DE112014004526T5

DE112014004526T5 - Verfahren zur Schätzung der Ressourcendichte mittels Raman-Spektroskopie von Einschlüssen in Schieferressourcengebieten

Info

Publication number: DE112014004526T5
Application number: DE112014004526.8T
Authority: DE
Inventors: Neil Robert BRAUNSDORF; Lubomyr Taras BRYNDZIA; Ronny HOFMANN; Calum Ian MACAULAY; Saad Jamil Saleh; Theodericus Johannes Henricus Smit
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-06-23
Also published as: RU2016117165A; WO2015050832A9; AR097834A1; AU2014329845A1; WO2015050832A1; CN105659084A; US9909409B2; AU2014329845B2; US20150090443A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Drucks eines leichten Kohlenwasserstoffs, wie zum Beispiel Methan, in einer Schiefermuttergesteinsformation, umfassend: das Bereitstellen eines Einschlusses, der den in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoff umfasst; das Anwenden einer Mikro-Laser-Raman-Spektroskopie und insbesondere von Raman-Verschiebungsmessungen zum Ermitteln der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs; und das Berechnen eines Drucks des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation anhand der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs. Der Druck und die Dichte des leichten Kohlenwasserstoffs werden zum Erstellen einer Karte des Gesamtpotentials des Kohlenwasserstoffs verwendet.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren zur Schätzung der In-situ-Dichte leichter Kohlenwasserstoffe. Bei einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung insbesondere auf Verfahren zur Schätzung der In-situ-Dichte leichter Kohlenwasserstoffe in Schiefermuttergesteinskluftfüllungen und Matrixmineralen mittels Raman-Spektroskopie und verwandter Verfahren.
Eines der Ziele einer Exploration und Bewertung unkonventioneller Schiefergasgebiete und flüssigkeitsreicher Schiefergebiete (engl.: liquid rich shale plays) ist es, die „Sweet Spots” des Gebiets hinsichtlich des möglichen Gesamtpotentials (EUR, engl.: estimated ultimate recovery) auszumachen. Der Begriff „Sweetspotting” bezeichnet dabei die Identifizierung der das oberste Quartil bildenden Bohrlöcher in einer entsprechenden Förderzone. Dies gestaltet sich in Ermangelung verlässlicher Förderdaten oftmals schwierig. Das Schätzen des EUR in Schiefergasformationen stellt eine besondere Herausforderung dar, da das EUR eine dynamische Produktionskennzahl ist, während es sich bei allen anderen gemessenen Gesteinseigenschaften um statische In-situ-Eigenschaften handelt. Die Beziehungen zwischen diesen verschiedenen Zuständen sind nicht intuitiv und derzeit noch kaum verstanden. Zur erfolgreichen Lokalisierung der Sweet Spots eines unkonventionellen Schiefermuttergesteinsgebiets bedarf es einer Schätzung der Masse des leichten Kohlenwasserstoffs pro Muttergesteinsvolumen (d. h. der In-situ-Dichte des leichten Kohlenwasserstoffs).
Es ist wünschenswert, ein Verfahren zum Ermitteln der In-situ-Dichte und des In-situ-Drucks leichter Kohlenwasserstoffe in einem gashaltigen Schiefermuttergestein zu entwickeln, um präzise EUR-Karten erstellen und Sweet Spots in den Schiefermuttergesteinsformationen identifizieren zu können.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren zur Schätzung der In-situ-Dichte leichter Kohlenwasserstoffe. Bei einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung insbesondere auf Verfahren zur Schätzung der In-situ-Dichte leichter Kohlenwasserstoffe in Schiefermuttergesteinskluftfüllungen und Matrixmineralen mittels Raman-Spektroskopie und verwandter Verfahren.
Bei einer Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Ermitteln des In-situ-Drucks eines leichten Kohlenwasserstoffs in einer Schiefermuttergesteinsformation vor, umfassend: das Bereitstellen eines Einschlusses, der den in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoff umfasst; das Anwenden einer Raman-Spektroskopie zum Ermitteln der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs; und das Berechnen eines Drucks des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation anhand der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs.
Bei einer weiteren Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Bewertung einer Schiefermuttergesteinsformation vor, umfassend: das Bereitstellen von Einschlüssen aus der Schiefermuttergesteinsformation, wobei jeder Einschluss einen in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoff umfasst; das Ermitteln von In-situ-Drücken und -Dichten des leichten Kohlenwasserstoffs mittels Raman-Analysen des in Einschlüssen eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs; und das Erstellen einer Karte der räumlichen und vertikalen Veränderungen der In-situ-Drücke und -Dichten des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation.
Bei einer weiteren Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Bewertung einer Schiefermuttergesteinsformation vor, umfassend: das Bereitstellen von Einschlüssen aus der Schiefermuttergesteinsformation, wobei jeder Einschluss einen in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoff umfasst; das Ermitteln von In-situ-Drücken und -Dichten des leichten Kohlenwasserstoffs mittels Raman-Analysen des in Einschlüssen eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs; und das Erstellen einer Karte räumlicher und vertikaler Veränderungen von Proxys für ein drucknormalisiertes Gesamtpotential; und das Identifizieren von Bereichen auf der Karte, die dem obersten Quartil für das drucknormalisierte Gesamtpotential entsprechen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ein umfassenderes und genaueres Verständnis der vorliegenden Ausführungsformen und der Vorteile derselben kann anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gewonnen werden.
1 zeigt eine Darstellung der Faltung verschiedener Flächenverteilungen von Lagerstättendaten zur Erzeugung einer Flächenverteilung des Kohlenwasserstoffvolumens und des drucknormalisierten Proxy-Gesamtpotentials (engl.: „PN-EUR”).
Die 2A–2C zeigen Diagramme, welche die Verhältnisse zwischen dem Druck und der Konzentration leichter Kohlenwasserstoffe sowie Raman-Peakverschiebungsdaten darstellen.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind für Fachleute ohne Weiteres offensichtlich. Fachleuten sind zahlreiche Änderungen möglich, die jedoch sämtlich der Idee der Offenbarung entsprechen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung umfasst beispielhafte Vorrichtungen, Verfahren, Methoden und/oder Anleitungen, welche Methoden des Gegenstands der Erfindung verkörpern. Es versteht sich jedoch, dass die beschriebenen Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details umgesetzt werden können.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren zur Schätzung der In-situ-Dichte leichter Kohlenwasserstoffe. Bei einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung insbesondere auf Verfahren zur Schätzung der In-situ-Dichte leichter Kohlenwasserstoffe in Schiefermuttergesteinskluftfüllungen und Matrixmineralen mittels Raman-Spektroskopie und verwandter Verfahren.
Einige wünschenswerte Eigenschaften der hier beschriebenen Verfahren bestehen darin, dass diese in der Lage sind, Bereiche und Volumen von an organischen Verbindungen reichen Muttergesteinen mit vorteilhaften Gesamtpotentialeigenschaften auf präzisere Weise vorherzusagen. Durch Messen des Drucks und der Dichte leichter Gase in einer an organischen Verbindungen reichen Schiefermuttergesteinsformation ist es möglich, gegenüber herkömmlichen Verfahren präzisere Karten des Gesamtpotentials zum Zweck des Sweetspottings zu erstellen. Das Sweetspotting kann durch das zweidimensionale Abbilden von Gesamtpotentialdaten und das Erstellen einer Karte erfolgen, welche schließlich anhand der räumlichen Verteilung der Ressourcendichte, d. h. der Kohlenwasserstoffdichte pro Gesteinsvolumen, den für eine erste Erschließung geeignetsten Teil eines Beckens/Gebiets/Prospektionsgebiets aufzeigt.
Bei einigen Ausführungsformen legt diese Offenbarung Verfahren zur Bewertung der Dichten leichter Kohlenwasserstoffe dar, die von an organischen Verbindungen reichem Muttergesteinsschiefer erzeugt werden. Diese Verfahren können auf der Assoziation der Dichte von leichten Kohlenwasserstoffen, die als Einschlüsse in einer Schiefermatrix eingeschlossen sind, und Kluftmaterial in einem an organischen Verbindungen reichen Schiefermuttergestein basieren. Es wurde ein enger Zusammenhang zwischen den Dichten des von einem Schiefermuttergestein erzeugten leichten Kohlenwasserstoffs und dem Gesamtpotential, insbesondere dem drucknormalisierten Gesamtpotential, beobachtet. Aufgrund dieser Korrelation können die In-situ-Dichten und -Drücke des leichten Kohlenwasserstoffs an verschiedenen Stellen in der Formation von einem Zustandsgleichungsmodell und der gemessenen Dichte, dem Druck und der Temperatur der als Einschlüsse eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffe abgeleitet werden. Die In-situ-Dichten und -Drücke können erkannte Proxys für drucknormalisierte Gesamtpotentialdaten darstellen, die üblicherweise aus Förderdaten gewonnen werden.
Bei einer Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Schätzung des Drucks eines leichten Kohlenwasserstoffs in einer Schiefermuttergesteinsformation vor, umfassend: das Bereitstellen eines Einschlusses, der den in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoff umfasst; das Anwenden einer Raman-Spektroskopie zum Ermitteln der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs; und das Berechnen eines Drucks des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation anhand der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs.
Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei dem leichten Kohlenwasserstoff um einen beliebigen Kohlenwasserstoff handeln, der unter Standarddruck- und Standardtemperaturbedingungen ein Gas ist. Geeignete Beispiele leichter Kohlenwasserstoffe umfassen Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan oder eine Kombination derselben.
Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei der Schiefermuttergesteinsformation basierend auf ihrem gesamten Gehalt an organischem Kohlenstoff (TOC-Gehalt) um ein erkanntes Muttergestein handeln. Bei anderen Ausführungsformen kann die Schiefermuttergesteinsformation eine an organischen Verbindungen reiche Schiefermuttergesteinsformation mit einer Erdgas-Flüssigquelle handeln, in der ein leichter Kohlenwasserstoff möglicherweise nicht die dominante Kohlenstoffspezies ist. Unabhängig von dem jeweiligen Typ der Schiefermuttergesteinsformation kann der Gesamtdruck der leichten Kohlenwasserstoffe an einem bestimmten Ort in der Schiefermuttergesteinsformation eine Summe aller Partialdrücke vorhandener Gaskomponenten und individueller Speziespartialdrücke an dem bestimmten Ort sein und somit nach wie vor als gültiges Proxy für das drucknormalisierte Gesamtpotential einer der in der betrachteten Formation vorliegenden Komponentenkohlenwasserstoffspezies dienen.
Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei dem Einschluss um einen Einschluss handeln, der in einem durch Rotary-Bohrung gewonnenen Bohrkern (engl.: rotary core) oder in einem aus der Seitenwand entnommenen Bohrkern (engl.: sidewall core) aus dem Bohrloch der Schiefermuttergesteinsformation gefunden wurde. Der Einschluss kann sich in einer mineralischen Phase befinden, die einer Analyse mittels Raman-Spektroskopieverfahren zugänglich ist. Beispiele geeigneter mineralischer Phasen umfassen Kristalle aus Quarz, Calcit, Anhydrit, Baryt, Gips, Albit und anderen Mitgliedern der Feldspar-Gruppe der Minerale.
Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei dem Einschluss um eine einzelne Phase handeln, die nur leichte Kohlenwasserstoffe enthält. Bei weiteren Ausführungsformen kann es sich bei dem Einschluss um mehrere Phasen handeln, die flüssiges Wasser, Kohlendioxyd und leichten Kohlenwasserstoff sowie gegebenenfalls andere im C-O-H-S-N-System stabile Spezies enthält, die als Produkte der Reifung des jeweiligen an organischen Verbindungen reichen Schiefermuttergesteins entstehen. Der Einschluss kann auch verschiedene gasförmige bis flüssige Anteile sowie Tochterminerale enthalten, die in dem chemischen Mikrokosmos des während der Senkungs- und Hebungsgeschichte einer jeweiligen Schiefermuttergesteinsformation gebildeten Fluideinschlusses stabil sind.
Bei einigen Ausführungsformen können die Einschlüsse zunächst präpariert werden, bevor die Raman-Spektroskopie durchgeführt wird. Die Einschlüsse können mittels herkömmlicher Methoden präpariert werden, die bei der Präparierung von Fluideinschlusswafern angewendet werden. Bei einigen Ausführungsformen werden beispielsweise 100 Mikrometer dicke Wafer mit einer derartig polierten Oberflächenqualität präpariert, dass der einfallende Raman-Laserstrahl eine Wechselwirkung mit den eingeschlossenen Kohlenwasserstoffkomponenten des Einschlusses ausbilden kann, wobei ein Signal zurückgeworfen wird, das dann als charakteristische Peakverschiebung gemessen wird, die für bestimmte Typen charakteristischer Schwingungsmoden molekularer Bindungen spezifisch ist und sich für die Quantifizierung bezüglich einer Referenzpeakverschiebung für eine spezifische C-Bindung in einem Kohlenwasserstoffmolekül eignet.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Raman-Spektroskopie durch Fokussieren eines Laserstrahls in den Einschluss erfolgen, um einen reflektierten Photonenstrahl anzuregen, der als eine Reihe von spektralen Linien aufgefangen wird, die den charakteristischen Peakverschiebungen von Schwingungsmoden verschiedener C-Bindungen entsprechen und kennzeichnend für die in den Einschlüssen eingeschlossenen Kohlenwasserstoffe sein können. Die Raman-Spektren können bei Laborumgebungsbedingungen gesammelt werden, während derer die Temperatur und Peakverschiebungen sorgfältig aufgezeichnet werden können. Um Zugang zur Multi-Mikrometer-Dimension durchschnittlicher Fluideinschlüsse zu erhalten, kann es sich bei der Raman-Spektroskopie bei einigen Ausführungsformen um Mikro-Laser-Raman-Spektroskopie handeln.
Bei einigen Ausführungsformen kann je nach Zusammensetzung der in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffe eine Laserlichtquelle mit verschiedenen Wellenlängen verwendet werden. Kurz gesagt kann ein Niedrigenergielaser verwendet werden, um verschiedene Bindungsschwingungsmoden in molekularen Resten der in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffe anzuregen. Somit kann die charakteristische Peakverschiebung des betrachteten leichten Kohlenwasserstoffmoleküls in dem Einschluss ermittelt werden. Diese Peakverschiebungsdaten können dann mit früheren Kalibrierungspeakverschiebungsdaten verglichen werden, um die Dichte der eingeschlossenen Kohlenwasserstoffe einer bestimmten Zusammensetzung zu ermitteln.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Druck des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation anhand der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs berechnet werden. Beispielsweise kann ein Zustandsgleichungsmodell zur Berechnung des Drucks des leichten Kohlenwasserstoffs an dem Ort, von dem der Einschluss entnommen wurde, angewendet werden. Bei einigen Ausführungsformen können im Handel erhältliche PVT-Simulationssoftwarepakete zu Berechnung des Drucks des leichten Kohlenwasserstoffs anhand der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs verwendet werden.
Bei einigen Ausführungsformen, bei denen die Schiefermuttergesteinsformation nur eine Art von leichten Kohlenwasserstoffen (z. B. nur Methan) enthält, kann ein einzelnes Zustandsgleichungsmodel für diesen leichten Kohlenwasserstoff angewendet werden, um den Druck in der Formation an dem Ort, von dem der Einschluss entnommen wurde, zu berechnen. Bei Ausführungsformen, bei denen die Schiefermuttergesteinsformation ein Gemisch aus leichten Kohlenwasserstoffen oder anderen Gasen enthält, können geeignetere Zustandsgleichungen für Gemische angewendet werden, um die jeweiligen Partialdrücke der leichten Kohlenwasserstoffe oder Gase und den Gesamtdruck des Gemischs zu berechnen. Umgekehrt kann ein einzelnes Zustandsgleichungsmodell für Gasgemische angewendet werden, wobei lediglich die Anwendung thermodynamisch aufgestellter Mischungsgesetze für die in der Gasphase enthaltenen verschiedenen Komponenten notwendig ist.
Die Variablen in der jeweiligen zur Berechnung des Drucks in der Formation angewendeten Zustandsgleichung können auf verschiedene Weise ermittelt werden.
Die Temperatur kann mittels Fluideinschlussthermometrie und anhand von Rückschlüssen ermittelt werden, die von den Homogenisierungstemperaturen gezogen werden, bei denen die Homogenisierung zweiphasiger flüssiger und gasförmiger Einschlüsse zu einer einzelnen Phase bei Erhitzung an einer kalibrierten Mikroheizstation zu beobachten ist.
Dichte kann als die Masse einer Gaskomponente geteilt durch deren Volumen definiert werden. Es kann angenommen werden, dass das Einschlussvolumen zwischen Laborumgebungsbedingungen, unter denen die Raman-Daten gesammelt werden, und der Temperatur, bei der der ursprüngliche Fluideinschluss eingeschlossen wurde, konstant bleibt. Durch direktes Messen der Dichte der Gaskomponente mittels Raman-Spektroskopie kann das von gewissen Zustandsgleichungsmodellen implizierte Masse/Volumen-Verhältnis erfüllt werden.
Sobald die Temperatur, bei welcher der Einschluss eingeschlossen wurde, bekannt ist und die Dichte bei Umgebungsbedingungen gemessen wurde, kann der Druck, unter dem der leichte Kohlenwasserstoff eingeschlossen wurde, iterativ berechnet werden. Der iterative Prozess kann das Ermitteln des Drucks, welcher der Dichte bei der Fluideinschlusstemperatur entspricht, anhand bestimmter Annahmen hinsichtlich der durchschnittlichen Massezusammensetzung der zum Zeitpunkt des Einschlusses vorliegenden Gasphase umfassen. Die Annahmen hinsichtlich der durchschnittlichen Massezusammensetzung der zum Zeitpunkt des Einschlusses vorliegenden Gasphase können die jeweiligen Molenbrüche von vorliegenden Gasphasen umfassen und ob die Gasphase wassergesättigt ist oder nicht.
Durch die oben beschriebenen Verfahren können somit der Druck und die Dichte eines leichten Kohlenwasserstoffs in einer Formation an dem Ort, an dem der Einschluss gebildet wurde, geschätzt werden.
Bei einigen Ausführungsformen sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Bewertung einer Schiefermuttergesteinsformation vor, umfassend: das Bereitstellen von Einschlüssen aus der Schiefermuttergesteinsformation, wobei jeder Einschluss einen in dem Einschluss eingeschlossenen Kohlenwasserstoff umfasst; das Ermitteln von In-situ-Dichten und -Drücken des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation mittels Raman-Analysen des in Einschlüssen eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs; und das Erstellen einer Karte der räumlichen und vertikalen Veränderungen der In-situ-Drücke des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation.
Bei einigen Ausführungsformen können Einschlüsse aus mehreren Stellen in der Schiefermuttergesteinsformation und aus mehreren verschiedenen Bohrlochstellen gewonnen werden. Es können Raman-Analysen an jedem dieser Einschlüsse durchgeführt werden und Schätzungen für Drücke und Dichten leichter Kohlenwasserstoff an mehreren Stellen in der Schiefermuttergesteinsformation vorgenommen werden. Die Drücke und Dichten der leichten Kohlenwasserstoffe an nicht gemessenen Stellen können mittels herkömmlicher Interpolations- und/oder Extrapolationsmethoden geschätzt werden. Anhand dieser Schätzungen kann eine Karte der räumlichen und vertikalen Veränderungen der Drücke der leichten Kohlenwasserstoffe erstellt werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann eine Karte der räumlichen und vertikalen Veränderungen der Drücke der leichten Kohlenwasserstoffe mittels diagnostischer Formationsintegritätstests erstellt werden, welche die Ergebnisse dieser Tests aufzeichnet.
Bei einigen Ausführungsformen sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Bewertung einer Schiefermuttergesteinsformation vor, umfassend: das Bereitstellen von Einschlüssen aus der Schiefermuttergesteinsformation, wobei jeder Einschluss einen in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoff umfasst; das Ermitteln von In-situ-Drücken und -Dichten des leichten Kohlenwasserstoffs mittels einer Raman-Analyse des in Einschlüssen eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs; das Erstellen einer Karte räumlicher und vertikaler Veränderungen von Proxys für ein drucknormalisiertes Gesamtpotential; und das Identifizieren der Bereiche auf der Karte, die einem obersten Quartil für das drucknormalisierte Gesamtpotential entsprechen.
Bei einigen Ausführungsform kann eine die räumliche und vertikale Veränderung des drucknormalisierten Gesamtpotentials vorhersagende Karte erstellt werden, indem allein auf die aus den oben beschriebenen Verfahren gewonnen Daten zurückgegriffen wird. Dann können die In-situ-Drücke der leichten Kohlenwasserstoffe abgebildet und die Bereiche mit einem Potential im obersten Quartil identifiziert werden. Üblicherweise korrelieren die produktivsten Horizonte der Formation mit dem drucknormalisierten Gesamtpotential. Die In-situ-Dichte und/oder der In-situ-Druck können somit als Proxy für das drucknormalisierte Gesamtpotential verwendet werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Erstellen der Karte der räumlichen und vertikalen Veränderung von Proxys für das drucknormalisierte Gesamtpotential das Verwenden der berechneten Partialdrücke verschiedener leichter Kohlenwasserstoffkomponenten als Proxys für das drucknormalisierte Gesamtpotential an jeder dieser Stellen und das Erstellen einer Karte auf Grundlage dieser Proxys umfassen. Bei einigen Ausführungsformen können diese Proxys auch anhand von Formationseigenschaften, wie dem gesamten organischen Kohlenstoff, der Porosität, der Gaszusammensetzung sowie den Druck-, Temperatur- und Volumeneigenschaften der leichten Kohlenwasserstoffe, berechnet werden.
Die Formationseigenschaften können auf verschiedene Arten ermittelt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl dieser Formationseigenschaften, wie zum Beispiel Gaszusammensetzung, Druck, Temperatur und/oder Volumen, anhand der oben beschriebenen Verfahren ermittelt werden.
Bei einigen Ausführungsformen können weitere Formationseigenschaften an mehreren Stellen anhand seismischer Daten, wie der akustischen und elastischen Impedanz der unterirdischen Formation, mittels eines Inversionsalgorithmus berechnet werden. Ein Beispiel eines seismischen Inversionsalgorithmus kann die folgenden Schritte umfassen: (1) Ansetzen eines Ausgangsmodells des Untergrunds mit einer Ausgangsschätzung der unterirdischen akustischen und elastischen Impedanzen, (2) das Erzeugen einer synthetischen systemischen Reaktion auf Basis der Ausgangsschätzung mittels eines Vorwärtsmodellierungsalgorithmus, der die Abhängigkeit seismischer Eigenschaften von Veränderungen der akustischen und elastischen Impedanzen simuliert, und (3) das Vergleichen der synthetischen Daten mit den tatsächlichen seismischen Daten. Wenn die Abweichung bei einem Vergleich der synthetischen Daten mit den tatsächlichen seismischen Daten hinreichend klein ist, kann die Ausgangsschätzung als Endergebnis gelten. Dieses Modell kann dann angewendet werden, um die Karten des drucknormalisierten Gesamtpotentials zu erstellen. Ist die Abweichung allerdings unzulässig groß, kann das unterirdische Modell auf eine Weise angepasst werden, welche die Übereinstimmung mit den gemessenen Daten verbessern kann, woraufhin die Schritte (2) und (3) wiederholt werden können, bis die Abweichung hinreichend klein ist und Konvergenz erzielt wird.
Nachdem eine Übereinstimmung zwischen den synthetischen Daten und den Felddaten erreicht wurde, können die invertierten seismischen Eigenschaften zur Berechnung von Formationseigenschaften verwendet werden. Verglichen mit konventionellen Formationen könnnen zur Ermittlung von Formationseigenschaften für unkonventionelle Lagerstätten zusätzliche Kalibrierungsschritte notwendig sein. Gegebenenfalls müssen die akustischen Eigenschaften der organischen Masse und von Kerogen mittels Verfahren wie Nanoindentierung der organischen Masse bestimmt werden, um mechanische und elastische Eigenschaften zu schätzen. Sind diese Eigenschaften bestimmt, können dann die invertierten akustischen Eigenschaften zum Schätzen des Volumens organischer Masse und der Rohdichte der Formation verwendet werden. Eine Karte der Dicke des Lagerstättenhorizonts im betrachteten Bereich kann dann anhand dieser Ergebnisse erzeugt werden.
Um eine Rohdichte in Porosität umzurechnen, muss gegebenenfalls die Dichte der organischen Masse und/oder von Kerogen bekannt sein. Die Maturität des Kerogens kann mittels Raman-Messung fester organischer Masse und anschließende Schätzung eines Verhältnisses des D5/G-Peakverhältnisses ermittelt werden, wobei sich D5 und G auf charakteristische Raman-Peaks organischer Komponenten in der festen organischen Masse beziehen, insbesondere auf die Streckschwingungsmode (D5) aliphatischer C-C-Bindungen und die aromatische oder graphenartige Massekomponente (G). Die Korndichte der organischen Masse kann dann anhand der Maturität des Kerogens und einer Eigenschaftskorrelation zwischen der Maturität und der Korndichte fester organischer Masse geschätzt werden. Anhand des Volumens und der Dichte der organischen Masse und der Rohdichte der Gesteinsmineralmatrix kann dann die Porosität der Formation geschätzt werden. Anschließend kann anhand dieser Ergebnisse eine Karte der durchschnittlichen Porosität des Lagerstättenhorizonts im betrachteten Bereich erstellt werden.
Die Karten der Dicke des Lagerstättenhorizonts und der durchschnittlichen Porosität des Lagerstättenhorizonts können anschließend gefaltet werden, um eine Karte der Verteilung des potentiellen Porenraumvolumens des Lagerstättenhorizonts in dem betrachteten Bereich zu erstellen. Die Karte der räumlichen und vertikalen Veränderungen der Partialdrücke der leichten Kohlenwasserstoffe kann dann mit der Karte der Verteilung des potentiellen Porenraumvolumens gefaltet werden, um eine Karte des drucknormalisierten Gesamtpotentials zu erstellen. Anhand dieser Daten kann eine Karte erstellt werden, welche die räumlichen und vertikalen Veränderungen des Gesamtpotentials vorhersagt, wobei auf der Karte sodann Bereiche identifiziert werden können, die mit ihrem Potential im obersten Quartil als Kandidaten für eine Erschließung in Frage kommen. 1 zeigt eine Faltung dieser Karten. Wie in 1 zu sehen ist, entsprechen die heller gefärbten Bereiche der jeweiligen Karte höheren Werten hinsichtlich Dicke, Porosität, Porenraum, Partialdruck, Kohlenwasserstoffdichte und Gesamtpotential.
Die folgenden Beispiele bestimmter Aspekte einiger Ausführungsformen dienen der Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung. Die folgenden Beispiele sind keinesfalls als den Geltungsbereich der Erfindung einschränkend oder definierend zu interpretieren.
Beispiele
Beispiel 1
Fluideinschlussschnitte wurden aus Calcit, Quarz, Baryt und Anhydrit enthaltenden Kluftstücken und Kernmaterial präpariert. Fluideinschlusswafer wurden nach Standardindustrieverfahren präpariert, woraus polierte dünne Schnitte entstanden, die für eine petrografische Untersuchung und eine Charakterisierung von Fluideinschlussarten geeignet sind.
Es wurden thermometrische Untersuchungen einschließlich der Messung der Homogenisierungstemperaturen der wässrigen Einschlüsse zur Bestimmung der bei Bildung der Einschlüsse herrschenden Temperatur durchgeführt. Zur Schätzung des durchschnittlichen Salzgehalts der nebeneinander vorliegenden Salzlösungen wurden anschließend die Gefrierpunkttemperaturen gemessen, die bekanntermaßen von der Gesamtmenge des in der wässrigen Phase der Salzlösung gelösten Salzes abhängig sind. Während der petrographischen Untersuchung wurden auch flüssige Erdöl- und Gaseinschlüsse durch eine Routineuntersuchung unter ultraviolettem Licht identifiziert. Die flüssigen Erdöleinschlüsse sind an ihrer blauen Fluoreszenz zu erkennen, wohingegen Kohlenwasserstoffgas unter einfachem weißem Licht isotrop erscheinen kann und unter ultraviolettem Licht nicht fluoresziert.
2A zeigt die Empfindlichkeit der charakteristischen Raman-Peakverschiebung von CH₄ in Abhängigkeit von der Temperatur bei einem konstanten Druck von 30,58 MPa. 2B zeigt das Verhältnis zwischen Methandruck und D (cm^–1) bei Raumtemperatur, wobei D das Delta zwischen der gemessenen Peakverschiebung von in dem Einschluss eingeschlossenem Methan und einem „Intercept”-Wert ist, basierend auf einer Kalibrierung der Methanpeakverschiebung bei Nulldruck für die zur Messung der Raman-Peakverschiebungen in Einschlüssen verwendete Raman-Instrumentenkonfiguration. 2C zeigt die Modellverhältnisse zwischen Raman-Peakverschiebung, D (cm^–1) und Dichte der Dampfphase in Abhängigkeit von der Temperatur.
Anhand der in methanhaltigen Fluideinschlüssen gemessenen Raman-Peakverschiebungen kann die In-situ-Dichte mittels einer Zustandsgleichung berechnet werden. Die untenstehende Tabelle 1 stellt die Ergebnisse solcher Berechnungen dar. Tabelle 1
Zur Umrechnung der Peakverschiebung für Methan ausgehend von den Mikro-Laser-Raman-Messungen in Tabelle 1 waren einige Annahmen bezüglich der Zusammensetzung der Dampfphase in den Proben erforderlich. Für dieses Beispiel wurde ein unter In-situ-Bedingungen mit Wasserdampf gesättigtes Zusammensetzungsproduktionsgas verwendet, und zwar 94 Mol-% CH₄ und 6 Mol-% CO₂.
Die Methandrücke in Tabelle 1 wurden mittels eines Zustandsgleichungsrechners für mit Wasserdampf gesättigte CH₄-CO₂-Gemische geschätzt (PVTsim, im Handel erhältliches PVT-Simulationssoftwarepaket). In-situ-Methandrücke wurden durch iterative Simulation bis zum Erreichen der gemessenen Dampfdichte bei 25°C bei den Fluideinschlusstemperaturen ermittelt. Diese Methanddrücke befinden sich in der letzten Spalte von Tabelle 1.
Die Raman-Daten zeigen, dass der In-situ-Methandruck in Probe SU geringer war als in den anderen Proben. Probe SU stammte aus einem Bohrloch mit berichteten drucknormalisierten Gesamtpotentialen, die im Allgemeinen sehr enttäuschend ausgefallen sind. Es wurde vermutet, dass die mangelhaften drucknormalisierten Gesamtpotentiale mit einer niedrigeren In-situ-Methandichte in Zusammenhang stehen, was sich in den Druckschätzungen widerspiegelt.
Obgleich die Ausführungsformen mit Bezug auf verschiedene Umsetzungen und Nutzbarmachungen beschrieben sind, versteht es sich, dass diese Ausführungsformen erläuternden Zwecken dienen und dass der Umfang des Gegenstands der Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Es sind zahlreiche Variationen, Modifikationen, Hinzufügungen und Verbesserungen möglich.
Hierin beispielhaft in Einzahl beschriebene Komponenten, Vorgänge oder Strukturen können auch in Mehrzahl vorgesehen sein. Im Allgemeinen können Strukturen und Funktionen, die als separate Komponenten in den beispielhaften Ausführungen dargestellt sind, als kombinierte Struktur oder Komponente umgesetzt werden. Gleichermaßen können als einzelne Komponenten dargestellte Strukturen und Funktionen als separate Komponenten umgesetzt werden. Diese und weitere Variationen, Modifikationen, Hinzufügungen und Verbesserungen gehören gegebenenfalls zum Umfang des Gegenstands der Erfindung.

Claims

Verfahren zum Ermitteln des In-situ-Drucks eines leichten Kohlenwasserstoffs in einer Schiefermuttergesteinsformation, umfassend: das Bereitstellen eines Einschlusses, der den in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoff umfasst; das Anwenden der Raman-Spektroskopie zum Ermitteln der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs; und das Berechnen eines Drucks des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation anhand der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation anhand des Drucks und der Temperatur berechnet wird, bei denen der leichte Kohlenwasserstoff in dem Einschluss eingeschlossen wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der leichte Kohlenwasserstoff Methan, Ethan, Propan, Butan oder eine Kombination derselben umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Einschluss in einem durch Rotary-Bohrung gewonnenen Bohrkern (engl.: rotary core) oder einem aus einer Seitenwand entnommenen Bohrkern (engl.: sidewall core) aus einem die Schiefermuttergesteinsformation durchdringenden Bohrloch angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, des Weiteren umfassend das Präparieren des Einschlusses vor dem Anwenden der Raman-Spektroskopie zum Ermitteln der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Mikro-Laser-Raman-Spektroskopie zum Ermitteln der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Druck des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation anhand eines Zustandsgleichungsmodells berechnet wird.
Verfahren zur Bewertung einer Schiefermuttergesteinsformation, umfassend: das Bereitstellen von Einschlüssen aus der Schiefermuttergesteinsformation, wobei jeder Einschluss einen in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoff umfasst; das Ermitteln von In-situ-Drücken und -Dichten des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation mittels Raman-Analysen des in Einschlüssen eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs; und das Erstellen einer Karte räumlicher und vertikaler Veränderungen der In-situ-Drücke und -Dichten des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der leichte Kohlenwasserstoff Methan, Ethan, Propan, Butan oder eine Kombination derselben umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Einschluss in einem durch Rotary-Bohrung gewonnenen Bohrkern oder einem aus einer Seitenwand entnommenen Bohrkern aus einem die Schiefermuttergesteinsformation durchdringenden Bohrloch angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, des Weiteren umfassend das Präparieren des Einschlusses vor dem Anwenden der Raman-Spektroskopie zum Ermitteln der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei Mikro-Laser-Raman-Spektroskopie zum Ermitteln der Dichte und Zusammensetzung des in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Druck des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation anhand eines Zustandsgleichungsmodells berechnet wird.
Verfahren zur Bewertung einer Schiefermuttergesteinsformation, umfassend: das Bereitstellen von Einschlüssen aus der Schiefermuttergesteinsformation, wobei jeder Einschluss einen in dem Einschluss eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoff umfasst; das Ermitteln von In-situ-Drücken und -Dichten des leichten Kohlenwasserstoffs mittels Raman-Analysen des in Einschlüssen eingeschlossenen leichten Kohlenwasserstoffs; und das Erstellen einer Karte räumlicher und vertikaler Veränderungen von Proxys für ein drucknormalisiertes Gesamtpotential; und das Identifizieren von Bereichen auf der Karte, die dem obersten Quartil für das drucknormalisierte Gesamtpotential entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der leichte Kohlenwasserstoff Methan, Ethan, Propan, Butan oder eine Kombination derselben umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei es sich bei den Proxys für das drucknormalisierte Gesamtpotential um die In-situ-Drücke und -Dichten des leichten Kohlenwasserstoffs handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei das Erstellen einer Karte räumlicher und vertikaler Veränderungen von Proxys für das drucknormalisierte Gesamtpotential Folgendes umfasst: das Erstellen einer Karte räumlicher und vertikaler Veränderungen der Partialdrücke der leichten Kohlenwasserstoffe; das Erstellen einer Karte der Verteilung des potentiellen Porenraumvolumens; und das Falten der Karte der räumlichen und vertikalen Veränderungen der Partialdrücke der leichten Kohlenwasserstoffe und der Karte der Verteilung des potentiellen Porenraumvolumens zum Erstellen einer Karte der räumlichen und vertikalen Veränderung von Proxys für das drucknormalisierte Gesamtpotential.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Erstellen der Karte der Verteilung des potentiellen Porenraumvolumens Folgendes umfasst: das Erstellen einer Karte der Dicke eines Lagerstättenhorizonts (engl.: reservoir interval); das Erstellen einer Karte der durchschnittlichen Porosität des Lagerstättenhorizonts; und das Falten der Karte der Dicke des Lagerstättenhorizonts und der Karte der durchschnittlichen Porosität des Lagerstättenhorizonts zum Erstellen der Karte der Verteilung des potentiellen Porenraumvolumens.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Erstellen der Karte der Dicke des Lagerstättenhorizonts das Verwenden invertierter akustischer Eigenschaften zum Schätzen des Volumens organischer Masse und der Rohdichte der Formation umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Erstellen der Karte der durchschnittlichen Porosität des Lagerstättenhorizonts das Messen eines Volumens und einer Dichte organischer Masse in dem Lagerstättenhorizont und das Verwenden des Volumens und der Dichte der organischen Masse und der Rohdichte der Gesteinsmineralmatrix zum Schätzen der Porosität des Lagerstättenhorizonts umfasst.