Water Saturation and Porosity Prediction Using Back-propagation Artificial Neural Network (BPANN) from Well Log Data

Porosity and water saturation are two fundamental parameters in reservoir characterization. In this study, for predicting both mentioned parameters artificial neural network was used as intelligent technique.  Five variables include neutron log, effective porosity, caliper log, bulk density, and sonic log were used from 3 wells from one of the Iranian oil fields. After normalizing data Seventy percent of data were used as training dataset and remainder for testing the network. Several feed –forward neural networks were operated to obtain best performance of different algorithms to train the network. Levenberge-Marquardt back-propagation algorithm was chosen as the training algorithm which had the best performance and was faster than other algorithms. Optimum neurons in the hidden layer for porosity and water saturation were obtained respectively. Results shown that Backpropagation artificial neural network (BPANN) has a high ability to predict porosity and water saturation which correlation between real output and predicted output using BPANN were 0.82 and 0.93 respectively

Ciclicidade sedimentar e análise estrutural baseada em dados de poços : aplicações para estudos de caracterização de reservatórios nos carbonatos do pós e pré-sal das bacias de Santos e Campos, SE Brasil

Orientador: Alexandre Campane VidalTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Instituto de GeociênciasResumo: O interesse nos estudos de reservatórios carbonáticos se deve as grandes reservas de hidrocarbonetos armazenadas nestas rochas. Reservatórios carbonáticos são altamente heterogêneos e complexos devido às características deposicionais e diagenéticas, que afetam a distribuição de porosidade e permeabilidade, tornando sua avaliação uma tarefa difícil. Compreender as diferentes escalas de heterogeneidades que ocorrem nessas rochas é um dos grandes desafios na caracterização dos reservatórios carbonáticos. A integração de dados em multiescala pode ser crítica para melhores resultados na avaliação de reservatórios. Os reservatórios carbonáticos do pós- e pré-sal representam prolíficos plays exploratórios distribuídos ao longo das bacias marginais brasileiras. Neste contexto, foi realizada uma análise de ciclicidade sedimentar e caracterização estrutural utilizando perfis de imagem acústica de poços em reservatórios carbonáticos do pós- e pré-sal das Bacias de Campos e Santos, SE Brasil. O padrão deposicional cíclico é uma característica comum dos carbonatos de águas rasas, marinhos ou lacustres. Entretanto, a detecção de padrões de ciclos sedimentares pode ser desafiadora devido à presença de eventos sobrepostos no registro geológico, que podem representar diferentes ordens de ciclicidade. Desta forma, foi proposto um método de análise espectral multiescala para auxiliar na detecção da ciclicidade sedimentar, utilizando dados de poço de um reservatório carbonático Albiano da Bacia de Campos. Primeiro, foi aplicado o variational mode decomposition (VMD) para decompor os perfis de raios gama em componentes distintos e, em seguida, foi gerado um cyclicity log a partir do mapeamento da frequência instantânea de um componente selecionado. Foram reconhecidas duas ordens hierárquicas de ciclicidade: ciclos de escala métrica, relacionados a variações locais, e ciclos mais espessos, associados a sequências deposicionais. Esses ciclos maiores apresentaram uma boa correlação lateral na área de estudo para as principais unidades estratigráficas. O método proposto também foi aplicado para auxiliar na análise da ciclicidade sedimentar de um reservatório carbonático do pré-sal da Bacia de Santos. Com base em perfis de raios gama espectral foram identificadas três ordens de ciclicidade na sucessão: alta, média e baixa frequência. Os ciclos de média frequência possibilitaram distinguir três sequências dentro do intervalo sag, indicando alternância de períodos úmidos e secos. Os ciclos de baixa frequência foram associados a duas unidades maiores, Sag Inferior e Superior, também reconhecidas em sísmica. Os ciclos de escala maior apresentaram boa correlação lateral e unidades estratigráficas definidas por esses ciclos mostraram bom controle na distribuição de porosidade e permeabilidade. Desta forma, a análise de ciclicidade é uma ferramenta valiosa para auxiliar na caracterização da evolução estratigráfica local e na predição da distribuição das propriedades de reservatório. Por fim, foi desenvolvida uma análise estrutural baseada em ferramentas de imagem acústica para o reservatório do pré-sal. Esta análise fornece informações estruturais sub-sísmicas relevantes, incluindo análise do mergulho (dip) estrutural, avaliação de fraturas e estimativa da orientação do stress local atual. Dentre as feições mais importantes dos reservatórios do pré-sal, foi investigado o padrão de distribuição das fraturas e vugs, que indicaram um controle estratigráfico. A partir de borehole breakouts e fraturas induzidas, a direção de tensão (stress) local foi estimada, bem como sua relação com a orientação das fraturas abertas, devido à importância significativa para o fluxo do fluido. Estes estudos integrados para a caracterização de reservatórios carbonáticos podem contribuir para melhorar a previsão da distribuição das propriedades do reservatório e fornecer condicionantes importantes à modelagem de reservatórios, o que pode reduzir as incertezas associadas à exploração e produçãoAbstract: The increasing research interest in carbonate reservoirs is related to the large hydrocarbon reserves hosted by these rocks. Carbonate reservoirs are highly heterogeneous and complex due to depositional and diagenetic characteristics, which affect the porosity and permeability distribution and make their evaluation a difficult task. To integrate the different scales of heterogeneities that occur in these rocks is one of the great challenges in the characterization of carbonate reservoirs. Integrating different approaches that address datasets across different scales may be critical for better results in reservoir evaluation. The post- and pre-salt carbonate reservoirs represent prolific exploratory plays distributed along the Brazilian marginal basins. In this context, we performed sedimentary cyclicity analysis and acoustic borehole image structural characterization in post- and pre-salt carbonate reservoirs from the Campos and Santos Basins, SE Brazil. The cyclic depositional pattern is a common feature of marine or lacustrine shallow-water carbonates. However, the detection of sedimentary cycle patterns can be challenging due to the presence of superimposed events in the geological record, which may represent different orders of cyclicity. In this way, we proposed a multiscale spectral analysis method to assist in the detection of the sedimentary cyclicity using well log data of an Albian carbonate reservoir from the Campos Basin. First, we applied the variational mode decomposition (VMD) to decompose the gamma-ray logs into distinct components and, then, we created a cyclicity log by mapping the instantaneous frequency of a selected component. We recognized two hierarchical orders of cyclicity embedded in the geological record: meter-scale cycles, related to local variations, and long-term cycles, associated with depositional sequences. These long-term cycles enabled us to establish a good lateral correlation of the main stratigraphic units across the area. The proposed method was also applied to assist in the sedimentary cyclicity analysis of a pre-salt carbonate reservoir from the Santos Basin. Based on spectral gamma-ray logs, we identified three orders of cyclicity in the succession: high-, medium-, and low-frequency cycles. The medium-frequency cycles enabled us to distinguish three main sequences within the sag interval, indicating humid vs. dry periods. The low-frequency cycles were associated with two major units, Lower and Upper Sag, which were also recognized in the seismic data. The long-term cycles presented good lateral correlation and the stratigraphic units defined by these cycles showed reasonable control in the distribution of porosity and permeability. Thus, the cyclicity analysis is a valuable tool to assist in the characterization of the local stratigraphic evolution and to predict the distribution of reservoir properties. In addition, we developed a structural analysis based on acoustic imaging tools for this pre-salt reservoir. This analysis provides key sub-seismic structural information, including structural dip analysis, fractures evaluation, and estimation of the present-day in-situ stress direction. Among the most important features of the pre-salt reservoir, we investigated the fractures and vugs distribution patterns, which indicated a stratigraphic control. From borehole breakouts and drilling-induce fractures, the in-situ stress direction was estimated, as well as its relationship with the orientation of the open fractures, due to the significant importance to fluid flow. These integrated studies for the characterization of carbonate reservoirs may contribute to improve the prediction of the reservoir properties distribution and provide valuable constraints to reservoir modeling, which may reduce uncertainties associated with exploration and productionDoutoradoReservatórios e GestãoDoutor em Ciências e Engenharia de Petróleo001CAPE