basin&and&petroleum&system&modeling&for& piceance&basin ... ·...

26
Basin and Petroleum System Modeling for Piceance Basin and Uncertainty Quan8fica8on Basin and Petroleum System Modeling Group 5 th Annual Affiliates Mee:ng November 28, 2012 hCp://bpsm.stanford.edu Yao Tong 1 , Tapan Mukerji 1 , Allegra Hosford Scheirer 1 , Paul Weimer 2 , Stephen Cumella 3 , Kenneth Peters 4 1. Stanford University, 2. University of Colorado Boulder, 3. Endeavour Interna8onal Corpora8on, 4. Schlumberger Informa8on Solu8ons

Upload: hakien

Post on 29-Jul-2018

224 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Basin  and  Petroleum  System  Modeling  for  Piceance  Basin  and  Uncertainty  Quan8fica8on  

Basin  and  Petroleum  System  Modeling  Group  5th  Annual  Affiliates  Mee:ng  

November  28,  2012  hCp://bpsm.stanford.edu  

 

Yao  Tong1,  Tapan  Mukerji1,  Allegra  Hosford  Scheirer1,  Paul  Weimer2,  Stephen  Cumella3,  Kenneth  Peters4  1.  Stanford  University,  2.  University  of  Colorado  Boulder,  

3.  Endeavour  Interna8onal  Corpora8on,  4.  Schlumberger  Informa8on  Solu8ons  

Outline  

•  Project  Overview  •  Piceance  Basin  Background  and  Basin  Centered  Gas  Accumula:on  (BCGA)  

•  Current  1-­‐D  model  study    •  Progress  on  3-­‐D  modeling  •  Uncertainty  quan:fica:on  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   2  

Project  Overview  

•  Phase  1:  Construct  1D  and  3D    basin  models  for  Piceance  Basin  to  beCer  understanding  of  basin-­‐centered  gas  accumula:ons  in  Piceance  Basin  

•  Phase  2:  Study  and  test  the  sensi:vi:es  and  quan:fy  the  uncertain:es  in  basin  modeling  study  

•  Explore  new  modules  in  PetroMod  soXware  

 Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   3  

Piceance  Basin  Background  

Loca8on  •  The  Piceance  Basin  is  a  large  structural  basin  in  northwestern  Colorado  formed  during  the  Late  

Cretaceous  through  Eocene.    •  It  covers  an  area  of  approximately  15,500  km2  

Basin  Structure  •  The  basin  is  bounded  by  the  Axial  Basin  arch  to  the  north,  White  River  upliU  to  the  east,  Sawatch  

upliU  to  the  southeast,  Uncompahgre  upliU  to  the  southwest,  Douglas  Creek  arch  to  the  west    •  Highly  asymmetric,  steep  flank  on  the  east,  gently  dipping  flanks  on  the  west  and  southwest  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   4  

Leibovitz  (2010)    

Stra:graphy  of  Piceance  Basin      

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   5  

•  Generalized  stra8graphic  column  showing  the  reservoir  rocks  that  contain  significant  amounts  of  oil  and  gas    

•  4  major  total  petroleum  systems  contribu8ng  hydrocarbons  to  the  Piceance  Basin:  §  Phosphoria  §  Mancos-­‐Mowry  §  Mesaverde  §  Green  River  

(USGS  Report  ,  2002)    

Mesaverde  

Basin  Produc:on  history  and    Basin  Centered  Gas  Accumula:on  (BCGA)  

•  Produc8on  began  :  1931    •  Williams  Fork  Forma8on  

(Cretaceous  Mesaverde  Group)  is  a  major  contributor  of  the  in-­‐place  hydrocarbon  gas  

•  38  fields  have  been  discovered  and  produce  petroleum,  21  fields  produce  par8ally  or  completely  from  the  basin  centered  gas  accumula8ons  (BCGA)  

•  BCGA  characterized  by:  •  gas-­‐prone  source  rocks,    •  low  permeability  reservoirs,    •  lack  of  down-­‐dip  water  contacts  •  con8nuously  saturated  gas  

interval  in  the  deeper  part  of  the  basin.  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   6  

Map  showing  the  loca8on  of  major  oil  and  gas  fields  in  the  Piceance  Basin.  Leibovitz  (2010)    

Study  Objec:ves  Ø  Phase  1:  1-­‐D  and  3-­‐D  basin  modeling  •  Construct  1D  model  and  study  the  Mesaverde  Petroleum  System  with  exis8ng  

source  rock  gas  genera8on  and  calibrate  with  previous  study  •  Construct  3D  model  and  explored  other  source  rock,  inves8gate  contribu8ons  of  

other  gas  source  intervals  to  the  BCGA  

Ø  Phase  2:  Sensi8vity  Analysis  –  What  are  the  impacts  of  uncertain8es  in  the  input  data  on  the  model?  –  What  is  the  probability  of  extreme  scenarios?  –  How  sensi8ve  are  the  rela8ons  between  parameter  varia8ons  and  the  

resul8ng  output  varia8on?  –  What  are  the  impacts  of  spa8al  uncertain8es  in  lithologies  and  rock  

proper8es  on  the  model?  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   7  

Current  1D  Model  

•  Well  Loca8on  :  Our  first  1D  model  is  built  at  the  loca8on  of  Mobil  Oil  T-­‐52-­‐19-­‐G,  located  in  the  structural  trough  of  the  Piceance  Basin.  This  well  is  located  where  the  Cameo  Coal  source  rock  is  buried  deepest  in  the  basin.    

•  Modeling  constructed  by  the  latest  PetroMod  2012.1  version  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   8  

1D  Model  Input  •  Burial  and  erosion  history  data  are  from  USGS  Uinta-­‐  Piceance  

Assessment  Team,  2003.    •  Source  rock  proper8es:    

– We  use  Cameo  Coal  as  the  source  rock  to  compare  with  previous  published  study  results  (Zhang  et  al.,  2008).    

–  Kine:c  model  is  D/E  Type  III  of  Pepper  and  Corvi  (1995).  (Other  possible  kine:c  models  will  be  inves:gated  in  the  future)  

–   TOC  is  50%  and  HI  is  150  mg  HC/gTOC    •  Boundary  Condi8on    

–  Paleowater  depth  informa:on  are  from  Mowry  Shale    –  Sediment-­‐water  interface  temperature  is  obtained  using  the  Auto  SWIT  tool  in  PetroMod    

–  Constant  heat  flow  of  60  mW/m2  is  used.    

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   9  

1D  Model  Results  

•  Reconstruc8on  of  the  burial  history  and  temperature  evolu8on    

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   10  

Cameo  Coal  

•  The  vitrinite  reflectance  data  matches  the  Ro  data  (‘+’)  from  previous  published  experiment  results  (Zhang  et  al.,  2008).    

1D  Model  Results  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   11  

Depth  (U)  

   1D  Model  Results  

•  Simula8on  results  indicate  that  the  Cameo  Coal  started  to  generate  gas  about  48  Ma  and  con8nued  un8l  about  10Ma,  when  a  major  episode  of  upliU  began  

•  Thermal  history  shows  that  temperature  dropping  resulted  from  upliUing  and  erosion  started  from  10  Ma    

•  Gas  genera8on  rate  affected  by  thermal  history.  Note  that  a  rapid  decrease  of  the  gas  genera8on  rate  occurred  when  temperature  decrease  from  10  Ma.    

Time  (Ma)  

 Tem

perature  (d

egC)  

Time  (Ma)  Gas  Gen

era8

on  

Rate  

1D  model  limita:on  

•   A  1D  model  might  quan:ta:vely  model  the  hydrocarbon  charge  at  a  certain  loca:on  within  basin  but  it  lacks  the  capability  to  capture  the  evolu:on  in  lateral  direc:ons  and  thus  3D  model  is  required  for  regional  study  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   13  

3-­‐D  Modeling  Progress  •  Started  with  crea8ng  surfaces  for  3-­‐D  

modeling  (combine  seismic  and  well  informa8on)    

•  Time  to  depth  conversion  for  6  layers  §  5  wells  around  the  basin  for  velocity  

control  §  6  8me  maps  converted  to  Depth  map  

v  Basement  surface  v  Mississippian  Leadville  Limestone    v  Pennsylvanian  Maroon  Forma8on  v  Cretaceous  Dakota  Sandstone  Forma8on    v  Cameo  Coal  Forma8on  v  Late  Cretaceous  Mesaverde  Forma8on  

§  Petra  Database  with  231  well  forma8on  tops  informa8on  

 

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   14  

Mesaverde

Dakota

Cameo

Maroon

Leadville

Basement

Velocity  informa:on    

5  wells  around  the  basin  for  velocity  control  

1  McDaniel    #1-­‐11  2  #1  Rulison  Deep  3  #1-­‐27  Arco  Deep  4  Whi8ng  Boies  5  Fed  BCU  34-­‐8-­‐198  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   15  

Time  to  Depth  Conversion  •  6  TWTT  Maps  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   16  

Time  to  Depth  Conversion  •  6  Forma:on  Tops  obtained  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   17  

Well  Database    

Piceance  Basin  Mesaverde  Outcrop  (shaded  green  area)    Petra  Wells  database:  -­‐  231  wells  with  forma8on  tops  

informa8on    -­‐  Great  resources  for  stra8graphy  

control      

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   18  

Uncertainty  Quan:fica:on  Uncertainty  Quan8fica8on:  Basin  and  petroleum  system  modeling  covers  large  spa8al  and  temporal  intervals.  Many  of  the  input  parameters  are  highly  uncertain  and  needed  further  inves8ga8on  •  What  are  the  impacts  of  uncertain:es  in  the  input  data  on  the  model?  •  What  is  the  probability  of  extreme  scenarios?  •  How  sensi:ve  are  the  rela:ons  between  parameter  varia:ons  and  the  resul:ng  output  

varia:on?  •  What  are  the  impacts  of  spa:al  uncertain:es  in  lithologies  and  rock  proper:es  on  the  

model?  

Global  Sensi8vity  Analysis  Method  recently  developed  by  SCRF(Stanford  Center  for  Reservoir  Forecas8ng):  •  Generate  mul:ple  models  and  obtain  model  response  •  Cluster  models  into  different  classes  in  MDS  space  (lower  dimension  space)    •  Conduct  sensi:vity  analysis  and  iden:fy  significant  parameters/interac:ons  between  

parameters  which  impact  the  model  response  most      Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   19  

Summary  and  Future  Work  Ø  Phase  1:  1-­‐D  and  3-­‐D  basin  modeling  •  Construct  1D  model  and  study  the  Mesaverde  Petroleum  System  with  exis8ng  

source  rock  gas  genera8on  and  calibrate  with  previous  study    •  (Poster  on  AAPG  Rocky  Mountain  Sec8on,  Sep  9-­‐12,  2012)  •  Construct  3D  model  and  explored  other  source  rock  inves8gate  contribu8ons  of  

three  gas  source  intervals  to  the  BCGA:  –  Cameo  coals  in  the  Lower  Williams  Fork  –  Niobrara  shale    –  Castlegate  condensed  sec8on  in  the  Mancos  Shale    

Ø  Phase  2:  Global  Sensi8vity  Analysis  apply  on  Basin  Modeling  –  Iden8fy  model  response  –  Study  both  con8nuous  and  categorical  parameters  impact    

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   20  

Acknowledgement  

Backup  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   22  

3  source  rocks  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   23  

Cameo  Coal  

Castlegate  condensed  sec8on  

Niobrara  Shale  

Piceance  Basin  Stra:graphy  

•  The  stra8graphic  sequence  in  the  basin  (above  figure)  includes  :  •  (1)  the  Upper  Cretaceous  Mancos  Shale  ,  Mesaverde  Group  composed  the  Iles  and  Williams  Fork  forma8on  •  (2)  the  Ter8ary  Wasatch  (Paleocene–Eocene),  Green  River  (Eocene),  and  Uinta  forma8ons  (Eocene)  •  The  (1)  Upper  Cretaceous  is  the  thickest  sec8on,  more  than  3000  m  (10,000  U)    •  Source  rock:  Cameo  coal  and  Carbonaceous  Shale  in  the  lower  part  of  Williams  Fork  Forma8on  

An east–west cross section of the central part of Piceance basin showing the stratigraphy

24

Mesaverde  TPS  

•  Natural  gas  accumula:ons  generated  primarily  from  coal  and  carbonaceous  shales  in  the  Upper  Cretaceous  Mesaverde  Forma:on  or  Group    

•  Much  of  the  gas  expelled  from  Mesaverde  coal  and  carbonaceous  shale  units  migrated  into  low-­‐permeability  sandstone  beds  in  the  Mesaverde  Petroleum  System.  resul:ng  in  basin-­‐centered  gas  accumula:ons  in  both  basins.  

Uncertainty  Quan:fica:on  

•  Models  in  MDS  Space  

Nov-­‐28-­‐2012   2012  BPSM   26