Orientador: Joerg Dietrich Wilhelm Schleicher

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências

Resumo: Nos reservatórios de hidrocarbonetos, a caracterização das falhas e fraturas é de extrema importância devido a seu papel ora como barreiras ao fluxo, ora canais condutores. Os efeitos da anisotropia causada por fraturas alinhadas têm sido objeto de muitos trabalhos e experimentos de...

Resumo: Nos reservatórios de hidrocarbonetos, a caracterização das falhas e fraturas é de extrema importância devido a seu papel ora como barreiras ao fluxo, ora canais condutores. Os efeitos da anisotropia causada por fraturas alinhadas têm sido objeto de muitos trabalhos e experimentos de modelagem sísmica. No entanto, devido a complexidade exibida por meios fraturados anisotrópicos, a caracterização desse tipo de meio nem sempre é possível. Nestas condições, através da adoção de modelos e geometrias simplificados, bem como da adequada escolha dos parâmetros é que a modelagem física da propagação de ondas sísmicas através de meios fraturados permite estimar a influência destas características das fraturas de forma mais confiável. Modelamos fraturas preenchidas por material de baixa resistência ao cisalhamento usando inclusões de neoprene, que possui esta característica. Foram efetuadas medidas de transmissão acústica de ondas P e S em um modelo de referência sem inclusões e em outro modelo com inclusões discóides de neoprene. Os dados ultrassônicos foram adquiridos usando transdutores de ondas P com frequência central de 120 kHz e de ondas S com 90 kHz. Estudamos o comportamento destes dois meios anisotrópicos sob compressão uniaxial. Também estudamos o efeito destas inclusões sobre os parâmetros anisotrópicos de um meio cujo arcabouço já apresentava comportamento anisotrópico polar. Ambos os modelos foram submetidos a compressão uniaxial com tensões de 3 até 15,8 MPa. O completo fechamento das fraturas ocorre ao nível de tensão de 14,6 MPa. Nossa análise aponta a existência de diferentes regimes para o comportamento das inclusões, observados tanto no parâmetro densidade de fraturas quanto sob sua razão de aspecto. Estes resultados sugerem uma dependência da razão de aspecto para baixos níveis de tensão uniaxial diferente do que se tem reportado na literatura. Outros resultados obtidos dizem respeito à caracterização dos meios anisotrópicos devido ao fraturamento a partir dos coeficientes elásticos derivados a partir das velocidades sísmicas. Apesar de não exaustivos, nossos resultados mostram que abordagens experimentais simples podem fornecer conhecimento valioso do comportamento de rochas fraturadas aos níveis de tensão existentes nos reservatórios

Abstract: Fault and fracture characterization is very important for hydrocarbon reservoirs, due to it being either a flow barrier or conduit. Elastic anisotropy due to aligned cracks has been the subject of many seismic physical modeling experiments. However, due to the complexity exhibited by...

Abstract: Fault and fracture characterization is very important for hydrocarbon reservoirs, due to it being either a flow barrier or conduit. Elastic anisotropy due to aligned cracks has been the subject of many seismic physical modeling experiments. However, due to the complexity exhibited by fractured anisotropic media, fully characterizing these kind of media is not always possible. Under these conditions, the adoption of simplified models and geometries as well as adequate parameter choices permits characterizing these media using physical seismic modeling in a reliable way. We modeled fractures with a low shear modulus filling using neoprene rubber discs as inclusions, because of neoprene's low shear modulus. We carried out pulse transmission measurements of P- and S-wave velocities in a reference model without inclusions and in a model with penny-shaped neoprene inclusions. The reference model is an anisotropic matrix that consists of stacked plexiglass plates. Rubber discs were used as inclusions in that anisotropic matrix leading to secondary anisotropy, this is our second model. We recorded ultrasonic seismic data using P-wave transducers with central frequency 120 kHz and S-wave transducers with 90 kHz. We compressed the physical models using pressures ranging from 3 to 15.8MPa. Full crack closure occurs at stress 14.6MPa normal to model faces. Our analysis indicates different regimens for the behavior of the inclusions when observed via its crack densities and aspect ratios. These results suggest a different dependence of the crack aspect ratio on uniaxial stress at the low state of stress than usually described in the literature. Other results point that it might be possible to characterize a fractured medium though its elastic coefficients. Though our results are not extensive, they show that simple experimental approaches might provide valuable insight into the behavior of cracked rocks at reservoir stress levels