Experimental and theoretical studies for reservoir rocks at different frequency bands

par Hanjun Yin

Projet de thèse en Sciences de la Terre et de l'environnement

Sous la direction de Yves Gueguen et de Jérôme Fortin.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres en cotutelle avec China University of Petroleum - Beijing , dans le cadre de Sciences de la Terre et de l'environnement et physique de l'Univers Paris , en partenariat avec Laboratoire de Géologie de l'Ecole Normale Supérieure (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2016 .


  • Résumé

    L'atténuation et la dispersion peuvent être causées par une variété de phénomènes physiques. Un intérêt particulier pour la géophysique d'exploration est l'atténuation inélastique et la dispersion des ondes corporelles résultant de la présence de fluides dans l'espace des pores des roches. La compréhension des effets du fluide des pores sur les propriétés élastiques des roches sédimentaires est importante pour l'interprétation des données sismiques obtenues pour les réservoirs contenant différents fluides. Il est généralement admis que la présence de fluides dans l'espace des pores des roches provoque une atténuation et une dispersion. Les ondes sismiques apportent des informations sur les roches souterraines et les fluides sous forme de temps de déplacement, d'amplitude de réflexion et de variations de phase. L'un des objectifs ultimes de la sismologie d'exploration est de délimiter et de cartographier les fluides poreux et leur type et leur distribution dans les réservoirs de pétrole. Pour atteindre cet objectif, les données sismiques doivent être en mesure de résoudre les contrastes de compressibilité entre différents fluides poreux dans le réservoir. En conséquence, les propriétés sismiques des fluides poreux doivent être parfaitement comprises. Il a été démontré (Batzle et al., 2006) que la mobilité des fluides des pores dans les roches, qui est définie comme le rapport entre la perméabilité à la roche et la viscosité des fluides, assure des écarts de pression de fluide parmi les pores lorsqu'une onde sismique passe. En conséquence, les propriétés sismiques peuvent être fortement influencées par la capacité du fluide à se déplacer dans les pores. Pour les ardoises serrées avec un fluide à faible mobilité, la pression des pores peut être hors d'équilibre même à des fréquences sismiques. Cependant, la plupart des mesures de laboratoire sont limitées aux techniques ultrasonores qui fonctionnent dans la gamme des mégahertz. La littérature sur les mesures de laboratoire de fréquence sismique des propriétés acoustiques des roches de réservoir saturées de fluide à faible mobilité est relativement faible. Nous étudierons l'atténuation et la dispersion pour les grès épaisses saturés à l'eau, à la saumure et à la glycérine dans la gamme de fréquences de 1e (-3) Hz à 100 Hz et analysons si la théorie de Gassmann peut s'appliquer aux roches saturées de fluides à faible mobilité même dans la bande sismique. En outre, nous pouvons démontrer l'effet des fluides sur les propriétés élastiques pour les ardoises serrées et fournir une base théorique pour l'identification des fluides dans des réservoirs de grès serrés.

  • Titre traduit

    Experimental and theoretical studies for reservoir rocks at different frequency bands


  • Résumé

    Attenuation and dispersion can be caused by a variety of physical phenomena. Of particular interest to exploration geophysics is inelastic attenuation and dispersion of body waves resulting from the presence of fluids in the pore space of rocks. Understanding the effects of pore fluid on elastic properties of sedimentary rocks is important for interpreting seismic data obtained for reservoirs that contain various fluids. It is commonly accepted that the presence of fluids in the pore space of rocks causes attenuation and dispersion. Seismic waves bring out subsurface rock and fluid information in the form of travel time, reflection amplitude, and phase variations. One of the ultimate goals of exploration seismology is to delineate and map pore fluids and their type and distribution in petroleum reservoirs. To achieve this goal, seismic data has to be able to resolve the compressibility contrasts among different pore fluids in the reservoir. As a result, seismic properties of pore fluids have to be fully understood. It has been demonstrated (Batzle et al., 2006), that mobility of pore fluids in rocks, which is defined as the ratio of rock permeability to fluid viscosity, ensures fluid pressure deviations amongst the pores when a seismic wave passes. As a result the seismic properties can be significantly influenced by the ability of fluid to move within the pores. For the tight sandstones with low-mobility fluid the pore pressure can be out of equilibrium even at seismic frequencies. However, most laboratory measurements are limited to ultrasonic techniques which operate in the megahertz range. Literature on seismic-frequency laboratory measurements of the acoustic properties of reservoir rocks saturated with fluid having low mobility is relatively sparse. We will study attenuation and dispersion for water-, brine- and glycerol- saturated tight sandstones in the frequency range of 1e(-3) Hz to 100 Hz and analyze whether the Gassmann theory can be applicable to the rocks saturated with low-mobility fluids even within the seismic band. Furthermore, we can demonstrate the effect of fluids on elastic properties for tight sandstones and provide theoretical basis for fluid identification in tight sandstone reservoirs.