(Table 1) Summary of basalt unit thickness, vesicularity, number of flow units, and average porosity at ODP Site 135-839

An inflatable drill-string packer was used at Site 839 to measure the bulk in-situ permeability within basalts cored in Hole 839B. The packer was inflated at two depths, 398.2 and 326.9 mbsf; all on-board information indicated that the packer mechanically closed off the borehole, although apparently the packer hydraulically sealed the borehole only at 398.2 mbsf. Two pulse tests were run at each depth, two constant-rate injection tests were run at the first set, and four were run at the second. Of these, only the constant-rate injection tests at the first set yielded a permeability, calculated as ranging from 1 to 5 * 10**-12 m**2. Pulse tests and constant-rate injection tests for the second set did not yield valid data. The measured permeability is an upper limit; if the packer leaked during the experiments, the basalt would be less permeable. In comparison, permeabilities measured at other Deep Sea Drilling Project and Ocean Drilling Program sites in pillow basalts and flows similar to those measured in Hole 839B are mainly about 10**-13 to 10**-14 m**2. Thus, if our results are valid, the basalts at Site 839 are more permeable than ocean-floor basalts investigated elsewhere. Based on other supporting evidence, we consider these results to be a valid measure of the permeability of the basalts. Temperature data and the geochemical and geotechnical properties of the drilled sediments all indicate that the site is strongly affected by fluid flow. The heat flow is very much less than expected in young oceanic basalts, probably a result of rapid fluid circulation through the crust. The geochemistry of pore fluids is similar to that of seawater, indicating seawater flow through the sediments, and sediments are uniformly underconsolidated for their burial depth, again indicating probable fluid flow. The basalts are highly vesicular. However, the vesicularity can only account for part of the average porosity measured on the neutron porosity well log; the remainder of the measured porosity is likely present as voids and fractures within and between thin-bedded basalts. Core samples, together with porosity, density, and resistivity well-log data show locations where the basalt section is thin bedded and probably has from 15% to 35% void and fracture porosity. Thus, the measured permeability seems reasonable with respect to the high measured porosity. Much of the fluid flow at Site 839 could be directed through highly porous and permeable zones within and between the basalt flows and in the sediment layer just above the basalt. Thus, the permeability measurements give an indication of where and how fluid flow may occur within the oceanic crust of the Lau Basin.

火成岩储层裂缝识别、预测理论与方法研究－以济阳坳陷火成岩油藏为例

Since 1970s, igneous reservoirs such as Shang741, Bin674 and Luol51 have been found in Jiyang depression, which are enrichment and heavy-producing. Showing good prospect of exploration and development, igneous reservoirs have been the main part of increasing reserves and production in Shengli oilfield. As fracture igneous reservoir being an extraordinary complex concealed reservoir and showing heavy heterogeneity in spatial distribution, the study of recognition, prediction, formation mechanism and the law of distribution of fracture is essential to develop the reservoir. Guided by multiple discipline theory such as sedimentology, geophysics, mineralogy, petroleum geology, structural geology and reservoir engineering, a set of theories and methods of recognition and prediction of fractured igneous rock reservoir are formed in this paper. Rock data, three-dimensional seismic data, log data, borehole log data, testing data and production data are combined in these methods by the means of computer. Based on the research of igneous rock petrography and reservoir formation mechanism, emphasized on the assessment and forecast of igneous rock reservoir, aimed at establishing a nonhomogeneity quantification model of fractured igneous rock reservoir, the creativity on the fracture recognition, prediction and formation mechanism are achieved. The research result is applied to Jiyang depression, suggestion of exploration and development for fractured igneous rock reservoir is supplied and some great achievement and favourable economic effect are achieved. The main achievements are gained as follows: 1. The main facies models of igneous rock reservoir in JiYang depression are summarized. Based on data and techniques of seism, well log and logging,started from the research of single well rock facies, proceeded by seismic and log facies research, from point to line and line to face, the regional igneous facies models are established. And hypabyssal intrusion allgovite facies model, explosion volcaniclastic rock facies model and overfall basaltic rocks facies model are the main facies models of igneous rock reservoir in JiYang depression. 2. Four nonhomogenous reservoir models of igneous reservoirs are established, which is the base of fracture prediction and recognition. According to characteristics of igneous petrology and spatial types of reservoir, igneous reservoirs of Jiyang depression are divided into four categories: fractured irruptive rock reservoir, fracture-pore thermocontact metamorphic rock and irruptive rock compound reservoir, pore volcanic debris cone reservoir and fracture-pore overfall basaltic rock reservoir. The spatial distribution of each model's reservoir has its features. And reservoirs can be divided into primary ones and secondary ones, whose mechanism of formation and laws of distribution are studied in this paper. 3. Eight geologic factors which dominate igneous reservoirs are presented. The eight geologic factors which dominates igneous reservoirs are igneous facies, epigenetic tectonics deformation, fracture motion, intensity of intrusive effect and adjoining-rock characters, thermo-contact metamorphic rock facies, specific volcano-tectonic position, magmatic cyclicity and epigenetic diagenetic evolution. The interaction of the eight factors forms the four types nonhomogenous reservoir models of igneous reservoirs in Jiyang depression. And igneous facies and fracture motion are the most important and primary factors. 4. Identification patterns of seismic, well log and logging facies of igneous rocks are established. Igneous rocks of Jiyang depression show typical reflecting features on seismic profile. Tabular reflection seismic facies, arc reflection seismic facies and hummocky or mushroom reflection seismic facies are the three main facies. Logging response features of basic basalt and diabase are shown as typical "three low and two high", which means low natural gamma value, low interval transit-time, low neutron porosity, high resistivity and high density. Volcaniclastic rocks show "two high and three low"-high neutron porosity, high interval transit-time, low density, low-resistance and low natural gamma value. Thermo-contact metamorphic rocks surrounding to diabase show "four high and two low" on log data, which is high natural gamma value, high self-potential anomaly, high neutron porosity, high interval transit-time and low density and low-resistance. Based on seismic, well log and logging data, spatial shape of Shang 741 igneous rock is described. 5. The methods of fracture prediction and recognition for fractured igneous reservoir are summarized. Adopting FMI image log and nuclear magnetic resonance log to quantitative analysis of fractured igneous reservoir and according to formation mechanism and shape of fracture, various fractures are recognized, such as high-angle fracture, low-angle fracture, vertical fracture, reticulated fracture, induced fracture, infilling fracture and corrosion vug. Shang 741 intrusive rock reservoir can be divided into pore-vug compound type, pore fracture type, micro-pore and micro-fracture type. Physical properties parameters of the reservoir are computed and single-well fracture model and reservoir parameters model are established. 6. Various comprehensive methods of fracture prediction and recognition for fractured igneous reservoir are put forward. Adopting three-element (igneous facies, fracture motion and rock bending) geologic comprehensive reservoir evaluation technique and deep-shallow unconventional laterolog constrained inversion technique, lateral prediction of fractured reservoir such as Shang 741 is taken and nonhomogeneity quantification models of reservoirs are established.

DFA e análise de agrupamento aplicadas a perfis de porosidade neutrônico em poços de petróleo

Peng was the first to work with the Technical DFA (Detrended Fluctuation Analysis), a tool capable of detecting auto-long-range correlation in time series with non-stationary. In this study, the technique of DFA is used to obtain the Hurst exponent (H) profile of the electric neutron porosity of the 52 oil wells in Namorado Field, located in the Campos Basin -Brazil. The purpose is to know if the Hurst exponent can be used to characterize spatial distribution of wells. Thus, we verify that the wells that have close values of H are spatially close together. In this work we used the method of hierarchical clustering and non-hierarchical clustering method (the k-mean method). Then compare the two methods to see which of the two provides the best result. From this, was the parameter � (index neighborhood) which checks whether a data set generated by the k- average method, or at random, so in fact spatial patterns. High values of � indicate that the data are aggregated, while low values of � indicate that the data are scattered (no spatial correlation). Using the Monte Carlo method showed that combined data show a random distribution of � below the empirical value. So the empirical evidence of H obtained from 52 wells are grouped geographically. By passing the data of standard curves with the results obtained by the k-mean, confirming that it is effective to correlate well in spatial distribution

Simulação de perfis nucleares de poço em formações complexas

A identificação e descrição dos caracteres litológicos de uma formação são indispensáveis à avaliação de formações complexas. Com este objetivo, tem sido sistematicamente usada a combinação de ferramentas nucleares em poços não-revestidos. Os perfis resultantes podem ser considerados como a interação entre duas fases distintas: • Fase de transporte da radiação desde a fonte até um ou mais detectores, através da formação. • Fase de detecção, que consiste na coleção da radiação, sua transformação em pulsos de corrente e, finalmente, na distribuição espectral destes pulsos. Visto que a presença do detector não afeta fortemente o resultado do transporte da radiação, cada fase pode ser simulada independentemente uma da outra, o que permite introduzir um novo tipo de modelamento que desacopla as duas fases. Neste trabalho, a resposta final é simulada combinando soluções numéricas do transporte com uma biblioteca de funções resposta do detector, para diferentes energias incidentes e para cada arranjo específico de fontes e detectores. O transporte da radiação é calculado através do algoritmo de elementos finitos (FEM), na forma de fluxo escalar 2½-D, proveniente da solução numérica da aproximação de difusão para multigrupos da equação de transporte de Boltzmann, no espaço de fase, dita aproximação P₁, onde a variável direção é expandida em termos dos polinômios ortogonais de Legendre. Isto determina a redução da dimensionalidade do problema, tornando-o mais compatível com o algoritmo FEM, onde o fluxo dependa exclusivamente da variável espacial e das propriedades físicas da formação. A função resposta do detector NaI(Tl) é obtida independentemente pelo método Monte Carlo (MC) em que a reconstrução da vida de uma partícula dentro do cristal cintilador é feita simulando, interação por interação, a posição, direção e energia das diferentes partículas, com a ajuda de números aleatórios aos quais estão associados leis de probabilidades adequadas. Os possíveis tipos de interação (Rayleigh, Efeito fotoelétrico, Compton e Produção de pares) são determinados similarmente. Completa-se a simulação quando as funções resposta do detector são convolvidas com o fluxo escalar, produzindo como resposta final, o espectro de altura de pulso do sistema modelado. Neste espectro serão selecionados conjuntos de canais denominados janelas de detecção. As taxas de contagens em cada janela apresentam dependências diferenciadas sobre a densidade eletrônica e a fitologia. Isto permite utilizar a combinação dessas janelas na determinação da densidade e do fator de absorção fotoelétrico das formações. De acordo com a metodologia desenvolvida, os perfis, tanto em modelos de camadas espessas quanto finas, puderam ser simulados. O desempenho do método foi testado em formações complexas, principalmente naquelas em que a presença de minerais de argila, feldspato e mica, produziram efeitos consideráveis capazes de perturbar a resposta final das ferramentas. Os resultados mostraram que as formações com densidade entre 1.8 e 4.0 g/cm³ e fatores de absorção fotoelétrico no intervalo de 1.5 a 5 barns/e^-, tiveram seus caracteres físicos e litológicos perfeitamente identificados. As concentrações de Potássio, Urânio e Tório, puderam ser obtidas com a introdução de um novo sistema de calibração, capaz de corrigir os efeitos devidos à influência de altas variâncias e de correlações negativas, observadas principalmente no cálculo das concentrações em massa de Urânio e Potássio. Na simulação da resposta da sonda CNL, utilizando o algoritmo de regressão polinomial de Tittle, foi verificado que, devido à resolução vertical limitada por ela apresentada, as camadas com espessuras inferiores ao espaçamento fonte - detector mais distante tiveram os valores de porosidade aparente medidos erroneamente. Isto deve-se ao fato do algoritmo de Tittle aplicar-se exclusivamente a camadas espessas. Em virtude desse erro, foi desenvolvido um método que leva em conta um fator de contribuição determinado pela área relativa de cada camada dentro da zona de máxima informação. Assim, a porosidade de cada ponto em subsuperfície pôde ser determinada convolvendo estes fatores com os índices de porosidade locais, porém supondo cada camada suficientemente espessa a fim de adequar-se ao algoritmo de Tittle. Por fim, as limitações adicionais impostas pela presença de minerais perturbadores, foram resolvidas supondo a formação como que composta por um mineral base totalmente saturada com água, sendo os componentes restantes considerados perturbações sobre este caso base. Estes resultados permitem calcular perfis sintéticos de poço, que poderão ser utilizados em esquemas de inversão com o objetivo de obter uma avaliação quantitativa mais detalhada de formações complexas.

Aplicação de análise de séries temporais em perfis de poço

Esta tese descreve a aplicação de análise de séries temporais em perfis de poço. Através desta técnica é possível avaliar-se a repetição e a resolução vertical de perfis, e determinar-se o intervalo de amostragem e a velocidade de perfilagem ideais para diferentes perfis. A comparação entre três poços é também feita, baseada num mesmo tipo de perfil. Para tanto, na seqüência utilizada, procurou-se manter num mesmo domínio os dados cuja quantidade total de amostras (N) por perfil não ultrapassou 2048. Desses dados, foram inicialmente retirados o valor médio das amostras e o alinhamento polinomial algébrico eventualmente nelas embutido. Em seguida, foi efetuada a aplicação do ponderador cossenoidal, do filtro passa-alta, da janela Hanning, do cálculo da função coerência, do espectro de fase, da razão sinal-ruído e dos espectros de potência do sinal e do ruído, nesta ordem. Para a função coerência, fez-se necessário o cálculo dos níveis de confiança de 50%, 90% e 95%. O cálculo do primeiro nível teve por base a necessidade de se determinar a resolução vertical de alguns perfis, e dos demais, a fim de que fosse obtida uma informação referente à localização daqueles níveis para a coerência calculada. Em relação ao espectro de fase, seu cálculo surgiu da necessidade de se obter uma informação adicional a respeito dos perfis manipulados, ou seja, o conhecimento da ocorrência ou não de deslocamento relativo de profundidade entre a seção principal e a seção repetida. A razão sinal-ruído foi calculada no sentido de possibilitar a comparação, como elemento avaliador dos diversos tipos de perfis, com a coerência e o cálculo dos espectros de potência. Os espectros de potência do sinal e do ruído foram calculados para se ter mais um parâmetro de avaliação da seção repetida, já que em tese, os espectros de potência do sinal e do ruído da seção repetida devem ser iguais aos respectivos espectros da seção principal. Os dados utilizados na aplicação da metodologia proposta foram fornecidos pela PETROBRÁS e oriundos de quatro poços da Bacia Potiguar emersa. Por questões de sigilo empresarial, os poços foram identificados como poços A, B, C e D. A avaliação da repetição entre diferentes tipos de perfis indica que, para o poço A, o perfil micro-esférico (MSFL) tem repetição melhor do que o perfil de porosidade neutrônica (CNL), o qual tem, por sua vez, repetição melhor do que o perfil de raios gama normal (GR). Para os perfis do poço D, uma diminuição da velocidade de perfilagem de 550 m/h para 275 m/h é vantajosa apenas para o perfil de porosidade neutrônica. Já a velocidade de perfilagem de 920 m/h, utilizada, na obtenção dos perfis do poço C, é totalmente inadequada para os perfis de resistividade (MSFL, ILD e ILM). A diminuição do intervalo de amostragem de 0,20 m para 0,0508 m, nos perfis de raios gama e de porosidade neutrônica, e 0,0254 m para o perfil de densidade, apresenta bons resultados quando aplicada no poço D. O cálculo da resolução vertical indica, para o perfil de porosidade neutrônica, uma superioridade qualitativa em relação ao perfil de raios gama normal, ambos pertencentes ao poço A. Para o poço C, o perfil micro-esférico apresenta uma resolução vertical na mesma ordem de grandeza da resolução do perfil de raios gama do poço B, o que evidencia ainda mais a inconveniência da velocidade de perfilagem utilizada no poço C. Já para o poço D, o cálculo da resolução vertical indica uma superioridade qualitativa do perfil de densidade de alta resolução em relação ao perfil de raios gama de alta resolução. A comparação entre os poços A, B e D, levada a efeito através dos respectivos perfis de porosidade neutrônica normais, comprova que a presença de ruído aleatório, em geral, está diretamente ligada à porosidade da formação - uma maior porosidade indica uma presença maior de ruído e, por conseguinte, uma queda qualitativa no perfil obtido. A análise do espectro de fase de cada perfil indica um deslocamento em profundidade, existente entre as seções principal e repetida de todos os perfis do poço C. E isto pôde ser confirmado com a posterior superposição das seções.

Correlação de poços com múltiplos perfis através da rede neural multicamadas

A correlação estratigráfica busca a determinação da continuidade lateral das rochas, ou a equivalência espacial entre unidades litológicas em subsuperfície, a partir de informações geológico-geofísicas oriundas de poços tubulares, que atravessam estas rochas. Normalmente, mas não exclusivamente, a correlação estratigráfica é realizada a partir das propriedades físicas registradas nos perfis geofísicos de poço. Neste caso, busca-se a equivalência litológica a partir da equivalência entre as propriedades físicas, medidas nos vários poços de um campo petrolífero. A técnica da correlação estratigráfica com perfis geofísicos de poço não é uma atividade trivial e sim, sujeita a inúmeras possibilidades de uma errônea interpretação da disposição geométrica ou da continuidade lateral das rochas em subsuperfície, em função da variabilidade geológica e da ambigüidade das respostas das ferramentas. Logo, é recomendável a utilização de um grande número de perfis de um mesmo poço, para uma melhor interpretação. A correlação estratigráfica é fundamental para o engenheiro de reservatório ou o geólogo, pois a partir da mesma, é possível a definição de estratégias de explotação de um campo petrolífero e a interpretação das continuidades hidráulicas dos reservatórios, bem como auxílio para a construção do modelo geológico para os reservatórios, a partir da interpretação do comportamento estrutural das diversas camadas em subsuperfície. Este trabalho apresenta um método de automação das atividades manuais envolvidas na correlação estratigráfica, com a utilização de vários perfis geofísicos de poço, através de uma arquitetura de rede neural artificial multicamadas, treinada com o algoritmo de retropropagação do erro. A correlação estratigráfica, obtida a partir da rede neural artificial, possibilita o transporte da informação geológica do datum de correlação ao longo do campo, possibilitando ao intérprete, uma visão espacial do comportamento do reservatório e a simulação dos possíveis paleoambientes. Com a metodologia aqui apresentada foi possível a construção automática de um bloco diagrama, mostrando a disposição espacial de uma camada argilosa, utilizando-se os perfis de Raio Gama (RG), Volume de Argila (Vsh), Densidade (ρ_b) e de Porosidade Neutrônica (φ_n) selecionados em cinco poços da região do Lago Maracaibo, na Venezuela.

Sonic log prediction in carbonates

This work is conducted to study the complications associated with the sonic log prediction in carbonate logs and to investigate the possible solutions to accurately predict the sonic logs in Traverse Limestone. Well logs from fifty different wells were analyzed to define the mineralogy of the Traverse Limestone by using conventional 4-mineral and 3-mineral identification approaches. We modified the conventional 3-mineral identification approach (that completely neglects the gamma ray response) to correct the shale effects on the basis of gamma ray log before employing the 3-mineral identification. This modification helped to get the meaningful insight of the data when a plot was made between DGA (dry grain density) and UMA (Photoelectric Volumetric Cross-section) with the characteristic ternary diagram of the quartz, calcite and dolomite. The results were then compared with the 4-mineral identification approach. Contour maps of the average mineral fractions present in the Traverse Limestone were prepared to see the basin wide mineralogy of Traverse Limestone. In the second part, sonic response of Traverse Limestone was predicted in fifty randomly distributed wells. We used the modified time average equation that accounts for the shale effects on the basis of gamma ray log, and used it to predict the sonic behavior from density porosity and average porosity. To account for the secondary porosity of dolomite, we subtracted the dolomitic fraction of clean porosity from the total porosity. The pseudo-sonic logs were then compared with the measured sonic logs on the root mean square (RMS) basis. Addition of dolomite correction in modified time average equation improved the results of sonic prediction from neutron porosity and average porosity. The results demonstrated that sonic logs could be predicted in carbonate rocks with a root mean square error of about 4μsec/ft. We also attempted the use of individual mineral components for sonic log prediction but the ambiguities in mineral fractions and in the sonic properties of the minerals limited the accuracy of the results.

A PETROPHYSICAL EVALUATION OF THE TRENTON-BLACK RIVER FORMATION OF THE MICHIGAN BASIN

This work is conducted to study the geological and petrophysical features of the Trenton- Black River limestone formation. Log curves, crossplots and mineral identification methods using well-log data are used to determine the components and analyze changes in lithology. Thirty-five wells from the Michigan Basin are used to define the mineralogy of Trenton-Black River limestone. Using the different responses of a few log curves, especially gamma-ray, resistivity and neutron porosity, the formation tops for the Utica shale, the Trenton limestone, the Black River limestone and the Prairie du Chien sandstone are identified to confirm earlier authors’ work and provide a basis for my further work. From these, an isopach map showing the thickness of Trenton-Black River formation is created, indicating that its maximum thickness lies in the eastern basin and decreases gradually to the west. In order to obtain more detailed lithological information about the limestone formations at the thirty-five wells, (a) neutron-density and neutron-sonic crossplots, (b) mineral identification methods, including the M-N plot, MID plot, ϱmaa vs. Umaa MID plot, and the PEF plot, and (c) a modified mineral identification technique are applied to these wells. From this, compositions of the Trenton-Black River formation can be divided into three different rock types: pure limestone, partially dolomitized limestone, and shaly limestone. Maps showing the fraction of dolomite and shale indicate their geographic distribution, with dolomite present more in the western and southwestern basin, and shale more common in the north-central basin. Mineral identification is an independent check on the distribution found from other authors, who found similar distributions based on core descriptions. The Thomas Stieber method of analysis is best suited to sand-shale sequences, interpreting hree different distributions of shale within sand, including dispersed, laminated and structural. Since this method is commonly applied in clastic rocks, my work using the Thomas Stieber method is new, as an attempt to apply this technique, developed for clastics, to carbonate rocks. Based on the original assumption and equations with a corresponding change to the Trenton-Black River formation, feasibility of using the Thomas Stieber method in carbonates is tested. A graphical display of gamma-ray versus density porosity, using the properties of clean carbonate and pure shale, suggests the presence of laminated shale in fourteen wells in this study. Combined with Wilson’s study (2001), it is safe to conclude that when shale occurs in the Trenton-Black River formation, it tends to be laminated shale.

Methane hydrate at DSDP Site 84-570

Deep Sea Drilling Project (DSDP) studies at Site 570 on the landward slope of the Middle America Trench off Guatemala allow for the first time a quantitative estimate of the methane hydrate content in the massive mudstones deposited there. Drilling across the Guatemalan transect on DSDP Legs 67 and 84 has resulted in the greatest number of visual observations of gas hydrate in any marine area. At Site 570, a 1.5-m-long section of massive methane hydrate was unexpectedly cored in an area where none of the usual signs of gas hydrate in seismic records were present. The sediment section is similar to that recovered at the other eight sites off Guatemala, but drilling at Site 570 may have penetrated through a fault zone that provided the space for accumulation of massive gas hydrate. The methane hydrate was analyzed using the following well logs: density, sonic, resistivity, gamma-ray, caliper, neutron porosity, and temperature. The density, sonic, and resistivity logs define a 15-m-thick hydrated zone within which a 4-m-thick nearly pure hydrate section is contained. The methane gas content ranges from 240 m**3 to 1400 m**3 per m**2 of lateral extent; and if the body extends a square kilometer, its total volume of stored gas could be from 240*10**6m**3 to 1400*10**6m**3. Because the acoustic impedance of hydrate calculated from the sonic and density logs shows no anomalous values, the shape and extent of the hydrate body cannot be defined in seismic records. Thus the body is theoretically nonreflective in contrast to the base of the hydrate reflection. The base of the gas hydrate reflection is presumed to be the result of the velocity contrast between sediment containing gas hydrate and sediment containing free gas.