Exploitation de la micro-sismique pour le monitoring de la fracturation Etude de faisabilité

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1 المعهد الجزاي ري للبترول INSTITUT ALGERIEN DU PETROLE JOURNEES D ETUDES TIGHT & SHALE RESERVOIRS Septembre 2013 Sheraton, Alger Exploitation de la micro-sismique pour le monitoring de la fracturation Etude de faisabilité PRÉSENTATRICE : Mme Mahdia IDDIR SADI ORGANISME : Sonatrach-Division PED

2 SOMMAIRE : Introduction Domaines d'application Micro sismique dans la fracturation hydraulique Microsismique/ Mise en œuvre Acquisition downhole/ Mise en œuvre Acquisition downhole/ traitement Traitement/ interprétation Exploitation des résultats Limitations Microsismique en Algérie Exemple d étude. Puits OMKZ202 Conclusions 2

3 Introduction : La micro-sismicité consiste à enregistrer et analyser l ensemble des ondes microsismiques induites dans le sol pour étudier et caractériser le comportement dynamique des roches Techniques et concepts exploités depuis les années 40 Monitoring micro sismique commercialisé depuis les années 2000

4 SOMMAIRE : Introduction Domaines d'application Micro sismique dans la fracturation hydraulique Microsismique/ Mise en œuvre Acquisition downhole/ Mise en œuvre Acquisition downhole/ traitement Traitement/ interprétation Exploitation des résultats Limitations Microsismique en Algérie Exemple d étude. Puits OMKZ202 Conclusions

5 Domaines d'application : Surveillance d effondrements (ex surveillance OKN32.SH en collaboration avec Baker Hughes-Magnitude) Suivi de l intégrité du stockage souterrain de gaz (ex CO2) Détection des réajustements structuraux Détection et cartographie de fracturation induite

7 Micro sismique dans la fracturation hydraulique : La frac est rapidement devenue une technique efficace de stimulation Perfectionnement continu de la technique: Equipement Design, fluide et proppant Large domaine d application Modèles de stimulation Mais

8 Micro sismique dans la fracturation hydraulique : Reste à contrôler et/ou caractériser la fracturation hydraulique Géométrie Hauteur Longueur Largeur Azimuth

9 Micro sismique dans la fracturation hydraulique : Contrôle de la Propagation/ Confinement de la fracturation Variabilité de la propagation Confinement (ex. Eagle Ford) (limités par des carbonates) Exemple: Eagle Ford Upward growth (ex. Marcellus) (Argile en continu) Failles Exemple: Marcellus DUG Conference, 2010, Rosetta 900 ft SPE ,Curry et al, 2010

10 Micro sismique dans la fracturation hydraulique : Micro-sismique Monitoring de la frac

11 Micro sismique dans la fracturation hydraulique : Principe Injection hydraulique Micro séisme

12 Micro sismique dans la fracturation hydraulique : Principe La micro sismicité générée pendant la fracturation hydraulique est causée par la modification de la pression et des contraintes in situ qui accompagnent la farc Technologie adaptée au monitoring des fractures NATURAL FRACTURES

13 Micro sismique dans la fracturation hydraulique : Objectifs Evaluer la performance du plan de frac La stimulation cible la zone d intérêt? Contrôle de la propagation de la frac Existence d interférence entre niveau de frac? Intercepter une faille? Modifier le design pour le prochain niveau de frac? 5

14 Micro sismique dans la fracturation hydraulique : Objectifs Amélioration de la performance du développement Forer un horizontal ou un vertical? Emplacement et azimuth des nouveaux forages? nombre de niveaux de frac? 5

16 Micro sismique / Mise en oeuvre Deux variantes principales: Un puits d émission et un puits d écoute un puits d émission et un dispositif d écoute en surface

17 Micro sismique / Mise en oeuvre Puits d émission Puits d écoute Disance d observation Enregistrement Généralement 12-3C 10M

18 Micro sismique / Mise en oeuvre Dispositif d écoute en surface

19 Micro sismique / Mise en oeuvre Dispositif d écoute enterré

20 Micro sismique / Mise en oeuvre Acquisition Downhole Monitoring optimale au voisinage du puits d écoute Bonne détection des larges et petits événements microsismiques Erreur proportionnelle à la distance au puits d écoute Acquisition en surface Distribution azimutale de la zone optimale de monitoring (Distribution azimutale du dispositif d écoute) Très bonne détection pour les larges événements microsismiques L erreur est faible pour les larges événement avec un bon rapport S/B Combinaison

21 Micro sismique / Mise en oeuvre Déc 2008-Headington Oil Company LLC and XTO Energy avec The Bakken Research Consortium, dans le nord du Dakota: Un puits d écoute Un dispositif de surface 2 dispositifs enterrées

23 Acquisition downhole/ Mise en oeuvre Dispositif de frac Dispositif de monitoring Suivi en temps réel

24 Acquisition downhole/ Mise en oeuvre Diversité des situations de frac

25 Acquisition downhole/ Mise en oeuvre 2- Génération de fractures 1- Injection de fluide 3- Enregistrement d ondes micro-sismiques

26 Acquisition downhole/ Mise en oeuvre -Distance de séparation dépend: de la magnitude (intensité de la frac, type de formation) de l atténuation (propriétés de formation) du bruit ambiant (état du puits d écoute, activités sur le champs ) Granites >>1500m Shales m Sandstones m Carbonates m Uncosolidates sands < 100m

27 Acquisition downhole/ Mise en oeuvre Récepteurs Emplacement des géophones MICROSEISMES Récepteurs RESERVOIR FRACTURE

29 Acquisition downhole/ traitement Trace stack L Q T Arrivée P Arrivée S

30 Acquisition downhole/ traitement Modèle de vitesses

31 Acquisition downhole/ traitement La perforation ou des string shots sont exploitée pour la calibration du modèle de vitesses

33 Traitement/ interprétation GR Velocity (m/sec) 0 30 GR oustic Velocity Acoustic Velocity Depth Vs Vp V-f TVD (m) 1500 TVD Depth 1500 TVD Depth Séparation P et S Calibration de la vitesses Caractérisation des fractures

34 Traitement/ interprétation Distance liée à la séparation PS Profondeur liée au moveout

35 Traitement/ interprétation Exemple- Modélisation

36 Traitement/ interprétation Exemple- Hodogram

37 Traitement/ interprétation Concepts déjà utilisés pour d autres applications Diversité des algorithmes Migration

38 Traitement/ interprétation Concepts déjà utilisés pour d autres applications Diversité des algorithmes Exemple: Différents types de migration proposées par Baker Hughes

40 Exploitation des résultats Résultats Pour chaque niveau de frac, Estimer: Le volume stimulé La géométrie des fractures L azimuth Tenter de caractériser Mécanisme au foyer Réseau de fracture Evénements Mécanisme au foyer

41 Exploitation des résultats SPE SPE Complexité géométrique des fractures

42 Exploitation des résultats Exploitation Exemple- Optimisation du FDP Sept 2001 Optimisation du well spacing

43 Exploitation des résultats South-North (ft) N42 E N42 E N42 E Depth (ft) West-East (ft) Distance Along Wellbore (ft) Opportunité re-frac

44 Exploitation des résultats Calibration du modèle de fracture

45 Exploitation des résultats Calibration du modèle de fracture

46 Exploitation des résultats SPE Calibration du modèle de fracture

47 Exploitation des résultats Confirmation, suivi et ajustement en temps réel du modèle de fracturation Possibilité de changement du plan de frac en fonction de la réponse du terrain Habilité à raffiner le nombre de stages de frac et de clusters pour la perforation

48 Exploitation des résultats Optimisation du cout et de la mise en œuvre de l'opération de frac Validation du succès de la frac multizones Optimisation du FDP en optimisant l'emplacement et l'espacement des puits

50 Limitations Difficulté de trouver un puits d écoute Distance limitée entre les deux puits Sensibilité au bruit ambiant Atténuation des ondes sismiques Limitations physiques des récepteurs (température, pression)

52 Microsismique en Algérie Mars 2011/ Sonatrach a réalisé avec le partenaire Schlumberger le monitoring sismique de la fracturation du puits OMKZ202 (Hassi Messaoud), effectuée en 3 stages. Mars 2012/ Sonatrach-FCP a réalisé avec le partenaire Baker Hughes le monitoring sismique de la fracturation du puits MZLS3 (Berkine), efféctuée en 2 stages

54 Exemple d étude. Puits OMKZ202: Sonatrach et Schlumberger OMKZ202 OMKZ212 Niveau 3 Niveau 2 Niveau 1

55 Exemple d étude. Puits OMKZ212: Sonatrach et Schlumberger Shots multi azimuth Isolation du puits d écoute

56 Exemple d étude. Puits OMKZ212: Sonatrach et Schlumberger Géométrie des fractures en temps réel

57 Exemple d étude. Puits OMKZ212: Sonatrach et Schlumberger Distance (m) Intense activité Evénements enregistrés par la micro sismiques

58 Exemple d étude. Puits OMKZ212: Sonatrach et Schlumberger Description Niveau1 Niveau 2 Niveau3 Top TVDss (m) Base TVDss (m) Azimuth Longeur totale (m) Hauteur (m) Largeur (m) Longeur-NE projection (m) Longeur- SW projection (m) N57.8 E N55.6 E N58.7 E Géométrie des fractures

59 Exemple d étude. Puits OMKZ212: Sonatrach et Schlumberger Azimuth des fractures Niveau1 Niveau2 Niveau3

61 Conclusions La microsismique est un outil qui permet le contrôle de la fracturation hydraulique et optimise sa performance La microsismique permet de quantifier l étude de la géométrie et de la distribution de la fracturation hydraulique L Optimisation de la fracturation hydraulique en face de réservoirs argileux est le fruit de plusieurs disciplines intégrées :

62 Conclusions Sismique acquise en Wide Azimuth, Inversion sismique Prestack, Modèle Géomécanique, Microseismic Monitoring