History Matching of Production and 4D Seismic Data: Application to the Girassol Field, Offshore Angola Calage simultané des données de production et de sismique 4D : application au champ de Girassol, Offshore Angola

Abstract

Time-lapse seismic provides a source of valuable information about the evolution in space and time of the distribution of hydrocarbons inside reservoirs. Seismic monitoring improves our understanding of production mechanisms and makes it possible to optimize the recovery of hydrocarbons. Although 4D seismic data are increasingly used by oil companies, they are often qualitative, due to the lack of suitable interpretation techniques. Recent modeling experiments have shown that the integration of 4D seismic data for updating reservoir flow models is feasible. However, methodologies based on sequential interpretation of 4D seismic data, trial and error processes and fluid flow simulation tests require a great effort from integrated teams. The development of assisted history matching techniques is a significant improvement towards a quantitative use of 4D seismic data in reservoir modeling. This paper proposes an innovative methodology based on advanced history matching solutions to constrain 3D stochastic reservoir models to both production history and 4D seismic attributes. In this approach, geostatistical modeling, upscaling, fluid flow simulation, downscaling and petro-elastic modeling are integrated into the same history matching workflow. Simulated production history and 4D seismic attributes are compared to real data using an objective function, which is minimized with a new optimization algorithm based on response surface fitting. The gradual deformation method is used to constrain the facies realization, globally or locally, which populates the geological model at the fine scale. Moreover, a new method is proposed to update facies proportions during the optimization process according to 4D monitoring information. We present here a successful application to the Girassol field. Girassol is a large, complex and faulted turbidite field, located offshore Angola. First, a detailed geostatistical geological model was built to describe reservoir heterogeneity at the fine scale, while respecting 3D base seismic data. Second, the model was constrained to production data and 4D seismic attributes, applying gradual deformation to facies realizations and varying facies proportions. The integration of 4D seismic data led to better production forecasts and improved predictions confirmed by a new seismic survey shot two years after the history matching period. 4D seismic data also contributed to better characterize the spatial distribution of heterogeneities in the field. As a result, the fine scale geological model was improved consistently with respect to the fluid flow simulation model and the observed data. The Girassol study, already presented in (Roggero et al., 2007, 2008), has been updated with recent information and a more detailed presentation concerning the construction of the geological model based on 3D seismic data. La sismique répétée (4D) constitue une source d’information précieuse sur l’évolution dans l’espace et le temps de la distribution des hydrocarbures dans les réservoirs pétroliers. Le monitoring sismique améliore notre compréhension des mécanismes de production et permet d’optimiser la récupération des hydrocarbures. Bien que les données de sismique 4D soient de plus en plus utilisées par les compagnies pétrolières, leur exploitation est souvent qualitative, en raison du manque de techniques d’interprétation appropriées. Des travaux de modélisation récents ont démontré la faisabilité de l’intégration des données de sismique 4D pour mettre à jour les modèles de simulation de réservoir. Cependant, les méthodologies basées sur l’interprétation séquentielle des données 4D, par essais et erreurs et tests successifs de simulations de réservoir, exigent un effort conséquent et la mobilisation d’équipes pluridisciplinaires. Le développement actuel des méthodes de calage d’historique assisté constitue un progrès significatif vers une utilisation quantitative des données de sismique 4D en modélisation de réservoir. Cette publication propose une méthodologie innovante basée sur des méthodes avancées de calage simultané des modèles 3D de réservoir par les données de production et de sismique 4D. Cette approche intègre dans le même processus de calage d’historique la modélisation géostatistique, les changements d’échelle, la simulation des écoulements et la modélisation pétro-élastique. Les données simulées de production et de sismique 4D sont comparées aux données réelles par l’intermédiaire d’une fonction objectif, qu’un algorithme d’optimisation par ajustement de surface de réponse permet de minimiser. La méthode de déformation graduelle est utilisée pour contraindre globalement ou localement la réalisation en facies du modèle géologique à l’échelle fine. De plus, une nouvelle technique est mise en oeuvre pour mettre à jour les proportions de facies pendant le processus d’optimisation en intégrant les informations de sismique 4D. Une application réalisée avec succès sur le champ de Girassol est présentée. Girassol est un vaste réservoir turbiditique, complexe et faillé, situé dans les grands fonds au large de l’Angola. Un modèle géostatistique détaillé a d’abord été construit pour décrire les hétérogénéités du réservoir à l’échelle géologique fine, en se basant sur les données initiales de sismique 3D. Le modèle a ensuite été contraint par les données de production et de sismique 4D après inversion, en explorant les réalisations géostatistiques par déformation graduelle et en ajustant les proportions de facies. L’intégration des données de sismique 4D a conduit à de meilleures prévisions de production, confirmées par une nouvelle campagne sismique acquise deux ans après la période d’historique initialement considérée. Les données de sismique 4D ont aussi contribué à mieux caractériser la distribution spatiale des hétérogénéités dans le réservoir. Le modèle géologique détaillé a ainsi été amélioré pour être cohérent avec la simulation des écoulements et les données mesurées. Cette étude du champ de Girassol, déjà présentée dans (Roggero et al., 2007, 2008), est ici complétée par des informations récentes et une présentation plus détaillée de la construction du modèle géologique basée sur les données de sismique 3D.