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 Freiburghenk@uni-freiburg.de

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