La tecnica 4-time-lapsed seismic reflection

La sismica a riflessione 4D‐Time Lapse come strumento di monitoraggio: Approccio modellistico
Fabio Moia &
Roberto de Franco ‐ CNR‐IDPA Milano
Seminario sul monitoraggio della CCS, 3 Febbraio 2012, Roma
Ministero dello Sviluppo Economico
Sala del Parlamentino Umberto La Monica
La prospezione sismica a riflessione
Il metodo sismico a riflessione ha svolto e svolge tuttora un ruolo fondamentale per l’esplorazione profonda ed è intensamente utilizzato per la ricerca degli idrocarburi
A terra ‐ energizzazione con esplosivo o vibratori
A mare ‐ energizzazione con air‐gun
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La prospezione sismica a riflessione
Il risultato finale del processing è una sezione sismica migrata su cui si possono interpretare i riflettori sismici e correlarli con i dati di pozzo
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La prospezione sismica a riflessione
Una rilevante quantità di indagini a riflessione sono state eseguite in Italia per la ricerca degli idrocarburi e molte sezioni sono divenute disponibili grazie al Progetto VIDEPI del Ministero Sviluppo Economico ma in un formato piuttosto scadente e in numero esiguo rispetto alla realtà
1600 sezioni 2D
Linee sismiche 2D terrestri acquisite tra il 1980‐2003 per un totale di 1600 linee on‐
shore e circa 230.000 km.
Linee sismiche del VIDEPI per un totale on e off‐shore di 1.935 linee sismiche georiferite acquisite in titoli minerari +578 linee relative alla sismica riconoscitiva (in totale circa 55000 km di profili sismici 2D)
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SIAM‐Sistema Integtato Analisi Modellistica per la simulazione comportamento della CO2: nelle condizioni di serbatoio
Tough2RdS
Fluidodinamica multifase
(Lawrence Berkeley
National Laboratory)
ToughreactRdS
Geochimica (LBNL)
Data Base geologico e petrofisico
SHEMAT
Flusso reattivo in acquiferi (RWTH Aachen
(RWTH Aachen‐‐UNI)
UNI)
FEHM
Idrodinamica e geomeccanica (Los Alamos Nat. Lab.)
CantSD
Geomeccanica
(RSE)
Sem2DPack
Sem2DPack: A Spectral Element Method tool for 2D wave propagation
and earthquake source dynamics (Jean Paul Ampuero, California Technology
Institute)
Risposta sismica 4D‐
tempo variante (Cal.Tech.Inst.)
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Modellazione fluidodinamica di un caso reale: off‐shore Calabria Ionica
Campo di pressione (a sx) e diffusione della CO2 (a dx) dopo 30 anni
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
iniezione CO2 in orizzontale alla profondità di ‐1.7 km, porosità media reservoir 25%
iniezione costante di 1.0 Mt/anno di CO2, in linea con il progetto ENEL Porto Tolle
periodo di iniezione di 30 anni (estensione eq. plume CO2 di 3600x4900x150 m)
simulazione estesa fino a 1000 anni
criterio di sicurezza basato su un incremento di pressione nel serbatoio inferiore al 10% (rispetto alle condizioni iniziali) – max. incremento di circa 7,8 bar
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La metodologia
• Il monitoraggio 4D‐Time Lapse ha la potenzialità di identificare e individuare piccoli cambiamenti in profondità che si sono verificati in un serbatoio durante un certo intervallo di tempo ed è analogo a fotografare una persona in tempi diversi e analizzare le foto per valutare i cambiamenti
• La metodologia include:
• Una procedura di “differenza” tra i segnali acquisiti lungo una linea sismica al tempo 1 (baseline o reference line) e la stessa linea ripetuta al tempo 2
• Il risultato è la risposta sismica dovuta alle variazioni delle proprietà fisiche del sottosuolo tra i due tempi
• La metodologia può essere applicata rispettivamente in 3D e 2D
• Particolare cura deve essere prestata nell’acquisizione e elaborazione dei dati sismici per essere sicuri che le variazioni nella risposta sismica siano riconducibili in modo certo a:
• livelli di saturazione dei fluidi
• variazioni della porosità della roccia
• cambiamenti della pressione e temperatura del sottosuolo
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La metodologia • La metodologia sembra vantaggiosa e applicazioni con iniezione di acqua (in due serbatoi nel Mare del Nord) hanno evidenziato la possibilità di modellare lo sviluppo delle fratture e quindi anche l’eventuale riattivazione di faglie (Alassi et al., 2010)
• Esperimenti svolti a Weyburn hanno evidenziato le difficoltà di interpretazione per il fatto che solo metà della lunghezza d’onda dei segnali rappresenta il serbatoio che è piuttosto sottile (Pendrigh N.M., 2004 ) Profilo a riflessione lungo l’area di • Sempre a Weyburn è stata evidenziata la canalizzazione verticale della CO
2 che iniezione a Sleipner
limita l’efficacia dell’EOR (Terrel M.J. et al., 2002) e i cambi di velocità
dovuti alle a tempi differenti CO2
modifiche composizionali dei fluidi potrebbero causare un 4‐5% di decremento della Vp e un 2‐3% di incremento di Vs (Brown, 2002)
I livelli interpretati di CO2 sono rappresentati in giallo – 1999 e in • Studi promettenti in Italia sono stati svolti nei campi a gas dall’OGS‐Trieste
verde ‐ 2001
(Persoglia et al., Carcione et al., 2006)
• Poche informazioni e dettagli sui problemi “pratici” come la ripetibilità della sorgente sismica, le caratteristiche dei trasduttori, l’acquisizione dei segnali e il riposizionamento della geometria di acquisizione,……
Sismica 4D‐Time Lapse
SONIC LOG (Interval time vs profondità)
Gas
Pozzo SERENA 001 Nord (Mar Adriatico)
Acqua salata
Litologia: alternanze sabbie‐argille nella formazione di Porto Corsini
(flysch)
190 90(μsec/Feet)
Approccio modellistico
Sequenza di elaborazione “accoppiata” fra processing sismico e evoluzione bolla CO2
Calibrazione
Individuazione sezione sismica per “calibrazione” Sem2DPack
Calibrazione
Individuazione sezione sismica per “calibrazione” Sem2DPack: creazione campo di velocità dai profili di velocità e informazioni bibliografiche tipo Bally et al., 1986
SP 304
LATITUDINE 4819303,843
LONGITUDINE 894195,953
Riflettore
Top caprock
Top reservoir
Bottom reservoir
Top Messiniano
Top Scaglia
Twt (SEC)
0,391
0,791
1,016
1,098
-
CDP 1846
SP 304
TIME
150
275
400
825
1100
1225
1550
1775
2900
PROFILO DI
VELOCITA'
NMO
INT
1500
1500
1630
1773
1876
2327
2161
2398
2209
2347
2220
2343
2492
3315
2734
4023
3125
4896
5000
SP 505
LATITUDINE 898858,289
LONGITUDINE 4821218,855
SP 405
LATITUDINE 4820265,036
LONGITUDINE 896536,099
Riflettore
Top caprock
Top reservoir
Bottom reservoir
Top Messiniano
Top Scaglia
Twt (SEC)
0,406
0,817
1,224
1,329
2,01
CDP 1444
SP 405
TIME
150
300
425
650
925
1375
1450
1650
2075
3000
PROFILO DI
VELOCITA'
NMO
INT
1500
1500
1628
1747
1849
2294
1924
2058
2215
2784
2321
2525
2500
4698
2925
5032
3385
4765
3932
4944
5000
Riflettore
Top caprock
Top reservoir
Bottom reservoir
Top Messiniano
Top Scaglia
Twt (SEC)
0,393
0,768
0,943
1,163
-
CDP 1042
SP 505
TIME
150
375
950
1150
1200
1500
1975
2675
2675
3550
PROFILO DI
VELOCITA'
NMO
INT
1500
1500
1613
1995
1825
1847
2166
2604
2235
2535
2379
4576
2600
3341
3070
4224
3398
4167
3955
5307
5000
Calibrazione e modello sintetico
Un esempio – Offshore Medio Adriatico
Linea sismica stack pregressa ( offshore
Adriatico-marchigiano )
Porto Corsini
Sezione corrispondente, visualizzata
all’interno del modello geologico 3D
creato con SIAM a partire da superfici
isocrone
Calibrazione e modello sintetico
Un esempio – Offshore Medio-Adriatico
Linea sismica stack
pregressa offshore
Adriatico-marchigiano
0
TWT Time (s)
0.5
1
1.5
2
2.5
Risposta Linea stack
Risposta sismica sintetica simulata alle
differenze finite non filtrata
3
0
1000
2000
3000
4000
Distance (m)
5000
6000
Considerazioni
9 I risultati ottenuti sulla calibrazione della metodologia ci hanno incoraggiato a proseguire
l’applicazione ed è stato realizzato un modello geologico 3D “virtuale” basato sulla Linea
B84-382
9 A ciascuna cella del modello 3D sono stati impostati i valori di Vp, Vs, densità e moduli
elastici
9 I parametri adottati per la modellazione fluidodinamica eseguita con il codice
TOUGH2_RDS sono stati selezionati da analoghe modellazione eseguite negli anni
precedenti e nella stessa zona dell’offshore adriatico
MATERIALE (n)
Alluvioni del Quaternatio
Formazioni di Conglomerati
Argille del Santerno
Sabbie di Porto Garibaldi
Formazioni argillose
Formazione Gessoso -Solfifera
PERMEABILITA' POROSITA' DENSITA' COMPRIMIBILITA'
2
3
-1
(%)
(Pa )
(m )
(kg/m )
1,00E-12
50
1600
4,00E-10
1,00E-14
10
1800
8,00E-10
1,00E-17
6
1800
3,33E-09
1,00E-13
20
2100
1,00E-09
1,00E-17
6
1800
3,33E-09
1,00E-16
0,05
2260
9,00E-09
9 Il prossimo passo della ricerca è confrontare la sezione di riferimento (baseline) con
quelle a diversi anni e tassi di iniezione CO2 per verificare le variazioni indotte sul dato
sismico (variazioni temporali e di attributo sismico come ampiezza, fase istantanea e
impedenza) e tarare la procedura modellistica
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Modellazione plume CO2 virtuale per calibrazione sismica 4D Time‐Lapse
Evoluzione del plume di CO2 nei primi 10 anni di simulazione (step a 3, 6 e 10 anni)
• iniezione di 1 Mt\anno per 30 anni e simulazione dei successivi 70 anni di diffusione
• pozzo verticale
• lunghezza attiva: 100 m (tra 1550 e 1650 m)
Australia ‐ Island Archway 2009/06/11
fabio.moia@rse‐web.it
Le attività descritte sono state svolte nell’ambito del Progetto “Utilizzo sostenibile dei combustibili fossili”, finanziato dal Fondo “Ricerca per il Sistema Elettrico” nell’ambito dell’Accordo di Programma tra ERSE (oggi RSE) ed il Ministero dello Sviluppo Economico, stipulato in data 29 luglio 2009, in ottemperanza del DM 19 marzo 2009.
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