4 research outputs found
Экономический анализ установок наружного освещения
Приведено технико-экономическое сравнение прожекторных и уличных осветительных установок с различными источниками света. Показано, что для оценки экономических показателей освещения лучше использовать стоимость единицы световой энергии, вычислены ее значения для ряда источников. Для прожекторов минимальную стоимость дают металлогалогенные лампы, для уличного освещения - натриевые лампы. Предложена методика расчета приведенных затрат на основе стоимости единицы световой энергии
Fluidinduzierte Mikroseismizität: Modellierung und Inversion zur Abschätzung hydraulischer Eigenschaften von Gesteinen
0\. Title
Abstract iii
Zusammenfassung iv
1 General Introduction 1
1.1 Summary 1
1.2 Fluid induced microseismicity and reservoir characterization 2
1.3 Motivation 4
2 Theory - SBRC fundamentals 5
2.1 The concept of triggering fronts 5
2.1.1 Triggering fronts in homogeneous anisotropic media 9
2.1.2 Diffusivity tensor estimation in 3D 10
2.1.3 Group-velocity surface of anisotropic slow waves 12
2.1.4 Inversion for the global diffusivity and permeability tensors 14
2.2 Triggering fronts in heterogeneous media 15
2.2.1 Triggering fronts for the case of a quasi-harmonic pressure
perturbation 17
2.2.2 Triggering fronts in the case of a step-function like pressure
perturbation 18
2.2.3 Inversion for the permeability of heterogeneous media 19
2.3 Discussion 20
2.4 Conclusions 21
3 Numerical modeling of the SBRC approach 23
3.1 The approach 23
3.2 Accuracy study 26
3.2.1 Solution of the diffusion equation in 2D 26
3.2.2 Solution of the diffusion equation in 3D 28
3.3 Verification of eikonal approach 30
3.4 2D modeling and event triggering 32
3.4.1 Homogeneous isotropic case 32
3.4.2 Trigger criterion statistics 34
3.4.3 Heterogeneous case 39
3.5 3D modeling and event triggering 42
3.5.1 Homogeneous isotropic case 42
3.5.2 Envelope fitting criterion 46
3.5.3 Anisotropic case 48
3.5.4 Source functions 51
3.5.5 Source geometry 54
3.5.6 Kaiser effect 57
3.6 Conclusions of numerical modeling 60
4 Case study at the German Continental Deep Drilling Site (KTB): Mutual
relationship between microseismicity and seismic reflectivity 63
4.1 Introduction 64
4.2 Results of hydraulic diffusivity estimates 67
4.3 3D seismic reflection intensities 68
4.4 Correlation of microseismicity and reflectivity 69
4.5 Correlation of seismic structures and microseismicity with stress tensor
71
4.6 Modeling of microseismicity at the KTB 72
4.6.1 Injection signal and event number 72
4.6.2 Hydraulic model from reflectivity 74
4.7 Conclusion 80
5 Case study - application of SBRC to gas reservoir data 81
5.1 Introduction 81
5.2 Cotton Valley 81
5.3 Hydraulic fracturing experiment 82
5.4 Estimation of hydraulic diffusivity 82
5.4.1 Effective scalar hydraulic diffusivity 82
5.4.2 Tensor analysis 85
5.4.3 3D reconstruction 87
6 Conclusions 89
6.1 Conclusions and perspectives 89
6.2 Further developments 91
6.2.1 Probability of fluid-injection-induced microearthquakes 91
6.2.2 Back front of seismicity induced after termination of borehole fluid
injection 91
6.2.3 Reservoir characterization based on seismicity rate 92
6.3 Open questions and further work 93
References 95
A Numerical models and parameters 101
B Contents of enclosed CD-ROM 111
List of figures 114
List of tables 125
Acknowledgements - Danksagung 127In this thesis a method for the characterization of reservoirs in terms of
their hydraulic properties is further developed, applied and numerically
verified. The proposed method was partly derived already in the last few
years. Basis of the method, which is called 'Seismicity Based Reservoir
Characterization (SBRC)', is the analysis of fluid-induced microseismic
events. Such events very often occur during fluid injection or extraction
experiments in boreholes. The events can be localized up to several kilometers
away from the borehole and the injection source. The mechanisms for the
triggering of such microearthquakes are still not fully understood. In several
studies and analyses the hypothesis is proposed, that fluids can play a
fundamental role in the triggering of such microseismic events.
In the SBRC method used in this thesis, data of fluid-induced microseismicity
are analysed in terms of their spatio-temporal evolution. The main hypothesis
is, that a fluid-injection-induced pressure diffusion can be an significant
and thus is possibly a main triggering factor for microseismic events. Based
on the theory of poroelasticity (Biot [1956a]), equations are derived, which
allow the estimation of hydraulic parameters like hydraulic diffusivity or
permeability of rocks in 1D, 2D and 3D. The advantage of the proposed method
is the estimation of hydraulic parameters of rocks not only locally (orders of
centimeters or meters) but of a large spatial scale (cubic kilometer regime).
Parameters like hydraulic diffusivity or permeability are of special interest
in the industrial utilization of reservoirs, production or storage of oil and
gas resources, storage of nuclear waste and in the optimal recovery of
renewable energy sources.
The main topic of this thesis is the numerical simulation of the hypotheses
proposed in the SBRC-method for the triggering of fluid-induced microseismic
events. Such a numerical verification is of importance for the application,
the validity and accuracy analysis of the method. So far, the SBRC method was
solely applied to real data and never numerically verified. For this study,
the two- or three dimensional time-dependent equation of diffusion is solved
for different hydraulic models. The simulation of the process of pore pressure
diffusion is then used to create synthetic microseismicity clouds. Therefore,
following the main hypothesis of SBRC that microseismic events occur at points
of the medium which are characterized by a critical state of stress, a
criticality field is compared with the pore pressure distribution. At
locations where pore pressure exceeds criticality, an event is defined. The
signatures of the spatio-temporal evolution behaviour of such event clouds are
then compared with those calculated by the SBRC-method and observed for real
data from fluid injection experiments in geothermal or hydrocarbon reservoirs.
The computer-based simulations allow the systematic study of the hypothesis
proposed in the SBRC for the triggering mechanism for the first time. The
results show that the process of pore pressure diffusion can explain the
spatio-temporal signatures of microseismic event clouds in many cases.
Moreover, the study presented in this thesis confirms that fluid-injection-
induced microseismicity can be used for the characterization of reservoirs in
terms of hydraulic parameters and their large scale distribution.
Another main point in this thesis is the application of the SBRC-method to two
data sets: of the German Continental Deep Drilling Site (KTB), and of a
reservoir in tight-gas environment (Cotton Valley, USA). At the KTB
microseismicity was induced at different depth levels during two fluid
injection experiments. Such a data set allows the analysis of hydraulic
diffusivity or permeability changes with depth at one single and unique
location for the first time. The estimation of hydraulic parameters are
compared with results of seismic reflectivity experiments. It turns out that
pore pressure diffusion can explain the signatures observed and structural
properties like faults or fractures affect the distribution of microseismic
hypocenters to a large amount. The analysis of data obtained during
experiments at a gas reservoir are of interest and of importance for
application of the SBRC method. With the analyses and results presented in
this thesis a step is done towards the cause study of microseismicity genesis
and helps to understand the underlying physical processes.Thema dieser Dissertation ist die Weiterentwicklung, Anwendung und numerische
Modellierung einer Methode zur Charakterisierung von Lagerstätten
(Reservoiren) in Hinsicht auf gesteinsphysikalische Parameter. In der hier
vorgestellten Methode, welche bereits in Teilen seit dem Jahre 1997
vorgeschlagen und entwickelt wurde, werden Daten mikroseismischer Ereignisse
ausgelöst während Fluidinjektionen in Bohrlöchern untersucht. Solche
mikroseismische Ereignisse treten häufig während Fluidinjektions- oder
-extraktionsexperminten in Bohrlöchern auf. Die seismischen Ereignisse können
sich bis zu mehreren hundert Metern vom Bohrloch entfernt ereignen. Der genaue
Mechanismus für das Auftreten ist bisher nicht restlos geklärt. In mehreren
Studien wurde die Hypothese aufgestellt, dass Fluide einen maßgeblichen
Einfluss auf die Auslösung von Mikroerdbeben haben können.
In der hier benutzten und weiterentwickelten Methode, die
"Seismizitätsbasierte Reservoircharakterisierung" (Seismicity Based Reservoir
Characterization, SBRC) genannt wird, werden solche Daten hinsichtlich ihres
raum-zeitlichen Ausbreitungsverhaltens analysiert. Es wird die Haupthypothese
aufgestellt, dass Porendruckdiffusion ein Hauptauslösemechanismus für
mikroseismischen Ereignisse darstellt. Basierend auf der
Poroelastizitätstheorie von Biot [1956a] werden auf Grundlage eines
Diffusionsprozesses Gleichungen hergeleitet, welche erlauben, für das
seismisch aktive Gesteinsvolumen in 1D, 2D und 3D hydraulische Parameter wie
die hydraulische Diffusivität und Permeabilität abzuschätzen. Der Vorteil der
vorgeschlagenen SBRC Methode ist, dass die hydraulischen Parameter nicht nur
lokal (im Zentimeter- und Metermaßstab), sondern ihre Verteilung auf großen
Skalen (im Kubikkilometerbereich) abgeschätzt werden können. Die hydraulische
Diffusivität und Permeabilität sind besonders in der industriellen Nutzung von
Erdöl- und Ergasspeichern, beim Fördern oder der Untertagesspeicherung von Öl
und Gas, bei der Nutzung geothermischer Energie, dem Lagern nuklearer Abfälle,
der Vorratsbewirtschaftung von Rohstoffen und Trinkwasser, in der Bau- und
Umweltindustrie aber auch für die optimale Ausnutzung von regenerativen
Energieträgern von entscheidender Bedeutung.
Kernpunkt dieser Arbeit bildet die numerische Simulation des in der SBRC-
Methode vorgeschlagenen Auslösemechanismus für Mikroerdbeben. Diese numerische
Verifikation ist von Bedeutung für die Anwendbarkeits- und
Genauigkeitsuntersuchung der SBRC-Methode. Die Methode wurde bisher lediglich
auf reale Daten angewendet und wird erstmals mit dieser Arbeit numerisch
überprüft. Dazu wird computergestützt die zwei- bzw. dreidimensionale,
zeitabhängige Diffusionsgleichung für hydraulisch beliebig geartete Medien
gelöst. Die simulierte Pordendruckdiffusion wird dann dazu benutzt,
mikroseismische Ereignisse auszulösen.
In der hier vorgeschlagenen Methode zur Simulation der Auslösung
mikroseismischer Ereignisse wird analog zu der Hypothese, dass sich
mikroseismische Ereignisse an Bereichen ereignen, welche durch einen
kritischen Spannungszustand charakterisiert sind, ein Kritikalitätskriterium
mit den Lösungen für den Porendruck verglichen. Ein seismisches Ereignis wird
dort angenommen, wo der kritische Spannungszustand durch den Porendruck
überschritten wird. Mit dieser Methode können so synthetische Wolken von
Ereignissen erzeugt werden. Die auftretenden raum-zeitlichen Signaturen werden
mit den nach der SBRC-Methode berechneten und mit den an realen Daten aus
geothermischen und industriellen Erdöl- und Erdgasspeicher-
Injektionsexperimenten beobachteten verglichen. Die numerischen Simulationen
erlauben erstmals die systematische Untersuchung der Hypothese des wichtigen
Einflusses eines Porendruckdiffusionsprozesses auf die Auslösung seismischer
Ereignisse. Sie belegen weiterhin den maßgeblichen Einfluss von Fluiden bei
der Entstehung von Mikroerdbeben während Fluidinjektionen. Die in dieser
Dissertation vorgestellte Untersuchung belegt, dass Daten fluidinduzierter
mikroseismischer Ereignisse benutzt werden können, um Lagerstätten und
Reservoire in Hinsicht auf hydraulische Parameter und ihrer Verteilung im
großskaligen Bereich zu charakterisieren.
Einen weiteren Schwerpunkt in dieser Dissertation bildet die Anwendung der
SBRC-Methode auf zwei Datensätze: von fluidinduzierten mikroseismischen
Ereignissen an der Deutschen Kontinentalen Tiefbohrung (KTB) und auf Daten aus
einer Gaslagerstätte (Cotton Valley, USA). An der KTB in Deutschland wurden
während zweier Flüssigkeitsinjektionsexperimenten Mikroerdbeben in
verschiedenen Tiefenbereichen im Gestein ausgelöst. Die Daten erlauben
erstmals eine Untersuchung der Änderung hydraulischer Eigenschaften mit der
Tiefe an einer einzigen und geologisch sehr gut untersuchten Lokation. Die
Diffusivitätsabschätzungen werden erstmals mit Ergebnissen hochauflösender
reflektionsseismischer Experimente korreliert. Es zeigt sich, dass ein
Porendruckdiffusionsprozess die Signaturen der Daten erklären können und
strukturelle Eigenschaften wie Kluftsysteme maßgeblich diese Parameter sowie
die Ausbreitung der seismischen Ereignisse kontrollieren. Die Untersuchung von
Daten aus einem Gasreservoir sind von besonderem Interesse und entscheidender
Bedeutung für die industrielle Anwendung der SBRC-Methode. Mit den hier
vorgestellten Analysen und Ergebnissen wird ein Schritt in die Richtung der
Erklärung und Ursachenforschung für die Entstehung von Mikroerdbeben erzielt
und durch numerische Simulationen untermauert
Stone properties and weathering induced by salt crystallization of Maltese Globigerina Limestone
Abstract: Most monuments and buildings in the Maltese Islands are constructed of the local Globigerina Limestone. Today, this Globigerina Limestone shows considerable damage in many buildings, particularly through alveolar weathering, which is frequently very intense. Owing to Malta’s marine environment, salt crystallization in the stone’s pore spaces has been recognized as the main weathering process responsible for the deterioration of the country’s monu-ments. In order to obtain more information on the fabric-dependent weathering processes of Globigerina Limestone, detailed analyses were carried out. Globigerina Limestone samples obtained from stone types with two different known qualities were characterized according to petrographical, geochemical and physical properties. These included porosity, pore radii distri-bution and tensile strength, as well as water and humidity transport properties. Investigations by means of salt crystallization tests on quarry samples of both stone types reinforced the idea that the extent of salt weathering depends on salt type and concentration and pore-space properties. Visible weathering damage was recorded and evaluated for a representative monument (the Church of Santa Marija Ta ’ Cwerra in Siggiewi) by means of a monument mapping method, which was carried out twice over a period of 9 years (1995 and 2004). The identified weatherin