NO341093B1 - Kartlegging av endring av porevolum over tid for et undergrunns reservoar - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å undersøke en undergrunnssone under jordens overflate.

Oppfinnelsens bakgrunn

Det er et behov for teknologier som muliggjør å overvåke uttømmende reservoarområder under produksjon av hydrokarboner (olje og/eller naturgass) fra reservoaret. Den geometriske struktur av et reservoarområde blir normalt utforsket ved geofysiske fremgangsmåter, i særdeleshet seismisk billedbehandling av undergrunnen under utforskingstrinnet av et oljefelt. Vanskeligere og mindre utviklet er fremgangsmåter som muliggjør overvåking av sammentrykkingen av det uttømmende reservoarområdet i løpet av produksjonen. En fremgangsmåte er å studere deformasjonen slik som forskyvning eller helning av jordoverflaten over området med det uttømmende reservoar. Et eksempel på slike studier er artikkelen "Monitoring of fluid injection and soil consolidation using surface tilt measurements" ("Overvåking av fluid innsprøyting og grunnstabilisering ved bruk av målinger av overflatehelning") av D. W. Vasco m. fl., Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, januar 1998, s. 29 - 37. I denne artikkelen blir anslag over undergrunns volumendringer gitt observasjoner av overflateforskyvning eller helning ved inversjon drøftet. Et annet eksempel er artikkelen "Geodetic imaging: reservoir monitoring using satellite interferometry" ("Geodetisk billedbehandling: reservoarovervåking ved bruk av satellittinterferometri") av D. W. Vasco m. fl., Geophys. J. Int. (2002) bind 149, s. 555-571.

En annen teknologi som er økende tatt i bruk i de senere år er kartlegging av seismiske tidsforløp (engelsk: time-lapse seismic survey). I kartlegging av seismiske tidsforløp blir seismiske data innhentet ved minst to tidspunkter. Tid er derfor en tilleggsparameter i forhold til konvensjonell seismikk-kartlegging. Dette muliggjør studering av endringene i seismiske egenskaper av undergrunnen som en funksjon av tiden på grunn av for eksempel romlig og tidsmessige endring i fluidmetning, trykk og temperatur. Kartlegging av seismiske tidsforløp blir også referert til som 4-dimensjonal- (eller 4D-) seismikk, hvor tiden mellom innhentingene representerer en fjerde datadimensjon. Som i konvensjonell seismisk kartlegging vedrører de tre andre dimensjoner de romlige karakteristikker av grunnsonen, to er horisontale lengdedimensjoner og den tredje vedrører dybden i grunnsonen som kan bli representert ved en lengdekoordinat eller ved en tidskoordinat slik som den toveis gangtid av en seismisk bølge fra overflaten til en viss dybde og tilbake. Kartlegging av seismiske tidsforløp studerer endringer i seismiske parametre over tid, og i særdeleshet kan endringer i toveis gangtid bli studert.

Internasjonal patentsøknad med publikasjonsnr. WO2005/040858 fremlegger en fremgangsmåte for å undersøke en undergrunnssone ved å bruke en kartlegging av seismiske tidsforløp. Det har blitt funnet at endringer i for eksempel toveis gangtid kan bli observert utenfor et uttømmende reservoarområde i undergrunnssonen. Dette er en følge av påvirkningen av volumendringen, som tilsvarer uttømmingen, på belastningsfordelingen i de omgivende soner. Belastningsendringer forårsaker endringer i den seismiske parameter seismisk hastighet og derfor også i toveis gangtid. En belastningsmodell for tidsforløpet av tidsendring (heretter kalt tidsforløptidsendring) blir drøftet i artikkelen "Rocks under strain: Straininduced time-lapse time shifts are observed for depleting reservoirs" ("Bergarter under belastning: belastningspåførte, tidsforløpstidsendring blir observert for uttømmende reservoarer") av P. Hatchell og S. Bourne, The Leading Edge, desember 2005, s. 1222-1225, denne belastningsmodell kan bli benyttet for å beregne sammentrykkingen av det uttømmende reservoarområde. Beregningen av et sammentrykkingskart fra data for seismisk tidsforløpstidsendring blir drøftet i P. J. Hatchell, P. J. og S. J. Bourne, 2005, "Measuring reservoir compaction using time-lapse timeshifts" ("Måling av reservoarsammentrykking ved å bruke tidsforløpstidsendring") i 75th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 2500-2503.

En generell vanskelighet ved aksjoner for seismiske måling av olje og gassfelter er at reservoarområdet normalt ligger fra mange hundre meter opp til mange tusen meter under jordens overflate, men tykkelsen av reservoarområdet er forholdsvis liten, det vil typisk være bare mange meter eller titalls meter. Følsomhet for å oppfange små endringer i reservoarområdet er derfor et eget emne. Typisk må mange års produksjon påventes før klare forskjeller kan bli oppfanget og konklusjoner om reservoaregenskaper kan bli trukket.

Emner som likner sammentrykking av et uttømmende reservoarområde dukker opp i tilfellet av en utvidelse av et undergrunnsområde, i særdeleshet et reservoarområde slik som på grunn av injeksjon av et fluid inn i en undergrunnssone, for eksempel CO2eller vann, eller hvor det skal varmes opp et undergrunnsområde, i dette tilfelle vil området utvide seg.

Publikasjonen "On the use of quasi-static deformation to understand reservoir fluid flow," ("Om bruken av kvasistatiske deformasjoner for å forstå reservoarfluidflyt") av D. W. Vasco m. fl., Geophys. J. Int. (2005) bind 70, s.013- 027 vedrører en fremgangsmåte for å gjøre antagelser om endringer i reservoarvolum og flytegenskaper fra observasjoner av kvasistatisk deformasjon. Denne artikkel antyder vagt at "data fra måleaksjoner for seismiske tidsforløp kunne bli benyttet i sammenheng eller isteden for deformasjonsmålinger av overflaten". Imidlertid er arbeidet ikke videreført.

Til i dag har forsøk på å gjøre antakelser om volumendringer i undergrunnen, slike som reservoarsammentrykkinger vært delvis vellykkede, men de kan være uferdige og gjenstand for systematiske feil. Mange kilder har forbundet volumendring med effektiv påkjenning, imidlertid er dette også en uferdig løsning. Uferdighet oppstår fordi ikke aller reservoarsammentrykkinger foranlediger målbare virkninger, for eksempel på overflaten eller i måleaksjoner for seismiske tidsforløp. Systematiske feil oppstår på grunn av utilstrekkelig kjennskap om forholdet mellom reservoarsammentrykking og de målte parametre. Det er et behov for en forbedret fremgangsmåte for å undersøke volumendringer i en undergrunnssone, slik at i særdeleshet en mer pålitelig avbildning av arealfordelingen av for eksempel sammentrykking av et uttømmende reservoar blir mulig.

Sammendrag av oppfinnelsen

I denne hensikt gjør den foreliggende oppfinnelse tilgjengelig en fremgangsmåte, som angitt i krav 1, for å undersøke en undergrunnssone under jordoverflaten, denne fremgangsmåte omfatter: - å innhente et første datasett som representerer endring i en forutbestemt seismisk parameter over en tidsperiode for flere punkter i undergrunnssonen, dette første datasett er utledet fra en kartlegging av seismiske tidsforløp av jordgrunns sonen, som spenner over tidsperioden, - å innhente et andre datasett som representerer geodetisk deformasjon over i hovedsak den samme tidsperiode ved flere lokaliseringer på jordoverflaten, dette andre datasett er utledet fra en geodetisk undersøkelse som spenner over tidsperioden, - å behandle det første datasett sammen med det andre datasett for å oppnå et kart over en parameter som vedrører volumendring i undergrunnssonen, - hvor det blir antatt en geomekanisk modell av undergrunnssonen og modellen blir brukt i behandlingen av det første datasett sammen med det andre datasett, og - hvor undergrunnssonen omfatter et reservoar område og volumendringene finner sted under produksjon av fluid fra, eller injisering av fluid inn i fluidreservoaret, eller under modifikasjon av temperaturen av reservoarområdet, og at - kartet over en parameter vedrørende volumendring i undergrunnssonen er et kart over én av: sammentrykking, utvidelse, fluiduttømming, fluidoppfylling eller temperaturendring av reservoarområdet, -karakterisert vedat fremgangsmåten videre omfatter trinnet for å innhente en parameter vedrørende en nettoendring av porevolum i reservoarområdet i løpet av fluidproduksjonen eller -injiseringen, og at - denne parameter blir benyttet sammen med det første og det andre datasett for å oppnå kartet over parameteren vedrørende volumendring i undergrunnssonen.

Oppfinnelsen er basert på innsikten oppnådd av søkeren i at observasjoner gjort i måleaksjoner for seismiske tidsforløp og i geodetiske måleaksjoner i visse synspunkter er komplementære og at synergiene kan bli optimalt utnyttet ved å behandle i fellesskap datasettene innhentet ved de to måleaksjoner.

Hvor et reservoar trykkes sammen beveger dets toppflate seg nedover og trekker de overliggende soner med seg. Dette trekk har to virkninger. Den første virkning er en forskyvning nedover av overdekningen tilkjennegitt som nedsynkning og deformasjon ved overflaten. Den andre er en vertikal forlengelse av overdekningen, som forårsaker endringer, typisk en økning i gangtider observert i tidsforløpsseismikk.

Videre blir noe forskjellige synspunkter på de geomekaniske forbindelser som styrer virkningene som en undergrunns volumendring har på overflatedeformasjon og undergrunns belastningsfordeling (som påvirker seismiske gangtider) undersøkt. Å behandle begge til samme tid kan redusere betydelig usikkerheter i den geomekaniske modell og øke robustheten av resultatene som blir oppnådd fra en inversjon. Videre har det blitt innsett at seismiske tidsforløpsdata og geodetiske data er følsomme for forskjellige horisontale lengdestørrelser av undergrunnsdeformasjon. Mens seismiske tidsforløpsdata er mest følsomme for korte lengdestørrelser av reservoarsammentrykking, er overflatedeformasjon mest følsom for store lengdestørrelser av reservoarsammentrykking. En ytterligere fordel av å behandle sammen er at mellomrom i hvilket som helst datasettene kan bli supplert med data fra det andre.

Ifølge oppfinnelsen blir en geomekanisk modell av undergrunnssonen antatt og brukt i behandlingen av det første datasett sammen med det andre datasett. Det har blitt funnet at selv en forholdsvis enkel geomekanisk modell kan gjøre tilgjengelig gode resultater, gitt den komplementære informasjon omfattet av begge datasett. Som et ytterligere resultat av behandlingen i fellesskap kan en oppdatert geomekanisk modell bli oppnådd som er i overensstemmelse med både det første og det andre datasett.

Hensiktsmessigvis er den geomekaniske modell en lineær modell, i denne blir et lineært forhold mellom de geodetiske deformasjonsdata og den forutbestemte seismiske parameter på den ene side og parameteren vedrørende volumendring på den andre side antatt. Lineære modeller er fordelaktige og ved bruk av kjente inversjonsmetoder for slike modeller kan en arealrepresentasjon av undergrunns volumendringer bli oppnådd fra datasettene.

Hensiktsmessigvis blir i løpet av behandlingen av det første og det andre datasett en helhetlig sammentrykking, utvidelse, fluiduttømmings- eller fluidoppfyllingsparameter for reservoarregionen avgjort, og denne parameter blir sammenliknet med parameteren vedrørende en nettoendring av fluidvolum i fluidreservoaret i løpet av fluidproduksjonen. På denne måte kan den anslåtte volumendring og også den geomekaniske modell bli utført i overensstemmelse med alle tre datakilder.

Den forutbestemte, seismiske parameter er helst seismisk gangtid eller toveis gangtid.

De geodetiske deformasjonsdata omfatter helst minst én av: nedsynkning eller ikke-vertikal deformasjon av jordens overflate. Ikke-vertikal deformasjon kan for eksempel være lateral forskyvning eller helning. Ikke-vertikal forskyvning og i særdeleshet forskyvning i horisontalplanet er veldig følsom for undergrunns volumendringer og har flere fordeler over vertikal forskyvning eller nedsynkning.

I en spesiell anvendelse omfatter fremgangsmåten videre trinnet for å identifisere en forkastningssone eller lokalisert skjær på en svak grenseflate eller en bruddstruktur i undergrunnssonen ved å bruke kartet over parameteren vedrørende volumendring. Endringer av reservoarvolum kan foranledige slipp eller lokalisert skjær på svake grenseflater eller bruddstrukturer tett ved eller inne i reservoaret. Størrelsen av denne deformasjon er i stand til å forårsake svikt i brønn eller boreproblemer som hindrer brønner fra å nå deres målsetnings mål. Kunnskap om lokaliseringen og geometrien av disse soner så vel som mengden av akkumulert forkastning gjør tilgjengelig muligheter for å motvirke eller fjerne risikoen som brønner utsatt for denne fare ville møte. For eksempel kan fluidinjisering og produksjonshastigheter fra reservoaret bli endret for å unngå å samle mer deformasjon på noen struktur identifisert til å gi forkastning som svar på endringer av reservoarvolum. Nye brønner kan også planlegges for å unngå disse strukturer som gir forkastning.

Oppfinnelsen gjør videre tilgjengelig en fremgangsmåte for å produsere hydrokarboner fra en undergrunnssone, hvor undergrunnssonen blir undersøkt i overensstemmelse med oppfinnelsen.

Oppfinnelsen gjør også tilgjengelig et datamaskinprogramprodukt som angitt i krav 9, omfattende programkode som er opplastbart inn i et databehandlingssystem, hvor databehandlingssystemet ved å kjøre programkoden behandler første og andre datasett i fellesskap, for å oppnå et kart over en parameter vedrørende volumendring i undergrunnssonen ifølge fremgangsmåten i den foreliggende oppfinnelse, hvor det første datasett representerer en endring i en forutbestemt, seismisk parameter over en tidsperiode for flere punkter i undergrunnssonen, hvor det første datasettet blir utledet fra en kartlegging av seismiske tidsforløp av grunnsonen, som spenner over tidsperioden og hvor det andre datasett representerer geodetiske deformasjon over i hovedsak den samme tidsperiode ved flere lokaliseringer på jordoverflaten, dette andre datasett blir utledet fra en geodetisk måleaksjon som spenner over tidsperioden -karakterisert vedat databehandlingssystemet videre omfatter middel for å oppnå en parameter vedrørende en nettoendring av porevolum i reservoarområdet i løpet av fluidproduksjonen eller -injeksjonen, og - middel for å bruke denne parameter sammen med det første og det andre datasett for å oppnå et kart over parameteren vedrørende volumendring i undergrunnssonen.

Kort beskrivelse av tegningene

En utførelse av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet mer i detalj og under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 skjematisk viser en utførelse av et system for å innhente seismiske tidsforløpsdata og geodetiske data for den foreliggende oppfinnelse, Figur 2 viser resultater fra en modellberegning av vertikalforskyvninger på jordoverflaten og ved toppen og bunnen av et undergrunns reservoarområde under sammentrykking, som en funksjon av en størrelsesparameter S for reservoarområdet, Figur 3 viser et eksempel på et første datasett og et arealkart over seismiske tidsendringsmålinger, Figur 4 viser et eksempel på et andre datasett og et arealkart over geodetiske deformasjonsmålinger over det samme arealet som i figur 3, og Figur 5 viser et sammentrykkingskart oppnådd fra å behandle datasettene fra figur 3 og figur 4 i fellesskap.

Hvor de samme referansetegn blir benyttet i forskjellige figurer, refererer de til de samme eller liknende objekter.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Arealovervåking av reservoarsammentrykking er mulig ved å bruke geofysiske målinger, slike som tidsforløpsseismikk eller overflatenedsynking. Disse to forskjellige mål av sammentrykking er komplementære. Hvor et reservoar trykkes sammen beveger dens øvre grenseflate seg nedover og trekker de overliggende soner med seg. Denne deformasjonen har to virkninger. Den første er en forskyvning nedover av overdekningen som til slutt viser seg som nedsynkning ved overflaten. Den andre er en vertikal forlengelse av overdekningen som viser seg som økede utbredelseshastigheter observert i tidsforløpsseismikk.

Figur 1 illustrerer skjematisk et eksempel på innhentingen av geodetiske og seismiske tidsforløpsdata i situasjonen av en offshore lokalisering. Undergrunnssonen 1 under jordoverflaten 3, som i dette eksempel er sjøbunnen 4, omfatter et hydrokarbonreservoar 8, fra dette blir hydrokarboner som olje og/eller naturgass produsert. For enkelhets skyld er brønnen som trenger gjennom sonen 1 og reservoarområdet 8 og som fluider blir produsert til overflaten gjennom ikke vist. De heltrukne linjer 3 og 8 indikerer jordoverflaten og reservoarområdet ved et første tidspunkt, slik som forut for starten av uttømming eller etter noen tid av uttømming av reservoarområdet. Etter uttømmingen eller ytterligere uttømming har volumet av reservoarområdet 8 minket ved et andre tidspunkt og det sammentrykte reservoarområde er indikert med referansetegn 8'. Jordoverflaten (sjøbunnen) har også sunket ned og blitt deformert som indikert med referansetegn 3' og 4'. Sammentrykkingen har en innflytelse på belastningsfordelingen i undergrunnssonen 1 og en spesiell virkning kan være belastningsbuesoner indikert ved referansetegn 12, hvor overdekningen 15 over reservoarområdet overfører deler av dens vekt gjennom sidedekningen 16 og 17 rundt reservoarområdet til underdekningen eller grunnlaget 18.

Seismiske tidsforløpsdata kan bli innhentet ved å utføre en seismisk måleaksjon ved det første og det andre tidspunkt, det vil si over tidsperioden representert ved disse tidspunkter. I offshoreeksempelet fra figur 1 kan dette bli gjort ved å aktivere en seismisk kilde 20 fra et skip 21, for eksempel en luftkanon, og å oppfange den seismiske bølge 23 etter dens refleksjon fra en grenseflate i undergrunnssonen ved én av flere seismiske mottakere 25 på eller over sjøbunnen. Mottakerne kan for eksempel være innrettet i en sjøbunnkabel, men de kan også bli tauet etter skipet 21. For enkelhets skyld er bare én seismisk bølgevei vist, hvor refleksjonen finner sted ved en grenseflate mellom reservoarområdet 8 og overdekningen 15. Seismiske bølger vil spre seg i andre retninger og refleksjoner ved forskjellige dybder i sonen 1 vil opptre, som blir registrert av flertallet av mottakere 25. Behandlingen av rådataene gir en seismisk representasjon av undergrunnen med typiske romlige koordinater i de horisontale retninger og en gangtid eller en toveis gangtid i dybderetningen, og fra måleaksjonen for tidsforløp kan en representasjon av endringer i for eksempel toveis gangtid for flere lokaliseringer i undergrunnssonen bli oppnådd.

Komplementære geodetiske deformasjonsdata over tidsperioden kan bli oppnådd for eksempel ved å plassere flere følere 27 på sjøbunnen 3, disse kan oppfange for eksempel trykk og/eller gravitet, fra dette kan dybde bli beregnet, horisontal (eller ikke-vertikal) deformering eller helning ved deres respektive lokaliseringer. Det vil bli forstått at også andre geodetiske fremgangsmåter kan bli benyttet for å oppnå datasettet, for eksempel bruk av sensorer eller sonarbilledbehandlingsutstyr båret av fjernstyrte fartøyer med presis posisjonering, fiberoptiske påkjenningsfølere forankret til jordoverflaten/sjøbunnen, en rekke av akustiske transpondere for å overvåke ikke-vertikal deformasjon, helningsfølere. I særdeleshet på land kan andre kjente geodetiske fremgangsmåter og utstyr bli benyttet, for eksempel for eksempel satellittbaserte målinger, slike som geodetisk bruk av globale posisjoneringssatellittsystemer (for eksempel GPS), laser avstandsmålinger til satellitter, syntetisk aperture radarinterferometri fra bane, men også mer tradisjonelle geodetiske teknikker, slike som nivellering, presisjons helningmålere og/eller gravitetsmålinger.

Ikke-vertikal deformasjon kan for eksempel være sideveis forskyvning eller helning. Ikke-vertikal forskyvning og i særdeleshet forskyvning i det horisontale plan er veldig følsom for undergrunns volumendringer og har mange fordeler sammenliknet med vertikal forskyvning eller nedsynkning. Direkte måling av forskyvningen ved følere på sjøbunnen er mye mindre påvirket av tidevannsvirkninger, bølger og temperaturvirkninger i hele vannsøylen. Stikk i mot hva man skulle tro er størrelsen av horisontale forskyvninger sammenliknbare med de vertikale forskyvninger. Faktisk kan komplementære signaturer av undergrunns volumendringer i forhold til de fra vertikale forskyvninger bli oppnådd fra horisontale forskyvninger. Fra overvåkingen av den ikke-vertikale forskyvning kan man gjøre antagelser om mange parametre om undergrunnssonen. Sammentrykkingen eller utvidelsen av området i undergrunnssonen kan bli studert direkte, uttømmingen eller opplagringen av fluider i forskjellige undergrunnsområder kan bli utledet, og hvis det er flere fluidfylte områder i undergrunnssonen kan fluidforbindelsen mellom dem bli studert. Videre kan sideveis kanter av områder som er under volumendring bli oppfanget og lokalisert.

Helst blir datasettene over tidsforløp og de geodetiske datasett innhentet ved det samme første og andre tidspunkt (hvor det er lett å se at et tidspunkt kan være en endelig periode som er nødvendig for å utføre en måleaksjon slik som en enkelt seismisk måleaksjon). Hvis tidssettingen ikke er identisk kan data bli interpolert eller ekstrapolert.

Referanse blir nå gjort til figur 2, for å illustrere synspunktet av komplementære lengdestørrelser prøvet ved henholdsvis geodetiske data og seismiske tidsforløpsdata. Figuren viser resultater fra en modellberegning av den vertikale forskyvning forårsaket av en enhets sammentrykking, la oss si en vertikal sammentrykking på 1 m av et blokkformet undergrunns reservoarområde i hovedsak som vist i figur 1. Figuren viser vertikal forskyvning Az for forskjellige posisjoner langs en vertikal linje gjennom sentret av reservoaret i avhengighet av en størrelsesparameter S, som er forholdet mellom sideveis størrelse av reservoarområdet og dybden under jordens overflate. Nedsynking svarer til negative verdier av Az. I modellberegningen har det blitt antall av underdekningen av reservoarområdet er stivt, det vil si at det er ingen bevegelse oppover av underdekningen, foranlediget av sammentrykkingen av reservoarområdet. Grenseflaten mellom reservoarområdet og underdekningen beveger seg derfor ikke vertikalt som man kan se av kurve 31, og sammentrykkingen fører til en senkning av grenseflaten mellom reservoarområdet og overdekningen med 1 m, se kurve 32. Kurve 33 avbilder senkingen av jordoverflaten. Avstanden 36 mellom kurve 31 og 33 representerer nedsynkingen av overflaten og avstanden 38 mellom kurve 32 og 33 representerer strekket i overdekningen som en følge av sammentrykking. Som man kan se fra figur 2 er for små verdier av størrelsesparameteren S, det vil si når den sideveis utstrekning av området under sammentrykking er lite sammenliknet med dets dybde, virkningen ikke lett å se i overflatenedsynkning, men gir opphav til betydelig overdekningspåkjenning, som fører til store virkninger på seismiske hastigheter og toveis gangtider. For store verdier av størrelsesparameteren er på den annen side overdekningen mye mindre påkjent og overflatedeformasjonen er forholdsvis mye mer tydelig.

I det følgende vil oppfinnelsen bli drøftet ut fra et synspunkt på et eksempel. Datasett for seismiske tidsforløp og for geodetisk deformasjon ble innhentet for oljefeltet Valhall, lokalisert i Nordsjøen. For dette felt er datasett for seismiske tidsforløp tilgjengelige fra gjentatt streamerseismikk og sonardata, som spenner over perioden fra 1992 til 2002, under denne tidsperiode ble hydrokarboner produsert fra feltet. Tidsendringene fra tidsforløpene under denne periode, som ble observert i overdekningen av det produserende reservoarområde øker generelt fra sjøbunnen til det øvre reservoar. Et arealkart over seismiske tidsendringer målt ved det øvre reservoarnivå er vist i figur 3. Disse datasett indikerer opptil 15 ms toveis gangtid i tillegg i den andre måleaksjon sammenliknet med den første ved det øvre reservoar, med et standardavvik på 0,5 ms. Deres arealfordeling vedrører mønsteret av drenering og sammentrykking innenfor feltet. Det maskerte, sentrale område betegner et område av en grunn gass-sky som hindrer eventuelle pålitelige målinger av seismisk (p-bølge) tidsendringer.

Sjøbunn (-overflate) nedsynkning ble kartlagt under den samme periode ved en kartlegging av sonar dybdemåling over Valhallfeltet i 1992 og igjen i 2001. Forskjellene mellom disse to målinger er vist i figur 4 og representerer det andre datasett. Man observerer opp til 2,5 m sjøbunn-nedsynkning i løpet av disse ni år. Den ubehandlede forskjellen mellom disse to måleaksjoner omfattet en tilsynelatende konstant fjernfeltnedtrykking på 0,56 m. Dette blir fjernet for å sikre null nedtrykking i gjennomsnitt.

Nå vil behandlingen av det første datasett sammen det andre bli drøftet.

Eventuell sammentrykking av reservoaret vil fremstille et karakteristisk mønster av sjøbunn-nedsynkning og tidsforløpstidsendringer. Målet med behandling er å avdekke fordelingen av reservoarsammentrykking som er i overensstemmelse med disse observasjoner. Dette blir også referert til som inversjon av dataene.

Kjernen i påkjenningsmodellen for et homogent isotropt, lineært elastisk halvrom kan bli benyttet for å beregne overflatenedsynkning og tidsendring for øvre reservoar, foranlediget av reservoarsammentrykking, denne modell blir for eksempel drøftet i J. Geertsma: "Land subsidence above compacting oil and gas reservoirs"

("Grunn-nedsynkning over olje- og gassreservoarer under sammentrykking") Journal of Petroleum Technology, 734-744, 1973. Denne modell har tidligere blitt brukt for å beregne overflatenedsynkning på grunn av reservoarsammentrykking, se for eksempel J. Geertsma: "A basic theory of subsidence due to reservoir compaction: The homogeneous case" ("En grunnleggende teori om nedsynkning på grunn av reservoarsammentrykking: Det homogene tilfelle") Verhandelingen Kon. Ned. Mijnbouwk. Gen., bd. 28, s. 43 - 62, 1973. For å behandle dataene vist i figur 3 og 4

ble en utvidet utgave av denne modell benyttet for å ta med i beregningen svak anisotropi. I inversjonshensikt representerer vi reservoaret som et sett av blokkformede påkjenningskjerner innrettet i et rettlinjet nett (engelsk: grid), hvor hver blokk spenner over hele tykkelsen av reservoarområdet, som er omfattet av det homogene, isotropiske, lineært elastiske halvrom. Det er bekreftet at vårt svakt anisotrope, homogene halvrom kan bli benyttet som en ekvivalent til en flerlagsmodell hvor undergrunnssonen er representert ved fire horisontale lag, hvert med ensartet stivhet og et Poissons forhold på 0,25, og stablet oppå et halvrom, og med reservoaret lokalisert innenfor det tredje laget nedover.

Vår ekvivalensmodell omfatter bare to uavhengige frihetsgrader: Poissons forhold og delta. Delta er én av de tre såkalte Thomsen-parametre brukt for å beskrive svak anisotropi. De andre to Thomsen-parametre er epsilon og gamma. Gamma har ingen virkning på deformasjonene som foranlediges av reservoarsammentrykkingen og virkningene av epsilon er ikke skjelnbare fra de av delta. Tilstedeværelsen av et stivt grunnlag direkte under reservoaret forårsaker steilere flanker av nedsynkningsprofilen ved horisontale avstander større enn halve bredden. Slik innehar vår ekvivalensmodell tre grader av frihet: Poissons forhold, delta og nærværet eller fraværet av et stivt grunnlag. Sammen gjengir disse grader av frihet adferden av et generelt lagdelt medium til innenfor 5 %. Hvis målefeil for overflatenedsynkning ikke er bedre enn 5 %, så er det ikke mulig å skjelne mellom en generell lagdelt modell og den foreslåtte, tre parameters, mekanisk likeverdige.

Alternativt kan hvilken som helst lineær modell for forholdet mellom en kjerne av påkjenning og deformasjonen foranlediget i det omgivende medium bli benyttet. Disse lineære modeller kan omfatte andre analytiske eller delvis analytiske løsninger eller enkeltløsninger oppnådd ved numeriske metoder, slike som endelig element beregninger.

Kjernen av påkjenningsformelverket muliggjør at forovermodellen blir uttrykt som en matrisemultiplikasjon,

Hvor c er vektoren med n reservoarblokkpåkjenninger og s er vektoren for m datapunkter for sjøburm-nedsynkning og øvre reservoartidsendringer. Øvre reservoartidsendringer kan bli beregnet fra den vertikale forskyvning av sjøbunnen og det øvre reservoar ifølge fremgangsmåten beskrevet i den overfor nevnte artikkel av P. Hatchell og S. Bourne: "The Leading Edge", desember 2005, s. 1222-1225. En parameter som kan bli tilpasset på denne måte er den seismiske koplingsparameter R for tidsendring til påkjenning.

Matriseelementene Gij (i = 1, ..., m og j = 1, ..., n) vedrører responsen ved den i-te observasjonslokalisering til volumendringen av den j-te undergrunns blokk, og representerer en utførelse av den benyttede geomekaniske modell. Den helhetlige respons ved en observasjonslokalisering er summen av responsene til alle de individuelle reservoarblokker. Fordi forovermodellen er lineær kan inversjonsproblemet bli løst ved å bruke fremgangsmåten med minste kvadrater, det vil si ved å minimere normen av rester.

Som løsning blir belastningssettene for de n reservoarblokker oppnådd, disse representerer et kart over en parameter vedrørende volumendring (sammentrykking) av reservoarområdet i undergrunnssonen. Avhengig av fordelingen av observasjoner kan dette problemet være dårlig definert. I dette tilfelle kan tilleggsbeskrankninger, slike som glatthet bli innført for å oppnå en løsning. Velkjente fremgangsmåter for å gjøre dette er singulærverdi dekomposisjon og regularisering.

Det ubehandlede datasett for nedsynkning omfatter målinger ved 25 000 diskrete lokaliseringer. De ubehandlede, data for tidsforløpstidsendring ved øvre reservoar omfatter 300 000 diskrete målinger. Mengden av data brukt for inversjon ble redusert ved å bruke en såkalt quadtree-representasjon av data brukt for inversjon til bare 1000 diskrete målinger av nedsynkning og 7000 tidsendringsmålinger for forskjellige lokaliseringer. Dette valg reflekterer simpelthen ønsket om å unngå lengre beregningstider ved dette punkt. I quadtree-representasjonen blir arealfordelingen av data nedbrutt til en hierarkisk struktur av kvadratiske celler, som hver representerer en konstant verdi, hvor størrelsen av cellene avhenger av den lokale varians av data. Ved å sette variansterskelen ifølge standard målefeil, reduserer denne prosess antallet av observasjoner betydelig, men ikke deres informasjonsinnhold.

Som en tredje informasjonskilde sørger analyse av produksjonshistorie for den helhetlige reduksjon i reservoarporevolum. For perioden 1992 - 2002 beskranker historietilpassede reservoarsimuleringer den helhetlige reduksjon over hele feltet i reservoarporevolum. Tilsvarende helhetlige sammentrykkingstall kan bli oppnådd fra inversjon av geodetiske og seismiske tidsendringsdata til sammentrykkingskart. Ved også å omfatte porevolumreduksjonstall oppnådd fra produksjonshistorien i den felles inversjon, kan man oppnå en enkelt modell av reservoarsammentrykking i overensstemmelse med alle tre uavhengige datakilder, innenfor datafeilen.

Løsninger oppnådd ved inversjon i fellesskap av disse data avhenger av mange faktorer. For det første avgjør en relativ vektingsfaktor omfattet for hver datakilde styrken av dens bidrag. Hvis vektingsfaktoren for én datakilde er for stor så vil alle fordeler av de andre bli tapt. Man kan unngå dette ved å velge vektinger ifølge standardmålefeilen for hver datakilde. For det andre kan man påvirke graden av glatthet oppnådd i løsningen ved å omfatte en vektingsfaktor for regularisering. Hvis denne vektingsfaktoren er for stor, så vil løsningen bli for glatt og slik feile å være tilpasset dataene. Hvis vektingsfaktoren er for liten så kan løsningen passe alle data, men svikte for ustabiliteter som fører til feilaktige detaljer med kort bølgelengde uten fysisk betydning. Man kan for eksempel velge vektingsfaktoren for regularisering for slik å velge den glatteste løsning som er i overensstemmelse med de tilgjengelige data.

For det tredje styrer hovedparametrene som beskriver det virksomme geomekaniske mediet det nøyaktige forhold mellom sammentrykking, nedsynking og tidsendringer. Istedenfor den anisotrope, homogene halvrom-modell med nærvær eller fravær av et stivt grunnlag direkte under reservoaret, slik som tidligere beskrevet her, kan likeledes andre modeller bli benyttet. Den anisotrope, homogene halvrom-modell kan bli behandlet analytisk, men i prinsippet kan numeriske modeller, slike som å bruke endelige elementberegninger også bli benyttet. Andre mer kompliserte og muligens mer komplette delvis analytiske eller numeriske modeller kan bli benyttet.

Et systematisk nettsøk over verdiområdet av fysiske verdier for det virksomme Poissons forhold, Thomsens svake anisotrope parameter delta, nærvær eller fravær av et stivt grunnlag og den seismiske koplingsparameter R for tidsendring til påkjenning utenfor reservoaret ble funnet å være vellykket til å finne et enkelt minimum i mistilpasningen for alle tre datakilder. Denne mistilpasning M er definert som

hvor r er root-mean-square av resten for en enkelt datakilde normalisert ved deres standardfeil og indeksene s, t og v henholdsvis viser til datakilder for nedsynkning, tidsendring og reservoarvolum.

For behandlingen av de forskjellige datasett i fellesskap ble de små forskjeller mellom innhentingstid fra måleaksjoner for seismiske tidsforløp og geodetiske måleaksjoner korrigert ved interpolering. Resultatet av behandlingen i fellesskap av de tre datasett i det foreliggende eksempel, ved å benytte et databehandlingssystem som kjører programkode fra et dataprogramprodukt er vist i figur 5, denne figur viser et kart over lokal vertikal sammentrykking av reservoarområdet. Fordi dette resultat er i overensstemmelse med alle tre datakilder, representerer det både virkningene i lange og korte størrelser, prøvet ved nedsynkningen og de seismiske tidsendringsmålinger, som er synlige i figur 3 og 4. Videre kunne den blinde flekk i tidsendringsdataene bli fylt. Sammenliknet med tidligere modelldrevne resultater realiserer denne datadrevne fremgangsmåte betydelig usikkerhetsreduksjon ved å utnytte den fulle nøyaktighet av alle data.

I den detaljerte beskrivelse ble situasjonen for et uttømmende reservoarområde under sammentrykking spesifikt drøftet for oppklarings skyld. Det vil imidlertid bli forstått at den foreliggende oppfinnelse er like anvendelig i tilfelle av en injisering av fluid eller faktisk i tilfelle av en temperaturendring av undergrunnssonen slik som under oppvarming av sonesområdet som fører til utvidelse. I dette tilfelle er det også mulig å bestemme et temperaturkart.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å undersøke en undergrunnssone under jordoverflaten, idet fremgangsmåten erkarakterisert vedå omfatte: - å innhente et første datasett som representerer endring i en forutbestemt seismisk parameter i løpet av en tidsperiode for flere punkter i undergrunnssonen, der dette første datasett blir utledet fra en kartlegging av tidsforløpsseismikk av grunnsonen som spenner over tidsperioden, - å innhente et andre datasett som representerer geodetisk deformasjon over i hovedsak den samme tidsperiode ved flere lokaliseringer på jordoverflaten, der dette andre datasett blir utledet fra en geodetisk måleaksjon som spenner over tidsperioden, - å behandle det første og det andre datasett i fellesskap for å oppnå et kart over en parameter vedrørende volumendring i undergrunnssonen, - å anta en geomekanisk modell av undergrunnssonen, der denne modell blir brukt til å behandle det første datasett og det andre datasett i fellesskap, - hvor undergrunnssonen omfatter et reservoarområde, og volumendringen finner sted i løpet av produksjon av fluid fra, eller injisering av et fluid inn i, fluidreservoaret, eller i løpet av modifiseringer av temperaturen av reservoarområdet, og - hvor kartet over en parameter vedrørende volumendring i undergrunnssonen er et kart over én av gruppen: sammentrykking, utvidelse, fluiduttømming, fluidoppfylling eller temperaturendring av reservoarområdet, -karakterisert vedat fremgangsmåten videre omfatter trinnet for å utlede en parameter vedrørende en nettoendring av porevolum i reservoarområdet i løpet av fluidproduksjonen eller -injeksjonen og - at denne parameter blir brukt sammen med det første og det andre datasett for å oppnå kartet over parameteren vedrørende volumendring i undergrunnssonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat som et ytterligere resultat av den felles behandling oppnås en oppdatert geomekanisk modell som er i overensstemmelse med det første og det andre datasett.

3. Fremgangsmåte ifølge minst ett av krav 1 til 2,karakterisert veda t den geomekaniske modell er en lineær modell, hvor et lineært forhold mellom de geodetiske deformasjonsdata og den forutbestemte seismiske parameter på den ene side, og parameteren vedrørende volumendring på den andre side, blir antatt.

4. Fremgangsmåte ifølge minst ett av krav 1 til 3,karakterisert vedat i løpet av behandlingen av det første og det andre datasett blir en helhetlig parameter for sammentrykking, utvidelse, fluiduttømming eller fluidoppfylling for reservoarområdet avgjort, og hvor denne parameter blir sammenliknet med parameteren vedrørende en nettoendring av fluidvolum i fluidreservoaret i løpet av fluidproduksj onen.

5. Fremgangsmåte ifølge minst ett av krav 1 til 4,karakterisert veda t den forutbestemte seismiske parameter er seismisk gangtid eller toveis gangtid.

6. Fremgangsmåte ifølge minst ett av krav 1 til 5,karakterisert vedat de geodetiske deformasjonsdata omfatter minst ett av: nedsynkning og ikke-vertikal deformasjon av jordoverflaten.

7. Fremgangsmåte ifølge minst ett av krav 1 til 6, viderekarakterisertved å omfatte trinnet for å identifisere en sone med forkastning eller lokalisert forskyvning på en svak grenseflate, eller i en feil strukturlukning i undergrunnssonen ved å bruke kartet over parameteren vedrørende volumendring.

8. Anvendelse av fremgangsmåten for å undersøke en undergrunnssone under jordoverflaten ifølge ett av kravene 1-7 i forbindelse med produksjon av hydrokarboner fra en undergrunnssone,karakterisert vedat undergrunnssonen blir undersøkt ved fremgangsmåten ifølge minst ett av krav 1 til 7.

9. Datamaskinprogramproduktkarakterisert vedå omfatte programkode som er opplastbar til et databehandlingssystem, hvor databehandlingssystemet ved å kjøre programkoden, behandler første datasett og andre datasett i fellesskap for å oppnå et kart over en parameter vedrørende volumendring i undergrunnssonen ifølge fremgangsmåten i henhold til ett av krav 1 til 7, hvor det første datasett representerer en endring i en forutbestemt seismisk parameter over en tidsperiode for flere punkter i undergrunnssonen, der dette første datasett blir utledet fra en kartlegging av grunnsonens tidsforløpsseismikk som spenner over tidsperioden, og hvor det andre datasett representerer geodetisk deformasjon over i hovedsak den samme tidsperiode ved flere lokaliseringer på jordoverflaten, der det andre datasett er uledet fra en geodetisk kartlegging som spenner over tidsperioden; -karakterisert vedat databehandlingssystemet videre omfatter middel for å oppnå en parameter vedrørende en nettoendring av porevolum i reservoarområdet i løpet av fluidproduksj onen eller -injeksjonen, og - middel for å bruke denne parameter sammen med det første og det andre datasett for å oppnå et kart over parameteren vedrørende volumendring i undergrunnssonen.