the art is a magnetovariation method which, like the invention, does not use its own actively controlled transmission sources, but permanently uses existing temporally varying magnetic fields which are received passively ( Simpson, F. & Bahr, K .: Practical Magnetotellurics, p. 182, Cambridge University Press, 2005 ). In the conventional method, these are caused by external induction effects from the ionosphere and magnetosphere, while the invention is based essentially on geogenic fields generated in the context of hydrocarbon reservoirs. Furthermore, with the known method, horizontal electrical conductivity gradients are determined as a result and no hydrocarbon reservoirs are detected as the present invention allows.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein neuartiges magnetovariationales Verfahren mit Messvorrichtung bereitzustellen, das geeignet ist kohlenwasserstoffführende Reservoirgebirge und Trägerschichten im Untergrund zu detektieren, deren Verbreitung zu kartieren, qualitative Hinweise auf die potentielle Kohlenwasserstoff-Produktivität zu gewinnen sowie eine zeitliche Überwachung während der Erschließungs- und Förderphase zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung verfahrens- und vorrichtungsgemäß gelöst gemäß Patentanspruch 1, der nach den aufgeführten Merkmalen dadurch gekennzeichnet ist, dass

  • • die im Zusammenhang mit kohlenwasserstoffführendem Gebirge bestehenden zeitlich variierenden anomalen Magnetfelder innerhalb eines Untersuchungsgebietes an oder
  • • oberhalb der Erdoberfläche mit mindestens einem Magnetometer und mindestens einem Daten-Erfassungsgerät als Signal- und/oder Feldgrößen in mindestens einer Raumrichtungs-Komponente orts- und zeitabhängig gemessen werden,
  • • die derart gewonnenen Zeitreihen-Messdaten mittels spektralanalytischem Daten-Processing in mindestens ein Frequenzspektrum ausgewählter Bandbreite transferiert werden und hierüber die Größenwerte und Frequenzen mindestens eines spektralen Attributs abgeleitet werden,
  • • die Unterscheidung zwischen Vorkommen und Nichtvorkommen von Kohlenwasserstoff-Reservoirs im Untergrund aufgrund des Vergleichs der festgestellten Größenwerte des spektralen Attributs zu einem bekannten Referenzgrenzwert erfolgt,
  • • aus den ortsabhängigen Größenwerten des spektralen Attributs dessen laterale Verteilung innerhalb des Untersuchungsgebietes als Isolinien-Karte bestimmt wird und mittels des hierdurch ebenfalls festgestellten Lageverlaufs der Referenzgrenzwert-Isolinie entsprechend Areale mit Kohlenwasserstoff-Reservoirs im Untergrund von nicht-kohlenwasserstoffführendem Untergrund abgetrennt werden,
  • • die Größenwerte des spektralen Attributs als relatives Maß für die Kohlenwasserstoff-Produktivität verwendet werden und
  • • während der Produktion aus einem Kohlenwasserstoff-Reservoir magnetovariationale Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten ausgeführt werden, so dass zeitliche, Veränderungen von Größenwert, Frequenz und örtlicher Verteilung des spektralen Attributs und der relativen Kohlenwasserstoff-Produktivität erkannt werden können.
It is the object of the invention to provide a novel magnetovariational method with a measuring device which is suitable for detecting hydrocarbon-bearing reservoir mountains and carrier layers in the subsurface, for mapping their distribution, for obtaining qualitative information on the potential hydrocarbon productivity, and for monitoring the time during the development and production phase to enable. This object is achieved by the invention procedurally and device according to claim 1, which is characterized according to the listed features in that
  • • the time-varying anomalous magnetic fields within a study area associated with hydrocarbon-bearing mountain ranges
  • • above the earth's surface with at least one magnetometer and at least one data acquisition device as signal and / or field quantities in at least one spatial direction component are measured location-dependent and time-dependent,
  • The time series measurement data thus obtained are transferred by means of spectral-analytical data processing into at least one frequency spectrum of selected bandwidth and from this the magnitude values and frequencies of at least one spectral attribute are derived,
  • • the distinction between occurrences and non-occurrence of hydrocarbon reservoirs in the subsurface is made on the basis of the comparison of the established magnitude values of the spectral attribute to a known reference limit value,
  • From the location-dependent magnitudes of the spectral attribute whose lateral distribution within the investigation area is determined as an isoline map and by means of the course of the reference limit isoline likewise determined corresponding to areas with hydrocarbon reservoirs in the subsurface of non-hydrocarbon-carrying subsoil,
  • • The magnitude values of the spectral attribute can be used as a relative measure of hydrocarbon productivity and
  • Magnetovariation measurements are performed at different times during production from a hydrocarbon reservoir so that temporal changes in magnitude, frequency, and local distribution of the spectral attribute and relative hydrocarbon productivity can be detected.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass Erdöl- und Erdgas-Ansammlungen im Untergrund unmittelbar festgestellt und deren relative Produktivität als zusätzliches Bewertungskriterium angegeben werden können. Auf der Basis solcher Ergebnisse kann ein erheblicher wirtschaftlicher Nutzen bei der Exploration realisiert werden, da u. a. Tiefbohrungen gezielt abgeteuft und Fehlbohrungen vermieden werden können. Desweiteren kann aufgrund von Monitoring-Messungen die Ausbeutung von Kohlenwasserstoff-Vorkommen optimiert werden.The advantage achieved by the invention is, in particular, that oil and natural gas accumulations can be detected immediately in the subsurface and their relative productivity can be specified as an additional evaluation criterion. On the basis of such results, a significant economic benefit in the exploration can be realized, as u. a. Deep drilling drilled targeted and false holes can be avoided. Furthermore, due to monitoring measurements, the exploitation of hydrocarbon deposits can be optimized.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigtIn the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment with reference to the accompanying figures. It shows

1 im Profilschnitt und Graph schematisch die Verfahrensschritte, Messvorrichtung und Ergebnisdarstellung 1 in profile section and graph schematically the process steps, measuring device and result presentation

2 ein Amplituden-Frequenzspektrum Diagramm mit zwei Kurven 2 an amplitude-frequency spectrum diagram with two curves

3 ein Konturplot im Randbereich eines Erdölfeldes 3 a contour plot in the edge area of a petroleum field

Gemäß 1 werden die von einem Kohlenwasserstoff-Reservoir (1) im Untergrund ausgehenden zeitlich variierenden Magnetfelder (2) an einzelnen Empfangsstationen (Messpunkten) an der Erdoberfläche (8) als Spannungssignal mittels konventioneller Magnetometer (3) und Daten-Erfassungsgeräte (4) zeitabhängig gemessen. Das anschließende Daten-Processing (5) erfolgt computergestützt auf der Basis spektralanalytischer Berechnungsverfahren, wodurch die Zeitreihen-Messdaten in Frequenzspektren (2) umgewandelt werden. Hieraus lassen sich die Größenwerte eines spektralen Attributs (6) wie z. B. die Leistungsdichte selektiver Spektrallinien oder selektiver Bandbreiten einer oder mehrerer kombinierter Raumrichtungs-Komponenten ableiten.According to 1 are those from a hydrocarbon reservoir ( 1 ) in the background outgoing time-varying magnetic fields ( 2 ) at individual receiving stations (measuring points) on the earth's surface ( 8th ) as a voltage signal by means conventional magnetometer ( 3 ) and data acquisition devices ( 4 ) measured time-dependent. The subsequent data processing ( 5 ) is computer-aided on the basis of spectral-analytical calculation methods, whereby the time-series measurement data in frequency spectra ( 2 ) being transformed. From this the size values of a spectral attribute ( 6 ) such. B. Derive the power density of selective spectral lines or selective bandwidths of one or more combined spatial direction components.

In 2 sind zwei typische Amplituden-Frequenzspektren von magnetovariationalen Messungen abgebildet: die gestrichelte Kurve zeigt das Messergebnis von einer Empfangsstation ohne Kohlenwasserstoffe und die durchgehende Kurve das Messergebnis von einer Empfangsstation mit Kohlenwasserstoff-Ansammlung im Untergrund. Die Kohlenwasserstoff-Kurve ist gekennzeichnet durch stark erhöhte Amplitudenwerte innerhalb bestimmter Frequenzbereiche, während die Nichtkohlenwasserstoff-Kurve über die gesamte Bandbreite einheitlich sehr niedrige Werte aufweist. Aufgrund solcher Kalibrierungsmessungen sind Referenzgrenzwerte (7) (1 und 3) der entsprechenden spektralen Attribute allgemein bekannt. Durch Vergleich der Attribut-Größenwerte aus einem unbekannten Untersuchungsgebiet zu dem Referenzgrenzwert ergibt sich somit die Bewertungsgrundlage zur Unterscheidung zwischen Vorkommen und Nichtvorkommen von Kohlenwasserstoff-Reservoirs im Untergrund.In 2 Two typical amplitude frequency spectra of magnetovariational measurements are shown: the dashed curve shows the measurement result from a receiving station without hydrocarbons and the continuous curve shows the measurement result from a receiving station with hydrocarbon accumulation in the underground. The hydrocarbon curve is characterized by greatly increased amplitude values within certain frequency ranges, while the non-hydrocarbon curve has uniformly very low values over the entire bandwidth. Due to such calibration measurements, reference limits ( 7 ) ( 1 and 3 ) of the corresponding spectral attributes. By comparing the attribute size values from an unknown study area to the reference limit value, the evaluation basis for distinguishing between occurrences and non-occurrence of hydrocarbon reservoirs in the subsurface thus results.

Der Konturplot in 3 zeigt die Größenwert-Isolinien und damit die laterale Verteilung eines spektralen Attributs innerhalb eines Untersuchungsgebietes im Randbereich eines Erdölfeldes. Aufgrund des Verlaufs der Referenzgrenzwert-Isolinie (7) kann das Areal ohne Kohlenwasserstoffführung von dem Areal mit subterraner Kohlenwasserstoffführung (Erdöl) abgetrennt werden. Weiterhin ergibt sich auf Basis der Attribut-Größenwerte ein qualitatives Maß für die Kohlenwasserstoff-Produktivität dargestellt als Relativklassen.The contour plot in 3 shows the size-isolines and thus the lateral distribution of a spectral attribute within a study area in the edge region of a petroleum field. Due to the course of the reference limit isoline ( 7 ) the area can be separated from the area with subterranean hydrocarbon guidance (oil) without hydrocarbon guidance. Furthermore, on the basis of the attribute size values, a qualitative measure for the hydrocarbon productivity is shown as relative classes.

Das in Patentanspruch 2 gekennzeichnete Verfahren hat die Aufgabe das Signal/Rausch-Verhältnisses zu verbessern, indem an mindestens einer Referenzstation Messungen synchronisiert zu den Untersuchungsmessungen ausgeführt werden.The method characterized in claim 2 has the task of improving the signal-to-noise ratio by carrying out measurements synchronized with the examination measurements at at least one reference station.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Simpson, F. & Bahr, K.: Practical Magnetotellurics, S. 182, Cambridge University Press, 2005 [0002] Simpson, F. & Bahr, K .: Practical Magnetotellurics, p. 182, Cambridge University Press, 2005 [0002]

Claims (2)

Magnetovariationales Verfahren und Messvorrichtung zur Detektion, Ortung, Bewertung und Monitoring von Kohlenwasserstoff-Reservoirs im Untergrund, dadurch gekennzeichnet, dass a) die im Zusammenhang mit kohlenwasserstoffführendem Gebirge (1) bestehenden zeitlich variierenden anomalen Magnetfelder (2) innerhalb eines Untersuchungsgebietes an oder oberhalb der Erdoberfläche (8) mit mindestens einem Magnetometer (3) und mindestens einem Daten-Erfassungsgerät (4) als Signal- und/oder Feldgrößen in mindestens einer Raumrichtungs-Komponente orts- und zeitabhängig gemessen werden, b) die derart gewonnenen Zeitreihen-Messdaten mittels spektralanalytischem Daten-Processing (5) in mindestens ein Frequenzspektrum ausgewählter Bandbreite transferiert werden und hierüber die Größenwerte und Frequenzen mindestens eines spektralen Attributs abgeleitet werden, c) die Unterscheidung zwischen Vorkommen und Nichtvorkommen von Kohlenwasserstoff-Reservoirs im Untergrund aufgrund des Vergleichs der festgestellten Größenwerte des spektralen Attributs zu einem bekannten Referenzgrenzwert (7) erfolgt, d) aus den ortsabhängigen Größenwerten des spektralen Attributs dessen laterale Verteilung innerhalb des Untersuchungsgebietes als Isolinien-Karte bestimmt wird und mittels des hierdurch ebenfalls festgestellten Lageverlaufs der Referenzgrenzwert-Isolinie (7) entsprechend Areale mit Kohlenwasserstoff-Reservoirs im Untergrund von nicht-kohlenwasserstoffführendem Untergrund abgetrennt werden, e) die Größenwerte des spektralen Attributs als relatives Maß für die Kohlenwasserstoff-Produktivität verwendet werden und f) während der Produktion aus einem Kohlenwasserstoff-Reservoir magnetovariationale Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten ausgeführt werden, so dass zeitliche Veränderungen von Größenwert, Frequenz und örtlicher Verteilung des spektralen Attributs und der Kohlenwasserstoff-Produktivität erkannt werden können.Magnetovariational method and measuring device for the detection, location, evaluation and monitoring of hydrocarbon reservoirs in the subsurface, characterized in that a) the hydrocarbon-carrying rock ( 1 ) existing time-varying anomalous magnetic fields ( 2 ) within a study area at or above the earth's surface ( 8th ) with at least one magnetometer ( 3 ) and at least one data acquisition device ( 4 ) are measured as signal and / or field quantities in at least one spatial direction component in a location-dependent and time-dependent manner, b) the time series measurement data obtained in this way are analyzed by means of spectral-analytical data processing (FIG. 5 ) are transferred into at least one frequency spectrum of selected bandwidth and are derived therefrom the magnitude values and frequencies of at least one spectral attribute, c) the distinction between occurrences and non-occurrence of hydrocarbon reservoirs in the underground due to the comparison of the established magnitude values of the spectral attribute to a known reference limit ( 7 ) is carried out, d) from the location-dependent magnitudes of the spectral attribute of its lateral distribution within the study area is determined as an isoline map and by means of the thus also determined course of the reference limit Isolinie ( 7 (e) the spectral attribute magnitude values are used as a relative measure of hydrocarbon productivity; and (f) during production from a hydrocarbon reservoir, magnetovariation measurements at different time points so that temporal changes in magnitude, frequency, and spatial distribution of the spectral attribute and hydrocarbon productivity can be detected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Messpunkt Referenzmessungen synchronisiert zu den Untersuchungsmessungen ausgeführt werden.A method according to claim 1, characterized in that at least one measuring point reference measurements are performed synchronized to the examination measurements.
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