Integration of microseismic monitoring and advanced production analysis : a real case study for an unconventional reservoir

The work is focused on the integration between the information that can be derived from Microseismic Monitoring and from Advanced Production Analysis (APA) of unconventional (i.e. low permeability) reservoirs. The Microseismic Monitoring is the acoustic recording of the events related either to the re-activation of existing natural micro-fractures and the generation of new fractures during a well hydraulic fracturing treatment and aimed at enhancing rock permeability, thus allowing the production. Microseismic Monitoring and APA are analyzed in all their aspects and applied to the study of a real field case, consisting in three hydraulically fractured wells in a gas shale reservoir. The Microseismic Monitoring was carried out during the hydraulic fracturing operations and the localizations and magnitudes of the fracturing events were provided. Data analyses show that the results are affected by spatial range bias, i.e. the effect for which the level of the detected magnitudes depends on the distance from the geophones. An ad hoc newly defined workflow is developed for the correction, thus making the data comparable and usable for the definition of characteristics of the hydraulic stimulation results, such as the Stimulation Efficiency and the Stimulated Reservoir Volume. The availability of more than three years of production data allows relating these characteristics with the actual production. The diagnostic plots of the APA are theoretically described and applied to the analysis of the production data of the wells in order to characterize both the fractured system and the reservoir under study. The attainable results, advantages and limits of combining Microseismic Monitoring and APA are then outlined from a theoretical point of view. Finally, the results of the developed workflow analyses on the field case confirmed that Microseismic Monitoring can provide valuable information about the productive behavior of the system, before production start-up. An early use of such information would have allowed the optimization of the well spacing and of the fracturing design, with an overall reduction of the costs and of the environmental impact of the operations.

Il lavoro si focalizza sull’integrazione tra le informazioni ricavabili dal monitoraggio microsismico e dall’analisi del comportamento produttivo (Advanced Production Analysis, APA) in un giacimento non convenzionale, ossia a bassa permeabilità. Il monitoraggio microsismico è la registrazione acustica degli eventi microsismici associati alla riattivazione delle micro-fratture naturali durante l’operazione di fratturazione idraulica di un pozzo, per incrementare la permeabilità della roccia. Il monitoraggio microsismico e l’APA sono stati analizzati in tutti i loro aspetti e applicati ad un caso reale costituito da tre pozzi in un giacimento di shale gas. La loro fratturazione idraulica è stata monitorata in tempo reale mediante la microsismica e sono state rilevate le localizzazioni degli eventi microsismici e le relative magnitudo. Questi dati sono risultati influenzati dal range bias, ossia dall’effetto per cui l’entità delle magnitudo rilevate dipende dalla distanza dai geofoni. E’ stata definita e applicata una procedura per la correzione che ha reso i dati confrontabili tra loro e utilizzabili per la determinazione di parametri descrittivi dei risultati della fratturazione idraulica, come l’efficienza di stimolazione ed il volume di reservoir stimolato. I tre pozzi sono ad oggi in produzione da più di tre anni ed è quindi possibile confrontare le informazioni dedotte dal monitoraggio microsismico con la reale produzione dei pozzi. I plot diagnostici e interpretativi che costituiscono l’APA hanno permesso di caratterizzare sia il sistema fratturato che il giacimento studiato. Sono stati poi confrontati da un punto di vista teorico i risultati potenzialmente ricavabili, i vantaggi e i limiti del monitoraggio microsismico e dell’APA. Infine, i risultati delle analisi effettuate sul caso studio mediante il workflow sviluppato hanno confermato che il monitoraggio microsismico può fornire sul comportamento produttivo del sistema, prima dell’inizio della produzione. L’uso tempestivo di tali informazioni avrebbe permesso l’ottimizzazione della distanza tra i pozzi e del progetto di fratturazione idraulica, riducendo i costi e l’impatto ambientale delle operazioni.