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FKPE, 11. WorkshopHannover, 6. + 7. Oktober 2011Hannover, 6. 7. Oktober 2011
GeomechanischeLagerstättenmodelleLagerstättenmodelle –Methoden und PrognosepotentialMethoden und Prognosepotential
Andreas HenkI tit t fü G i h ft G l iInstitut für Geowissenschaften – Geologie Albert-Ludwigs-Universität [email protected]
Überblick
Praktische Bedeutung von tektonischen Spannungen und KluftnetzwerkenSpannungen und Kluftnetzwerken
Geomechanische Lagerstättenmodellet ti h d i h M d llistatische vs. dynamische Modellierungen
Workflow und Ausgabeparameter
Beispiel für Spannungsfeldprognosevertikale LithologieänderungenStörungenStörungen
Beispiel für KluftprognosePetrel® Projekt => Finite Element Modell
Fazit
A. Henk 22
Geomechanische Lagerstättenmodelle (1)
MotivationWerkzeug für die Prognose von tektonischen Spannungen undWerkzeug für die Prognose von tektonischen Spannungen und Kluftnetzwerken für spezifische Lagerstättenbedingungen
DimensionDimension3D im km-Maßstab => räumliche Auflösung 10er mSubmodelle (100er m – Maßstab) einzelner Störungsblocke noch feiner
methodischer Ansatznumerisches Modell => physikalische Basis
Integration aller relevanten strukturellen Datenmechanische GesteinseigenschaftenOrientierung und Magnitude der HauptnormalspannungenKlüfte (Orientierung, Typ, Apertur, Kluftdichte, etc.)tektonische Entwicklung
A. Henk 33
tektonische Entwicklung
Numerisches Verfahren
Finite Element Methode (FEM)inhomogene Materialverteilung in 2D und 3Dinhomogene Materialverteilung in 2D und 3Dkomplexe Modellgeometrien und nicht-
lineare Materialgesetze möglichmechanische / thermomechanischemechanische / thermomechanische BerechnungenDefinition prä-existierender Störungen d h K t kt l t > E it ddurch Kontaktelemente => Erweiterung des klassischen Kontinuumsansatzes
A. Henk 4
Modellierungsansätze
Statische Modellierungen => Spannungsfeldrezentes regionales Spannungsfeldrezentes regionales Spannungsfeldrezente Lagerstättengeometrie
rezentes lokales Spannungsfeld in der Lagerstätte, insb. Perturbationen im Umfeld von StörungenPerturbationen im Umfeld von StörungenBewegungscharakter des vorhandenen Kluft- und Störungssystems
Dynamische Modellierungen => KluftnetzwerkeDynamische Modellierungen => KluftnetzwerkePaläospannungsfelderund / oderVeränderungen in der Lagerstättengeometrie
Bildung des KluftnetzwerkesReaktivierung vs NeuanlageReaktivierung vs. Neuanlage
Vorwärtsmodellierung schrittweise (z.B. aus geometrischen Bilanzierungen) k ti i li h
A. Henk 5
kontinuierlich
Allgemeiner Ablauf einer geomech. Modellierung
E I N G A B E D A T E N
K A L I B R I E R U N G S D A T E Ngemessene Spannungen und Klüfte
E I N G A B E D A T E NReservoirgeometrie
Störungen und lithologische Grenzen
Materialparametermechanische Eigenschaften
lokale Spannungsmessungen (Orientierung, Magnitude)
Kluftdaten aus Kernen und/oder UBI/FMI/FMS Logs
rezente regionaleSpannungsfeld
Randbedingungen
Störungskarten
Tiefenlinienpläne
Petrel® Projekt
für jede LithologieElastizitätsmodul,
QuerdehnungszahlKohäsion, interner Reibungswinkel
fü j d Stö
Modell-validierung
Befriedigende Übereinstim-mung zwischen Modell
nein ja
vertikale Spannung(lithostatische Auflast)
Orientierung undMagnitude von σHmax
für jede StörungKohäsion, interner Reibungswinkel
und Realität?Orientierung undMagnitude von σhmin
G E O M E C H A N I S C H E S M O D E L L numerische Simulation mit Finite Element Methoden
berechnete Spannungen
und
E R G E B N I SOrientierung und Magnitu-de der Hauptspannungen
Diskretisierung, Zuweisung von Materialparametern und Randbedingungen, Gleichungslösung
und Klüfte slip and dilation tendency
Verformungen
VerschiebungenTransfer zu Petrel® Project
A. Henk
xyz Koordinaten und Attribute
Ergebnisse eines geomechanischen Modells
in Abhängigkeit von der Modellauflösung für jeden Lagerstättenbereich (ggf. auch zeitliche Entwicklung)g (gg g)
VerschiebungenSpannungen (3D Spannungstensor)DeformationDeformation
BerechnungsgrößeOrientierung der Haupt-
AnwendungenBohrlochstabilität, Frac-Orientierung der Haupt
spannungen
Orientierung und Magnitude
o oc stab tät, acAusbreitung
Klufttyp und –orientierungder (Paläo-) Hauptspannungen
Spannung und Deformation relative Kluftdichte
Normal- und Scherspannungen
„slip and dilation tendency“ => hydraulische Eigenschaften
A. Henk 7
Spannungsfeldprognose (3)
lokale Änderungen in Orientierung und Magnitude an Störungenlokale Wechsel im tektonischen Regimelokale Wechsel im tektonischen Regimeσv ≈ σHmax > σhmin (Abschiebungs- vs. Blattverschiebungsregime)
Beispiel (Detail aus 3D Modell) p ( )
[MPa]1.5 km
Aufsicht
Magnitude von σHmaxOrientierung von σHmax
1.5 km
Aufsicht
A. Henk 88
Spannungsfeldprognose (4)
lokale Änderungen in Orientierung und Magnitude an Störungenlokale Wechsel im tektonischen Regimelokale Wechsel im tektonischen Regimeσv ≈ σHmax > σhmin (Abschiebungs- vs. Blattverschiebungsregime)
Beispiel (Detail aus 3D Modell) p ( )Orientierung von σ1 und σ2
1.5 km
Aufsicht[MPa]
1.5 km
Aufsicht
Magnitude von σHmax
A. Henk 99
Spannungsfeldprognose (5)
lokale Änderungen in Orientierung und Magnitude an Störungenlokale Wechsel im tektonischen Regimelokale Wechsel im tektonischen Regimeσv ≈ σHmax > σhmin (Abschiebungs- vs. Blattverschiebungsregime)
Beispiel (Detail aus 3D Modell) p ( )Orientierung von σ1 und σ2 / Tektonisches Regime
1.5 km
Aufsicht[MPa]
1.5 km
Aufsicht
Magnitude von σHmax
Abschiebungsregime
A. Henk 1010
Spannungsfeld- undKluftprognose
EingabedatenPetrel® Projekt mitPetrel Projekt mitStörungen und lithostrati-graphischeng pGrenzflächenMaterialeigen-schaftenschaftenregionalesSpannungsfeld(b c )(b.c.)
KalibrierungsdatenσHmax Orientierung
B h l h daus Bohrlochrand-ausbrüchenKlüfte aus FMI
A. Henk
Logs
Finite Element Modell
Mächtigkeit 955 m
lith t ti h A fl t
Maragh Fm (und jünger)
lithostatische AuflastGravitation
bald highbald high(Basement)
Oberer SarirSandstein(Reservoir) Mittlere Sarir
Fm(und älter)
A. Henk
( )
Finite Element Modell – Reservoir und Störungen
h dvorhandene Störungen
bald highbald high(Basement)
Oberer SarirSandstein(Reservoir) Mittlere Sarir
Fm(und älter)
A. Henk
( )
Spannungsfeldprognose (rezent)
modellierte vs. gemessene σHmax Orientierung
A. Henk
Henk et al. (2010)
Kluftprognose => zwei Systeme
modellierte vs. gemessene Kluftorientierungen
Henk et al. (2010)
A. Henk
Fazit
Geomechanische Lagerstättenmodellerobustes numerisches Werkzeugrobustes numerisches WerkzeugEinbeziehung komplexer Lagerstättengeometrien und Lithologieverteilungen möglich
lagerstättenspezifische Eingabe- und Kalibierungsdatenerforderlich
h i h P t fü Lith l i d Stögeomechanische Parameter für Lithologien und Störungenin situ Spannungsmessungen
Prognosepotentialrezentes Spannungsfeld => lokale PerturbationenPaläospannungsfelder => Kluftnetzwerkea äospa u gs e de u e e e
Nutzenvielfältige Anwendungen von Bohrlochstabilität bis Flow Simulation
A. Henk 16
vielfältige Anwendungen von Bohrlochstabilität bis Flow Simulation