Simulación numérica de simetrías, configuraciones y geometrías 2D y 3D anisotrópicas : monitoreos electromagnéticos y su aplicación a reservorios no convencionales

Autor

Título

Simulación numérica de simetrías, configuraciones y geometrías 2D y 3D anisotrópicas : monitoreos electromagnéticos y su aplicación a reservorios no convencionales

Colaborador

Jacovkis, Pablo Miguel
D'Onofrio Enrique Mario

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2021

Extensión

149 p.

Resumen

La exploración y producción de reservorios no convencionales ha surgido como una oportunidad para satisfacer la demanda de hidrocarburos, acelerando así el desarrollo científico y tecnológico en varias áreas de las geociencias, en particular prospección geofísica, que contribuyen tanto al entendimiento del reservorio no convencional como a la caracterización de la geometría y evolución de fractura hidráulica. Los reservorios no convencionales se caracterizan por presentar (respecto de los convencionales) un alto grado de anisotropía, es decir la variación de sus propiedades físicas con la dirección considerada. Por otro lado, dentro de las tecnologías de seguimiento de la evolución de la fractura hidráulica, la tecnología microsísmica es una herramienta útil; sin embargo, debido a su bajo grado de sensibilidad al fluido en poro, no es del todo efectiva en la determinación del volumen de reservorio estimulado, cantidad importante para el evaluar la efectividad de la terminación del pozo y planificar el desarrollo del yacimiento. En estos dos aspectos, los métodos electromagnéticos pueden jugar un importante rol. El objetivo entonces es simular y estudiar la respuesta electromagnética generada al realizar operaciones de fractura hidráulica en un reservorio no convencional. Esto requiere por un lado estudiar su evolución dinámica y por otro lado estudiar el efecto de la anisotropía eléctrica en diferentes escenarios geológicamente plausibles antes, durante y después de la operación de fractura. Con este objetivo en mente, para obtener la solución aproximada de las ecuaciones de Maxwell se han construido simuladores 2D y 3D bajo un método de elementos finitos mixto en tiempo basado en elementos conformes de Nédélec para la discretización espacial y paso de tiempo leapfrog para la discretización en tiempo. Además, se provee un análisis de estabilidad numérica de dicho método numérico. Los resultados indican que la señal electromagnética, de largo período, está en el rango medible y las conclusiones se centran en el valor agregado de los métodos electromagnéticos a la determinación del volumen de reservorio estimulado y a la respuesta de cada campo eléctrico y magnético a cada escenario anisotrópico propuesto. En base a esta respuesta se define la sensibilidad de los campos a la configuración transmisor-receptor, la sensibilidad de los campos a la ubicación de los receptores y la sensibilidad de los campos al tipo de anisotropía o discriminación entre dos tipos de anisotropía. Finalmente, si bien se ha estudiado esta aplicación a reservorios hidrocarburíferos no convencionales, el análisis tiene aplicación a problemas de recuperación secundaria y a otro tipo de yacimientos caracterizados por la dinámica hidrogeológica de rocas anisotrópicas saturadas con salmueras como pueden ser los yacimientos de litio.
The exploration and production of unconventional reservoirs has emerged as an opportunity to satisfy the demand for hydrocarbons, thus accelerating scientific and technological developments in various areas of geosciences, in particular geophysical prospecting, which contributes to the understanding of the unconventional reservoir and to the characterization of the geometry and evolution of hydraulic fracturing. The unconventional reservoirs are characterized by presenting (with respect to conventional ones) a high degree of anisotropy, that is, the variation of their physical properties with the direction considered. On the other hand, within the technologies for monitoring the evolution of hydraulic fracturing, microseismic technology is a useful tool. However, due to its low degree of sensitivity to pore fluid, it is not very effective to determine the stimulated reservoir volume, which is an important quantity to evaluate the effectiveness of the completion of the well and plan the development of the reservoir. In these two aspects, the electromagnetic techniques might play an important role. The objective is to simulate and to study the electromagnetic response generated when performing hydraulic fracturing operations in an unconventional reservoir. This requires, on one hand, to study its dynamic evolution and, on the other hand, to study the effect of electrical anisotropy in different geologically plausible scenarios before, during and after the fracture operation. With this objective in mind, to obtain the approximate solution of Maxwell's equations, 2D and 3D simulators have been built under a time-mixed finite element method based on Nédélec conformal elements for spatial discretization and leapfrog time step for discretization in time. In addition, a numerical stability analysis of this numerical method is provided. The results indicate that the long-term electromagnetic signal is in the measurable range and the conclusions focus on the added value of electromagnetic methods to the determination of the stimulated reservoir volume and to the response of the different electric and magnetic fields to each anisotropic scenario. Based on this response, the sensitivity of the fields to the transmitter-receiver configuration, the sensitivity of the fields to the location of the receivers, and the sensitivity of the fields to the type of anisotropy or discrimination between two types of anisotropy are defined. Finally, although this application has been studied for unconventional hydrocarbon reservoirs, the analysis has application to waterflooding problems and to other types of reservoirs characterized by the hydrogeological dynamics of anisotropic rocks saturated with brines, such as lithium reservoirs.