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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]
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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
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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
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tektonische Entwicklung
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
( )
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Finite Element Modell – Reservoir und Störungen
h dvorhandene Störungen
bald highbald high(Basement)
Oberer SarirSandstein(Reservoir) Mittlere Sarir
Fm(und älter)
A. Henk
( )
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Spannungsfeldprognose (rezent)
modellierte vs. gemessene σHmax Orientierung
A. Henk
Henk et al. (2010)
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Kluftprognose => zwei Systeme
modellierte vs. gemessene Kluftorientierungen
Henk et al. (2010)
A. Henk
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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