Fracture propagation and reservoir permeabiity in limestone-marl alternations
Final Report Abstract
Viele Sedimentgesteine, in denen die meisten Fluidreservoire für Erdöl, Erdgas, Grund- und Thermalwasser auftreten, sind geschichtet. Die Schichtung, die auch für Kalk-Mergel-Wechselfolgen (KMW) typisch ist, ist für die Entstehung von Brüchen und Bruchnetzwerken wichtig, insbesondere wenn sich auch die mechanischen Gesteinseigenschaften (z.B. Steifigkeit, Festigkeiten) von Schicht zu Schicht unterscheiden. Bruchnetzwerke wiederum sind für die Permeabilität von Reservoiren bedeutsam. Neben der Lithologie der einzelnen Schichten müssen in Hinblick auf die Bildung von Bruchsystemen auch die Eigenschaften der Schichtkontakte berücksichtigt werden. In diesem Projekt wurden Methoden der Sedimentologie, Strukturgeologie, Gesteinsphysik und Computersimulationen verbunden, um ein besseres Verständnis der Bedeutung von Fazies, Diagenese und petrophysikalischen Eigenschaften (Steifigkeit, Festigkeiten, Härte, Porosität) auf die Geometrie von Bruchnetzwerken (Bruchhäufigkeit, Öffnungsweiten usw.) und Permeabilitätsentwicklung in KMW zu erreichen. Als Beispiel wählten wir die frühjurassische „Blue Lias Formation“ des Bristol Channel Becken in Südwest-England und Wales. Während der Geländearbeiten stellten sich die KMW hier als wesentlich komplizierter heraus als vorher angenommen. Trotz räumlicher Nähe zueinander weisen manche Küstenaufschlüsse unterschiedliche sedimentologische und diagenetische Phänomene auf, die sich auch in unterschiedlichen Bruchmustern widerspiegeln. Wir konnten schließlich zeigen, dass diese Bruchmuster deutlich davon abhängen, ob die Kalksteinschichten eher als Bänke ausgebildet sind oder knollenförmig. Auch bei den Mergeln mussten wir verschiedene Typen unterscheiden. Es zeigte sich auch, dass Bruchmuster nicht nur von den Gesteinseigenschaften selbst abhängen, sondern auch von den Mächtigkeiten der Schichten sowie der Beschaffenheit der Schichtkontakte. Manche Schichtkontakte wirken als mechanische Grenzfläche, in anderen Fällen bilden mehrere Schichten mechanische Einheiten und wirken gar als mechanische Puffer. Die Bedingungen für die jeweilige Wirkung konnten wir exakter definieren und quantifizieren. Weiterhin zeigen wir, dass im Aufschluss möglichst ganze Schichtabfolgen untersucht werden sollten, nicht nur einzelne, besonders gut hervortretende Schichten. Die Ergebnisse sind insbesondere für die Kohlenwasserstoffindustrie und die Tiefe Geothermie von Interesse und zumindest indirekt wirtschaftlich verwertbar.
Publications
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2013. Effects of mechanical layering on hydrofracture emplacement and fluid transport in reservoirs. Frontiers in Earth Science (Structural Geology and Tectonics) 1(4): 1-19
Philipp, S.L., Afşar, F., Gudmundsson, A.
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2014. How facies and diagenesis affect fracturing of limestone beds and reservoir permeability in limestone-marl alternations. Marine and Petroleum Geology 57: 418–432
Afşar, F., Westphal, H., Philipp, S.L.
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2015. Fracture propagation and reservoir permeability in limestone-marl alternations (Blue Lias, Bristol Channel, UK). Dissertation, Georg-August-Universität Göttingen
Afşar, F.
