MX2015002249A - Modelo de temperatura restringido en datos geofisicos y restauracion cinematica. - Google Patents
Modelo de temperatura restringido en datos geofisicos y restauracion cinematica.Info
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Abstract
Se divulga un método para la estimación de las distribuciones de temperatura del subsuelo a partir de un modelo de conductividad térmica tridimensional para una formación geológica caracterizado por las siguientes etapas: a) obtener datos medidos correspondientes a una formación geológica del subsuelo de interés que comprenden datos de prospecciones sísmicas, mediciones de la temperatura en pozos, del fondo marino o del flujo térmico de superficie y mediciones basadas en el laboratorio de la porosidad del núcleo, b) estimar una relación entre la velocidad sísmica y la conductividad térmica, caracterizada por que la velocidad sísmica es linealmente dependiente de la porosidad y la conductividad térmica es exponencial o linealmente dependiente de la porosidad, y c) calibrar dicho modelo para dichos datos medidos en pozos y mediciones basadas en el laboratorio de la porosidad del núcleo.
Description
MODELADO DE TEMPERATURA RESTRINGIDO EN DATOS GEOFÍSICOS
Y RESTAURACIÓN CINEMÁTICA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere al modelado de temperatura restringido en datos geofísicos y restauración cinemática, y en particular, la presente divulgación se refiere al modelado de temperatura y a la restricción de tales modelos basados en el análisis de la velocidad sísmica, la inversión de la gravedad, la física de rocas, la geología estructural y las matemáticas numéricas.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Dentro del campo de la geofísica de exploración, es un tema principal el estudio de las estructuras del subsuelo y las propiedades de la tierra, y cómo estas propiedades han evolucionado a lo largo de las escalas de tiempo geológico.
En la actualidad existen varios paquetes de software comerciales para el modelado de cuencas:
La documentación de software PetroMod, Schlumberger
La documentación de software PerMedia, Landmark
La documentación de software Temis, Institut Francais du
Petrole (IFP)
Los métodos implementados en los paquetes de software
comerciales conocidos no están restringidos por los modelos físicos de rocas y de datos geofísicos, y no aplican una estrategia de actualización en base al desajuste con las observaciones geofísicas.
En la actualidad existe una carencia de herramientas de modelado que tomen estos temas suficientemente en cuenta y, especialmente, con el enfoque en la comprensión más profunda de la evolución de las temperaturas y los gradientes de temperatura en las escalas de tiempo geológico.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La información relativa a la temperatura y, en particular, a la evolución de la temperatura y a los gradientes de flujo de temperatura en una cuenca dada en escalas de tiempo geológico es un factor central en la determinación de si la materia orgánica de la roca fuente se ha convertido en un hidrocarburo.
La presente invención tiene relevancia para su aplicación en todas las áreas de modelado del subsuelo y la exploración, incluyendo el petróleo y el gas. Los datos de los métodos de medición tales como las anomalías sísmicas, magnéticas y de gravedad, la temperatura de registro de pozos, los datos de núcleo de pozo y otros pueden producir parámetros importantes, pero en el mejor caso solo pueden dar
una visión parcial de la verdadera naturaleza de las propiedades geológicas del subsuelo de interés. Y, el modelado en si mismo es altamente dependiente de los parámetros que se usan y de cómo de bien se entiendan. Restringiendo los modelos con los datos de medición, los modelos pueden producir una restauración cinemática más precisa a lo largo de las escalas de tiempo geológico de la estructura geológica de interés.
El término restauración cinemática se refiere, en general, a la reconstrucción modelada de una estructura geológica, preferentemente por medio de un modelo tridimensional, que simula una secuencia de fases intermedias entre los estados no deformados y deformados.
Además, el procesamiento de datos y las téenicas de visualización, basadas en los modelos de datos restringidos, son en gran medida dependientes de la cobertura espacial y la calidad de los datos de entrada que se usan.
La historia geológica y las distribuciones de temperatura pasadas y presentes están vinculadas directamente con las observaciones geofísicas actuales en tres dimensiones.
La presente invención aborda los problemas fundamentales en la evaluación del sistema de petróleo, y va mucho más allá de un software comercial conocido actualmente y de las
mejores prácticas. La invención reducirá la incertidumbre en el modelado de temperatura, restringiendo los modelos de cuenca conceptuales en observaciones geofísicas.
Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un método para la estimación de las distribuciones de temperatura del subsuelo a partir de un modelo de conductividad térmica tridimensional para una formación geológica, caracterizado por las siguientes etapas:
a) obtener datos medidos correspondientes a una formación geológica del subsuelo de interés que comprenden datos de prospecciones/sísmicas, mediciones de la temperatura en pozos, del fondo marino o del flujo térmico de superficie y mediciones basadas en el laboratorio de la porosidad del núcleo,
b) estimar una relación entre la velocidad sísmica y la conductividad térmica, caracterizada por que la velocidad sísmica es linealmente dependiente de la porosidad y la conductividad térmica es exponencial o linealmente dependiente de la porosidad, y
c) calibrar dicho modelo para dichos datos medidos en pozos y mediciones basadas en el laboratorio de la porosidad del núcleo.
Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un método del primer aspecto, en que dicha velocidad sísmica
se estima por inversión Dix o análisis de la velocidad PSDM (migración de profundidad preapilamiento) o inversión de la forma de onda completa.
Un tercer aspecto de la presente invención se refiere a un método del aspecto primero o segundo, en que las distribuciones de temperatura del subsuelo se estiman resolviendo la ecuación diferencial de la Lcy de Fourier:
q=-kVT
donde
q es el vector de flujo térmico,
k es la conductividad térmica, y
es el gradiente de temperatura.
Un cuarto aspecto de la presente invención se refiere a un método del tercer aspecto, en que las condiciones limite de la solución de la ley de Fourier se basan en las siguientes etapas:
a) construir escenarios geológicos de interpretación sísmica, que incluyan la profundidad de la Moho,
b) restringir el conjunto de escenarios geológicos usando los datos de gravedad y magnéticos,
c) calcular las soluciones del elemento final de la ley de Fourier suponiendo una serie de casos con un flujo térmico constante, para cada caso
d) calibrar una serie de soluciones a la lcy de Fourier para las mediciones de temperatura en pozos y las mediciones del flujo térmico de superficie o en el fondo marino, preferentemente dentro de un marco de trabajo estadístico Bayesiano, y
e) calcular la distribución de la temperatura de equilibrio a partir de una cartografía V <=> iq/kl.
Un quinto aspecto de la presente invención se refiere a un método del cuarto aspecto, en que dicha distribución de temperatura es una distribución de temperatura actual para su uso como una condición final en un modelo hacia adelante de la historia de la temperatura como una función del tiempo geológico.
Un sexto aspecto de la presente invención se refiere a un método del cuarto aspecto, en que dicha distribución de temperatura es una distribución de temperatura actual para su uso como una condición inicial en un modelo hacia atrás de la historia de la temperatura como una función del tiempo geológico.
Un séptimo aspecto de la presente invención se refiere a un método del aspecto quinto o sexto, en que las soluciones de diferencia finita y elemento finito se usan en las ecuaciones de difusión térmica para el flujo térmico.
Un octavo aspecto de la presente invención se refiere a
un método del séptimo aspecto, en que dichas simulaciones del flujo térmico aplican los siguientes parámetros:
a) la conducción térmica, que incluye la conductividad térmica anisotrópica,
b) la advección, que incluye la elevación y la subsidencia y la convección, que incluye el flujo de fluidos, c) las condiciones limite externas, que incluyen la temperatura medida, el gradiente de temperatura o el flujo térmico en la parte superior y en la base,
d) la generación térmica interna, que incluye la desintegración radiactiva en sedimentos,
e) las fuentes térmicas transitorias, que incluyen las intrusiones, y
f) las propiedades del subsuelo dependientes del tiempo, que incluyen la historia geológica conocida.
Un noveno aspecto de la presente invención se refiere a un método del octavo aspecto, en que el modelado de la historia de la temperatura geológica se realiza de manera iterativa compuesto por las siguientes etapas:
a) proponer un elemento final y unos casos promedio para una serie de historias geológicas mediante la restauración cinemática, que incluyen unos eventos geológicos de primer orden tales como la subsidencia, la elevación, la erosión, la glaciación, los principales evento^ tectónicos,
b) construir los modelos de propiedad correspondientes dependientes del tiempo para la conductividad térmica, la capacidad calorífica y la densidad de masa usando modelos físicos de rocas y datos geofísicos que incluyen la velocidad sísmica y la gravedad,
c) el modelado hacia adelante, o el modelado hacia atrás, de la historia de la temperatura, con una serie de condiciones límite que incluyen el flujo térmico dependiente del tiempo o la temperatura en la parte superior y en la base,
d) comparar la historia de la temperatura y del gradiente de temperatura modelada hacia adelante con la distribución de temperatura actual prevista,
e) ajustar dichas condiciones límite usando una medida de inadaptación para descartar historias geológicas improbables, y
f) ajustar dichas condiciones límite usando un procedimiento de inversión automático para emparejar la distribución de la temperatura actual.
Un décimo aspecto de la presente invención se refiere a un método del noveno aspecto, en que la salida de las simulaciones numéricas está compuesta de una historia de la temperatura ID, 2D o 3D y la historia del gradiente de temperatura.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 muestra unas propiedades geofísicas dependientes del tiempo, vinculadas a la historia geológica.
La figura 2 muestra la historia de la temperatura (a la izquierda) y del gradiente de temperatura (a la derecha) modelada hacia delante con condiciones limite T = 0 grados Celsius en la parte superior y T = 800 grados Celsius en la parte inferior.
La figura 3a muestra la historia de la temperatura (actual) final modelada hacia delante después de 120 millones de años (Ma).
La figura 3b muestra la historia del gradiente de temperatura (actual) final modelada hacia adelante después de 120 millones de años (Ma).
La figura 4 muestra el flujo térmico modelado hacia adelante en la superficie como una función del tiempo geológico, calculado a partir del gradiente de temperatura modelado y de la conductividad térmica mediante la lcy de
Fourier.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La combinación de los siguientes elementos constituye las características clave de la invención: el análisis de la velocidad sísmica, la inversión magnética y gravitatoria, un
modelo físico de rocas, los modelos geológicos estructurales, la modelización numérica y los datos electromagnéticos.
La ecuación (difusión) del flujo térmico (que incluye la advección y la convección) está vinculada con la densidad a través de la gravedad, y entonces vinculada a la velocidad sísmica a través del modelo físico de rocas. Esto da como resultado una relación entre la conductividad térmica y la velocidad sísmica.
Pueden incluirse en el modelado diversos escenarios de la historia. Un elemento clave es el uso extensivo de las ecuaciones de difusión térmica para modelar la historia de la temperatura en base a la historia geológica y a las propiedades geofísicas correspondientes dependientes del tiempo, por lo que se establece el modelo que explica la geofísica actual y las observaciones de temperatura, que incluyen las mediciones directas de temperatura en pozos y el flujo térmico en el fondo marino o en la superficie.
Dos elementos clave de la presente invención son los siguientes:
1) ESTABLECER LOS CUBOS 3D DE UNA DISTRIBUCIÓN ACTUAL DE TEMPERATURA DEL SUBSUELO:
Suponiendo un equilibrio térmico, la distribución de temperatura puede calcularse resolviendo la ecuación
diferencial dada por la lcy de Fourier q = -k VT t donde q es el
flujo térmico, k es la conductividad térmica, y
Vr es el gradiente de temperatura.
Se establecerá un modelo de conductividad térmica 3D usando las relaciones físicas de rocas entre la velocidad sísmica y la conductividad térmica. Por lo tanto, proporcionadas las velocidades de intervalo sísmicas a partir de la inversión Dix, el análisis de la velocidad PSDM (migración de profundidad preapilamiento) o la inversión de la forma de onda completa, puede establecerse y calibrarse un modelo de conductividad 3D para los datos de los pozos, gue comprende los datos de temperatura directos y las mediciones de laboratorio en los núcleos para obtener la porosidad del núcleo.
La relación genérica entre la velocidad sísmica y la conductividad térmica es una relación lineal a exponencial, es decir, la velocidad es una función lineal de la porosidad, mientras que la conductividad es una función exponencial de la porosidad. Para un primer orden, una conductividad puede aproximarse también mediante una función lineal de la porosidad. Parte de la invención es para perfeccionar y calibrar los modelos físicos de rocas que describen esta relación.
Un reto importante es establecer las condiciones límite para la solución de la lcy de Fourier. Este reto puede
abordarse de la siguiente manera:
1. Construir escenarios geológicos a partir de la interpretación sísmica, que incluyan la profundidad de la Moho (discontinuidad de Mohorovicic).
2. Restringir el conjunto de escenarios geológicos usando los datos de gravedad y magnéticos.
3. Calcular soluciones de elementos finales de la lcy de Fourier suponiendo una serie de casos con un flujo térmico constante (para cada caso).
Se calibrarán una serie de soluciones a la ley de
Fourier para las mediciones de temperatura en los pozos y para las mediciones de flujo térmico en la superficie. Naturalmente, esto puede describirse dentro de un marco de trabajo estadístico bayesiano.
Desde un punto de vista matemático, la ley de Fourier tiene la misma estructura que la ecuación Eikonal de la teoría de rayos sísmicos
~ v ^ para la propagación de onda, donde ? representa el tiempo de desplazamiento de onda y V representa la velocidad de la onda. Por lo tanto, la distribución de la temperatura de equilibrio puede calcularse por la cartografía V <=> Iq/kl.
2) MODELADO DE TEMPERATURA DEPENDIENTE DEL TIEMPO RESTRINGIDO POR LAS OBSERVACIONES GEOFÍSICAS Y LA HISTORIA
GEOLÓGICA
Usando la distribución de temperatura actual como una condición final (o condición inicial), la historia de la temperatura se modela hacia adelante (o se modela hacia atrás) como una función del tiempo geológico. Esto se logrará mediante las soluciones de diferencia finita y elemento finito para la ecuación de difusión del flujo térmico.
Los siguientes efectos dependientes del tiempo se contabilizan en las simulaciones de flujo térmico:
a) La conducción térmica, que incluye la conductividad térmica anisotrópica.
b) La advección (la elevación y la subsidencia) y la convección (el flujo de fluido).
c) Las condiciones limite externas (la temperatura o el flujo térmico en la parte superior y la base).
d) La generación térmica interna (la desintegración radiactiva en sedimentos).
e) Las fuentes térmicas transitorias (por ejemplo, las intrusiones).
f) Las propiedades del subsuelo dependientes del tiempo (es decir, la historia geológica).
Un elemento clave en el modelado de la historia de la temperatura es la reconstrucción de la historia geológica.
Se usará un enfoque iterativo como sigue:
Proponer un elemento final y unos casos promedio para
una serie de historias geológicas mediante la restauración cinemática, que incluyen unos eventos geológicos de primer orden (la subsidencia, la elevación, la erosión, la glaciación, los principales eventos tectónicos).
Construir los modelos de propiedad correspondientes dependientes del tiempo para la conductividad térmica, la capacidad calorífica y la densidad de masa usando modelos físicos de rocas y datos geofísicos (la velocidad sísmica y la gravedad).
El modelado hacia adelante (o el modelado hacia atrás) de la historia de la temperatura, con una serie de condiciones límite. Las condiciones límite se proporcionan en términos de temperatura, en gradientes de temperatura o de flujo térmico en la parte superior y la base del modelo.
Comparar la historia de la temperatura y del gradiente de temperatura modelada hacia adelante con la distribución de temperatura actual prevista.
Usar una medida de inadaptación a partir de lo anterior para ajustar la condición límite, o para descartar historias geológicas improbables. El ajuste de las condiciones límite puede hacerse o como un procedimiento manual, o como un procedimiento de inversión automático.
La salida de las simulaciones numéricas son la historia de la temperatura ID, 2D o 3D y la historia del gradiente de
temperatura, directamente vinculada a la historia geológica (que incluye la subsidencia, la elevación, la erosión neta y los eventos transitorios).
La figura 1: Las propiedades geofísicas dependientes del tiempo, vinculadas a la historia geológica. Para un primer orden, la deposición, la subsidencia y la elevación siguen las tendencias sistemáticas controladas por la porosidad y la litología. La conductividad térmica dependiente del tiempo para la subsidencia (a la izquierda) y para la elevación (a la derecha). Por lo general, la conductividad térmica, la velocidad sísmica, la densidad y la resistividad llevarán una "memoria" de la profundidad máxima del enterramiento. Los valores de flujo térmico cerca de la parte inferior de los terrenos se .corresponden con los valores más altos en la escala, mientras que los valores de flujo térmico cerca de la parte superior de los terrenos se corresponden con los valores más bajos en la escala.
La figura 2: la historia de la temperatura (a la izquierda) y del gradiente de temperatura (a la derecha) modelada hacia delante con condiciones límite T = 0 grados Celsius en la parte superior y T = 800 grados Celsius en la parte inferior.
Calculado usando una solución de diferencias finitas para la ecuación de flujo térmico dependiente del tiempo. El
estado final (negro) y la distribución de la temperatura en incrementos de 10 Ma (las lineas grises finas).
La figura 3a: las historias de la temperatura (actual) final modeladas hacia delante a una profundidad de 2,5 km después de 120 Ma, con una subsidencia, una elevación y una referencia "muerta".
La figura 3b: las historias del gradiente de temperatura (actual) final modeladas hacia adelante a una profundidad de 2,5 km después de 120 Ma, con una subsidencia, una elevación y una referencia "muerta".
La figura 4: el flujo térmico modelado hacia adelante
(mW/m2) en la superficie como una función del tiempo geológico, calculado a partir del gradiente de temperatura modelado y de la conductividad térmica mediante la lcy de Fourier. (1) Se refiere al momento en que la subsidencia/elevación se activa, (2) se refiere a cuando la subsidencia/elevación se desactiva y (3) se refiere a un estado final diferente con un flujo térmico mayor debido a una roca de alta conductividad que se mueve hacia arriba y más joven que la roca de baja conductividad que está erosionada.
En la revisión, los nuevos elementos del flujo de trabajo son:
• El uso de observaciones geofísicas medidas para
limitar el modelado de temperatura.
• Las restricciones conjuntas de la restauración cinemática y las observaciones geofísicas.
• Los modelos físicos de rocas calibradas que vinculan la velocidad sísmica y la densidad a la conductividad térmica.
• El uso de rayos sísmicos existentes que trazan el software para modelar las distribuciones de temperatura.
• El uso de ecuaciones de difusión térmica completas para modelar la historia de la temperatura en base a la historia geológica y a las propiedades geofísicas correspondientes dependientes del tiempo.
• La formulación del problema de la historia de la temperatura en un marco de trabajo bayesiano.
Aunque la invención anterior se ha descrito con algún detalle a modo de ilustración y ejemplo con fines de claridad de comprensión, será fácilmente evidente para los expertos en la materia, a la luz de las enseñanzas de esta invención, que ciertos cambios y modificaciones pueden hacerse en la misma sin alejarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Aunque la invención se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y en la descripción anterior, tal ilustración y descripción han de considerarse ilustrativas o ejemplares y no restrictivas y no se pretende limitar la
invención a las realizaciones descritas. El mero hecho de que se mencionen ciertas medidas en las reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda usarse de manera ventajosa. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no debería interpretarse como limitante del alcance de la invención.
Claims (10)
1.- Un método para la estimación de las distribuciones de temperatura del subsuelo a partir de un modelo de conductividad térmica tridimensional para una formación geológica, caracterizado por las siguientes etapas: a) obtener datos medidos correspondientes a una formación geológica del subsuelo de interés que comprenden datos de prospecciones sísmicas, mediciones de la temperatura en pozos, del fondo marino o del flujo térmico de superficie y mediciones basadas en el laboratorio de la porosidad del núcleo, b) estimar una relación entre la velocidad sísmica y la conductividad térmica, caracterizada por que la velocidad sísmica es linealmente dependiente de la porosidad y la conductividad térmica es exponencial o linealmente dependiente de la porosidad, y c) calibrar dicho modelo para dichos datos medidos en pozos y mediciones basadas en el laboratorio de la porosidad del núcleo.
2.- Método según la reivindicación 1, caracterizado por que dicha velocidad sísmica se estima por inversión Dix o análisis de la velocidad PSDM (migración de profundidad preapilamiento) o inversión de la forma de onda completa.
3.- Método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que las distribuciones de temperatura del subsuelo se estiman resolviendo la ecuación diferencial de la Lcy de Fourier: q= -k VT donde q es el vector de flujo térmico, k es la conductividad térmica, y el gradiente de temperatura.
4.- Método según la reivindicación 3, caracterizado por que las condiciones límite de la solución de la ley de Fourier se basan en las siguientes etapas: a) construir escenarios geológicos de interpretación sísmica, que incluyan la profundidad de la Moho, b) restringir el conjunto de escenarios geológicos usando los datos de gravedad y magnéticos, c) calcular las soluciones del elemento final de la ley de Fourier suponiendo una serie de casos con un flujo térmico constante, para cada caso, d) calibrar una serie de soluciones a la ley de Fourier para las mediciones de temperatura en pozos y las mediciones del flujo térmico de superficie o en el fondo marino, preferentemente dentro de un marco de trabajo estadístico Bayesiano, y e) calcular la distribución de la temperatura de equilibrio a partir de una cartografía V <=> Iq/kl.
5.- Método según la reivindicación 4, caracterizado por que dicha distribución de temperatura es una distribución de temperatura actual para su uso como una condición final en un modelo hacia adelante de la historia de la temperatura como una función del tiempo geológico.
6.- Método según la reivindicación 4, caracterizado por que dicha distribución de temperatura es una distribución de temperatura actual para su uso como una condición inicial en un modelo hacia atrás de la historia de la temperatura como una función del tiempo geológico.
7.- Método según la reivindicación 5 o 6, caracterizado por que las soluciones de diferencia finita y elemento finito se usan en las ecuaciones de difusión térmica para el flujo térmico.
8.- Método según la reivindicación 7, caracterizado por que dichas simulaciones del flujo térmico aplican los siguientes parámetros: a) la conducción térmica, que incluye la conductividad térmica anisotrópica, b) la advección, que incluye la elevación y la subsidencia y la convección, que incluye el flujo de fluidos, c) las condiciones limite externas, que incluyen la temperatura medida, el gradiente de temperatura o el flujo térmico en la parte superior y en la base, d) la generación térmica interna, que incluye la desintegración radiactiva en sedimentos, e) las fuentes térmicas transitorias, que incluyen las intrusiones, y f) las propiedades del subsuelo dependientes del tiempo, que incluyen la historia geológica conocida.
9.- Método según la reivindicación 8, caracterizado por que el modelado de la historia de la temperatura geológica se realiza de manera iterativa y comprende las siguientes etapas: a) proponer un elemento final y unos casos promedio para una serie de historias geológicas mediante la restauración cinemática, que incluyen unos eventos geológicos de primer orden tales como la subsidencia, la elevación, la erosión, la glaciación, los principales eventos tectónicos, b) construir los modelos de propiedad correspondientes dependientes del tiempo para la conductividad térmica, la capacidad calorífica y la densidad de masa usando modelos físicos de rocas y de datos geofísicos que incluyen la velocidad sísmica y la gravedad, c) el modelado hacia adelante, o el modelado hacia atrás, de la historia de la temperatura, con una serie de condiciones límite que incluyen el flujo térmico dependiente del tiempo o la temperatura en la parte superior y en la base, d) comparar la historia de la temperatura y del gradiente de temperatura modelada hacia adelante con la distribución de temperatura actual prevista, e) ajustar dichas condiciones límite usando una medida de inadaptación para descartar historias geológicas improbables, y f) ajustar dichas condiciones límite usando un procedimiento de inversión automático para hacer coincidir la distribución de la temperatura actual.
10.- Método según la reivindicación 9, caracterizado por que la salida de las simulaciones numéricas está compuesta de una historia de la temperatura ID, 2D o 3D y una historia del gradiente de temperatura.
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