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VERWANDTE FÄLLE
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 1. Oktober 2013 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/885,225, die hiermit durch Bezugnahme einbezogen ist.
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HINTERGRUND
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren zur Schätzung der In-situ-Dichte leichter Kohlenwasserstoffe. In 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.
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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).
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
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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.
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Bei einer Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Bewertung einer Schiefermuttergesteinsformation vor, umfassend: das Ermitteln von In-situ-Partialdrücken eines leichten Kohlenwasserstoffs mittels eines Raman-Bohrlochwerkzeugs und das Erstellen einer Karte räumlicher und vertikaler Schwankungen der In-situ-Partialdrücke des leichten Kohlenasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation.
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Bei einer weiteren Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Bewertung einer Schiefermuttergesteinsformation vor, umfassend: das Ermitteln von In-situ-Partialdrücken eines leichten Kohlenwasserstoffs mittels eines Raman-Bohrlochwerkzeugs; das Erstellen einer Karte räumlicher und vertikaler Schwankungen von Proxys für ein drucknormalisiertes Gesamtpotential; und das Identifizieren der Bereiche auf der Karte, die einem obersten Quartil für das drucknormalisierte Gesamtpotential entsprechen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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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.
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1 zeigt ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen dem Druck und der Konzentration leichter Kohlenwasserstoffe darstellt.
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2 zeigt eine Darstellung der Faltung verschiedener Flächenverteilungen von Lagerstättendaten zur Erzeugung einer Flächenverteilung des Kohlenwasserstoffvolumens und des drucknormalisierten Proxy-Gesamtpotentials (engl.: „PN-EUR”).
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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.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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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.
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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.
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Einige erwünschte Eigenschaften der hier diskutierten 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 die zweidimensionale Karte 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.
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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 Konzentration leichter Kohlenwasserstoffe von gelösten Komponenten basieren, die mittels eines drahtgebundenen Raman-Werkzeugs in dem Bohrloch gemessen wird. Es wurde zuvor ein enger Zusammenhang zwischen den Dichten des von einem Schiefermuttergestein erzeugten leichten Kohlenwasserstoffs und dem Gesamtpotential, insbesondere dem drucknormalisierten Gesamtpotential, beobachtet. Aufgrund dieses Zusammenhangs können die In-situ-Dichten und -Drücke des leichten Kohlenwasserstoffs an verschiedenen Stellen in der Formation von einem Zustandsgleichungsmodell und der gemessenen Konzentration von in einem ein an organischen Verbindungen reichen Muttergesteinshorizont durchdringenden Bohrloch in Wasser gelösten leichten Kohlenwasserstoffen abgeleitet werden. Die In-situ-Dichten und -Drücke stellen erkannte Proxys für drucknormalisierte Gesamtpotentialdaten dar, die üblicherweise aus Förderdaten gewonnen werden.
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Bei einer Ausführungsform sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Bewertung einer Schiefermuttergesteinsformation vor, umfassend: das Ermitteln von In-situ-Partialdrücken eines leichten Kohlenwasserstoffs mittels eines Raman-Bohrlochwerkzeugs und das Erstellen einer Karte räumlicher und vertikaler Schwankungen der In-situ-Partialdrücke des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation.
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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.
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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 als dominanter Kohlenstoffspezies sein. 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.
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Bei einigen Ausführungsformen können der In-situ-Druck und die In-situ-Zusammensetzung des leichten Kohlenwasserstoffs mittels eines Raman-Bohrlochwerkzeugs ermittelt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann das Raman-Bohrlochwerkzeug dazu verwendet werden, gelöste Konzentrationen von leichten Kohlenwasserstoffen zu messen, die in dem Wasser gelöst sind, das ein einem an organischen Verbindungen reichen Muttergestein benachbartes Bohrlochvolumen einnimmt. Ein Beispiel eines geeigneten Raman-Bohrlochwerkzeugs ist ein von WellDog entwickeltes Werkzeug. Weitere Beispiele solcher Werkzeuge sind in den
US-Offenlegungsschriften Nr. 2012/0312530 ,
2011/0036146 ,
2004/0061858 und
2003/0048450 beschrieben, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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Bei einigen Ausführungsformen ist das Raman-Bohrlochwerkzeug kurz gesagt in der Lage, die Intensität der C-H-Schwingungsmoden zu messen, indem mittels eines Lasers Photonen in einem Gemisch aus Wasser und leichten Kohlenwasserstoffen angeregt werden. Da Wasser bei der Frequenz, bei der durch die charakteristischen Schwingungsmoden leichter Kohlenwasserstoffe angeregte Photonen erzeugt werden, keine Raman-Reaktion zeigt, kann die Raman-Reaktion zur Messung der Konzentration von leichtem Kohlenwasserstoffgas verwendet werden, das in einer mit Wasser gesättigten Bohrlochumgebung gelöst ist. Ein Beispiel einer Raman-Reaktion, die zur Messung der Konzentration von Methanlösungsgas in der mit Wasser gesättigten Bohrlochumgebung verwendet werden kann, ist in 1 gezeigt. Wie aus 1 ersichtlich ist, liegt die Raman-Peakreaktion von gasförmigem Methan bei ungefähr 2915 cm–1, während die Raman-Peakreaktion von gelöstem Methan bei ungefähr 2913 cm–1 liegt.
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Zur Schätzung des In-situ-Partialdrucks eines leichten Kohlenwasserstoffs mittels eines Raman-Bohrlochwerkzeugs muss bei einigen Ausführungsformen gegebenenfalls ein Abschnitt des Bohrlochs isoliert werden. Ein Verfahren zur Isolierung des Bohrlochs umfasst die Verwendung von Gummipackern, die mit Wasser aufgepumpt werden, um eine ausgewählte vertikale Länge des Bohrlochs abzudichten. Bei einem solchen System kann der Druck in dem mit Packern abgetrennten Bereich gleich dem hydrostatischen Druck von Wasser sein, da das System unter einer hydraulischen Höhe liegen kann. Die In-situ-Temperatur kann mittels eines Thermoelements aufgezeichnet werden und der Salzgehalt des Wassers kann durch Messung des Widerstands des Fluids in dem durch Packer abgetrennten Bohrlochbereich geschätzt werden.
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Bei weiteren Ausführungsformen kann die Isolierung des Bohrlochabschnitts bzw. der Einsatz von Packern entfallen, wenn das Raman-Bohrlochwerkzeug verwendet wird.
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Die von dem Raman-Werkzeug übermittelte Reaktion des leichten Kohlenwasserstoffs misst die Peakintensität der charakteristischen Raman-Peaks des leichten Kohlenwasserstoffs. Diese Peaks können mit zuvor kalibrierten Peaks verglichen werden, um die Konzentration von in Wasser gelösten leichten Gasen in dem Bohrloch zu ermitteln. Die Partialdrücke der leichten Gase können dann anhand einer geeigneten Henry-Konstante berechnet werden. Bei Ausführungsformen, bei denen die Schiefermuttergesteinsformation lediglich eine Art von leichten Kohlenwasserstoffen (z. B. Methan) enthält, kann ein einziges Zustandsgleichungsmodell für den leichten Kohlenwasserstoff angewendet werden, um den Druck an der Stelle in der Formation zu messen, an der das Raman-Bohrlochwerkzeug den leichten Kohlenwasserstoff gemessen hat. 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. Bei einigen Ausführungsformen können im Handel erhältliche PVT-Simulationssoftwarepakete zur Berechnung des Drucks des leichten Kohlenwasserstoffs anhand der gemessenen Konzentration des leichten Kohlenwasserstoffs verwendet werden.
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Die Temperatur kann durch direkte Messung in dem Bohrloch ermittelt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann das Raman-Bohrlochwerkzeug beispielsweise ein Thermoelement umfassen, das die Temperatur misst.
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Mittels der oben beschriebenen Verfahren können somit die Drücke eines leichten Kohlenwasserstoffs in einer Formation an Stellen, an denen die Raman-Spektroskopie im Bohrloch durchgeführt wurde, geschätzt werden.
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Bei einigen Ausführungsformen kann das Erstellen einer Karte der räumlichen und vertikalen Schwankungen der In-situ-Partialdrücke des leichten Kohlenwasserstoffs in der Schiefermuttergesteinsformation das Verwenden einer Raman-Bohrlochvorrichtung zum Ermitteln von In-situ-Partialdrücken eines leichten Kohlenwasserstoffs an mehreren Stellen in der Schiefermuttergesteinsformation und das Erstellen einer Karte der räumlichen und vertikalen Schwankungen der Partialdrücke der leichten Kohlenwasserstoffe anhand dieser Schätzungen umfassen. Die Drücke der leichten Kohlenwasserstoffe an nicht gemessenen, anderen Stellen können mittels herkömmlicher Interpolations- und/oder Extrapolationsmethoden geschätzt werden.
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Bei einigen Ausführungsformen sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Bewertung einer Schiefermuttergesteinsformation vor, umfassend: das Ermitteln von In-situ-Partialdrücken leichter Kohlenwasserstoffe mittels eines Raman-Bohrlochwerkzeugs; das Erstellen einer Karte räumlicher und vertikaler Schwankungen von Proxys für ein drucknormalisiertes Gesamtpotential; und das Identifizieren potentieller Bereiche auf der Karte, die einem obersten Quartil für das drucknormalisierte Gesamtpotential entsprechen.
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Bei einigen Ausführungsformen kann eine die räumliche und vertikale Schwankung des drucknormalisierten Gesamtpotentials vorhersagende Karte erstellt werden, indem allein auf die aus einem der oben beschriebenen Verfahren gewonnen Daten zurückgegriffen wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die die räumliche und vertikale Schwankung des drucknormalisierten Gesamtpotentials vorhersagende Karte erstellt werden, indem auf eine Kombination der oben beschriebenen Verfahren und beliebige andere Verfahren 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 Abschnitte 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.
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Bei einigen Ausführungsformen kann das Erstellen der Karte der räumlichen und vertikalen Schwankung 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.
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Die Formationseigenschaften können auf verschiedene Arten ermittelt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl dieser Formationseigenschaften, wie zum Beispiel Gaszusammensetzung, Partialdruck, Temperatur und/oder Volumen, anhand der oben beschriebenen Verfahren ermittelt werden.
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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 Schwankungen 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. Ist die Abweichung allerdings unzulässig groß, kann das Modell des Untergrunds 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. Dieses Modell kann dann angewendet werden, um die Karten des drucknormalisierten Gesamtpotentials zu erstellen.
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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 können zur Ermittlung von Formationseigenschaften für unkonventionelle Lagerstätten zusätzliche Kalibrierungsschritte notwendig sein. Unter Umständen 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 (engl.: reservoir interval) im betrachteten Bereich kann dann anhand dieser Ergebnisse erzeugt werden.
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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 auf Grundlage 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.
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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 Schwankungen der Partialdrücke der leichten Kohlenwasserstoffe können 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 Schwankungen des Gesamtpotentials vorhersagt, und auf der Karte können sodann Bereiche identifiziert werden, die mit ihrem Potential im obersten Quartil als Kandidaten für eine Erschließung in Frage kommen. 2 zeigt die Faltung dieser Karten. Wie in 2 zu sehen ist, entsprechen die heller gefärbten Bereiche der jeweiligen Karte den höheren Werten hinsichtlich Dicke, Porosität, Porenraum, Partialdruck, Kohlenwasserstoffdichte und Gesamtpotential.
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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.
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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.
