Modelagem geológica - Geologic modelling

Software de mapeamento geológico exibindo uma captura de tela de um mapa de estrutura gerado para um reservatório de gás e petróleo de 8500 pés de profundidade no campo terrestre, Vermilion Parish , Erath, Louisiana . A lacuna da esquerda para a direita, perto do topo do mapa de contorno indica uma linha de falha . Esta linha de falha está entre as linhas de contorno azuis / verdes e as linhas de contorno roxas / vermelhas / amarelas. A fina linha de contorno vermelha no meio do mapa indica o topo do reservatório de óleo. Como o gás flutua acima do óleo, a linha de contorno vermelha fina marca a zona de contato gás / óleo.

Modelagem geológica , modelagem geológica ou geomodelagem é a ciência aplicada para a criação de representações computadorizadas de porções da crosta terrestre com base em observações geofísicas e geológicas feitas na superfície terrestre e abaixo dela. Um geomodelo é o equivalente numérico de um mapa geológico tridimensional complementado por uma descrição de quantidades físicas no domínio de interesse. A geomodelagem está relacionada ao conceito de Modelo de Terra Compartilhado; que é uma base de conhecimento multidisciplinar, interoperável e atualizável sobre o subsolo.

A geomodelagem é comumente usada para gerenciar recursos naturais , identificar riscos naturais e quantificar processos geológicos , com principais aplicações em campos de petróleo e gás, aquíferos subterrâneos e depósitos de minério . Por exemplo, na indústria de petróleo e gás , modelos geológicos realistas são necessários como entrada para programas de simulador de reservatório , que prevêem o comportamento das rochas em vários cenários de recuperação de hidrocarbonetos . Um reservatório só pode ser desenvolvido e produzido uma vez; portanto, cometer um erro ao selecionar um local com condições precárias de desenvolvimento é trágico e um desperdício. O uso de modelos geológicos e simulação de reservatório permite que os engenheiros de reservatório identifiquem quais opções de recuperação oferecem o plano de desenvolvimento mais seguro e econômico, eficiente e eficaz para um reservatório específico.

A modelagem geológica é uma subdisciplina relativamente recente da geologia que integra geologia estrutural , sedimentologia , estratigrafia , paleoclimatologia e diagênese ;

Em 2 dimensões (2D), uma formação ou unidade geológica é representada por um polígono, que pode ser delimitado por falhas, inconformidades ou por sua extensão lateral ou corte. Em modelos geológicos, uma unidade geológica é delimitada por superfícies trianguladas ou quadriculadas tridimensionais (3D). O equivalente ao polígono mapeado é a unidade geológica totalmente fechada, usando uma malha triangulada. Para fins de modelagem de propriedades ou fluidos, esses volumes podem ser separados ainda mais em uma matriz de células, muitas vezes referidas como voxels (elementos volumétricos). Essas grades 3D são equivalentes às grades 2D usadas para expressar propriedades de superfícies únicas.

A geomodelagem geralmente envolve as seguintes etapas:

  1. Análise preliminar do contexto geológico do domínio de estudo.
  2. Interpretação de dados e observações disponíveis como conjuntos de pontos ou linhas poligonais (por exemplo, "varas de falha" correspondentes a falhas em uma seção sísmica vertical).
  3. Construção de um modelo estrutural descrevendo os principais limites das rochas (horizontes, inconformidades, intrusões, falhas)
  4. Definição de uma malha tridimensional respeitando o modelo estrutural para apoiar a representação volumétrica de heterogeneidade (ver Geoestatística ) e resolver as Equações Diferenciais Parciais que governam os processos físicos na subsuperfície (por exemplo , propagação de onda sísmica , transporte de fluido em meios porosos).

Componentes de modelagem geológica

Quadro estrutural

Incorporando as posições espaciais dos principais limites da formação, incluindo os efeitos de falha , dobramento e erosão ( inconformidades ). As principais divisões estratigráficas são subdivididas em camadas de células com geometrias diferentes em relação às superfícies delimitadoras (paralela ao topo, paralela à base, proporcional). As dimensões máximas das células são ditadas pelos tamanhos mínimos dos recursos a serem resolvidos (exemplo do dia a dia: em um mapa digital de uma cidade, a localização de um parque da cidade pode ser adequadamente resolvida por um grande pixel verde, mas para definir as localizações do quadra de basquete, campo de beisebol e piscina, pixels muito menores - resolução mais alta - precisam ser usados).

Tipo de rocha

Cada célula do modelo é atribuída a um tipo de rocha. Em um ambiente costeiro clástico , podem ser areia de praia, areia da face da costa superior marinha com energia de água intermediária, areia da face da costa inferior com energia da água intermediária e silte e xisto marinho de baixa energia mais profundos . A distribuição desses tipos de rocha dentro do modelo é controlada por vários métodos, incluindo polígonos de limite de mapa, mapas de probabilidade de tipo de rocha ou colocados estatisticamente com base em dados de poços suficientemente próximos.

Qualidade do reservatório

Os parâmetros de qualidade do reservatório quase sempre incluem porosidade e permeabilidade , mas podem incluir medidas de teor de argila, fatores de cimentação e outros fatores que afetam o armazenamento e a capacidade de distribuição de fluidos contidos nos poros dessas rochas. As técnicas geoestatísticas são mais frequentemente usadas para preencher as células com valores de porosidade e permeabilidade apropriados para o tipo de rocha de cada célula.

Saturação de fluido

Uma grade de diferenças finitas 3D usada no MODFLOW para simular o fluxo de água subterrânea em um aquífero.

Mais rocha está completamente saturada com água subterrânea . Às vezes, sob as condições certas, parte do espaço dos poros na rocha é ocupada por outros líquidos ou gases. Na indústria de energia, petróleo e gás natural são os fluidos mais comumente modelados. Os métodos preferidos para calcular saturações de hidrocarbonetos em um modelo geológico incorporam uma estimativa do tamanho da garganta dos poros, as densidades dos fluidos e a altura da célula acima do contato com a água , uma vez que esses fatores exercem a influência mais forte na ação capilar , que em última instância controla saturações de fluidos.

Geoestatística

Uma parte importante da modelagem geológica está relacionada à geoestatística . Para representar os dados observados, muitas vezes não em grades regulares, temos que usar certas técnicas de interpolação. A técnica mais utilizada é a krigagem que utiliza a correlação espacial entre os dados e pretende construir a interpolação via semivariogramas. Para reproduzir a variabilidade espacial mais realista e ajudar a avaliar a incerteza espacial entre os dados, a simulação geoestatística baseada em variogramas, imagens de treinamento ou objetos geológicos paramétricos é frequentemente usada.

Depósitos minerais

Geólogos envolvidos na mineração e exploração mineral usam modelagem geológica para determinar a geometria e a localização dos depósitos minerais na subsuperfície da terra. Os modelos geológicos ajudam a definir o volume e a concentração de minerais, aos quais as restrições econômicas são aplicadas para determinar o valor econômico da mineralização . Os depósitos minerais considerados econômicos podem ser transformados em uma mina .

Tecnologia

Geomodelagem e CAD compartilham muitas tecnologias comuns. O software é geralmente implementado usando tecnologias de programação orientada a objetos em C ++ , Java ou C # em uma ou várias plataformas de computador. A interface gráfica do usuário geralmente consiste em uma ou várias janelas de gráficos 3D e 2D para visualizar dados espaciais, interpretações e saída de modelagem. Essa visualização geralmente é obtida explorando o hardware gráfico . A interação do usuário é realizada principalmente por meio do mouse e do teclado, embora dispositivos apontadores 3D e ambientes imersivos possam ser usados ​​em alguns casos específicos. O GIS (Sistema de Informação Geográfica) também é uma ferramenta amplamente utilizada para manipular dados geológicos.

Os objetos geométricos são representados com curvas e superfícies paramétricas ou modelos discretos, como malhas poligonais .

Gravity Highs

Pesquisa em Geomodelagem

Problemas relativos à cobertura de geomodelagem:

  • Definir uma ontologia apropriada para descrever objetos geológicos em várias escalas de interesse,
  • Integrar diversos tipos de observações em geomodelos 3D: dados de mapeamento geológico, dados e interpretações de furos, imagens e interpretações sísmicas, dados de campo potencial, dados de teste de poço, etc.,
  • Melhor contabilidade para processos geológicos durante a construção do modelo,
  • Caracterizar a incerteza sobre os geomodelos para ajudar a avaliar o risco. Portanto, a geomodelagem tem uma conexão estreita com a geoestatística e a teoria do problema inverso ,
  • Aplicação das simulações geoestatísticas de múltiplos pontos (MPS) desenvolvidas recentemente para a integração de diferentes fontes de dados,
  • Otimização de geometria automatizada e conservação de topologia

História

Na década de 70, a geomodelagem consistia principalmente em técnicas cartográficas 2D automáticas, como contornos, implementadas como rotinas FORTRAN comunicando-se diretamente com o hardware de plotagem . O advento de estações de trabalho com recursos gráficos 3D durante os anos 80 deu origem a uma nova geração de softwares de geomodelagem com interface gráfica de usuário que amadureceu durante os anos 90.

Desde o seu início, a geomodelagem foi motivada e apoiada principalmente pela indústria de petróleo e gás.

Software de modelagem geológica

Os desenvolvedores de software criaram vários pacotes para fins de modelagem geológica. Esse software pode exibir, editar, digitalizar e calcular automaticamente os parâmetros exigidos por engenheiros, geólogos e topógrafos. O software atual é desenvolvido e comercializado principalmente por fornecedores de software da indústria de petróleo e gás ou mineração:

Modelagem geológica e visualização
Modelagem de águas subterrâneas

Além disso, consórcios ou empresas da indústria estão trabalhando especificamente para melhorar a padronização e interoperabilidade de bancos de dados de ciências da terra e software de geomodelagem:

  • Padronização: GeoSciML pela Comissão para a Gestão e Aplicação de Informação em Geociências, da União Internacional de Ciências Geológicas.
  • Padronização: RESQML (tm) por Energistics
  • Interoperabilidade: OpenSpirit , por TIBCO (r)

Veja também

Referências

Notas de rodapé

links externos