Project

laboratory methods; rock deformation; shales; carbonates; sandstones; wave propagation

Lead
Eine präzise Charakterisierung von Gesteinen mit deren Porenfüllung erlaubt eine gezielte Identifikation derselben mittels moderner geophysikalischen Methoden. Dieses Prinzip ist Standardin der Kohlenwasserstoffexploration. Es wird jedoch auch in anderen Forschungsdisziplinen angewandt; zum Beispiel in der Erdbebenforschung. Insbesondere die Dämpfung seismischer Wellen ist hierbei wichtig, um eine Aussage über die sättigenden Flüssigkeiten zu machen.
Lay summary
Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts   Unser übergeordnetes Ziel ist, einen an der ETH entwickelten Prototyp zur Messung von flüssigkeitsgefüllten Gesteinen weiter zu entwickeln. Die technische Herausforderung ist hierbei sowohl den Porendruck als auch die Temperatur exakt einstellen zu können. Gleichzeitig werden wir für verschiedene Reservoirgesteine (Sandstein, Karbonate und Schiefergestein) die seismische Dämpfung messen. Diese können in der Natur große Mengen an verschiedenen Flüssigkeiten enthalten: Wasser, Öl und Gas. Die Ergebnisse werden verwendet um bekannte Theorien zu ergänzen damit diese in der Praxis angewendet werden können. Bis zum heutigen Zeitpunkt ist die Theorie der Wellenausbreitung in flüssigkeitsgefüllten Medien Inhalt zahlreicher Publikationen. Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts Unsere Arbeit wird helfen die weltweite Spitzenposition des Gesteinslabors an der ETH Zürich weiter zu festigen. Unsere Ergebnisse sind nicht nur für internationale Explorationsfirmen von erheblichen Interesse. Auch die Geothermie, eine mögliche Energiequelle in der Schweiz, kann langfristig von unseren Experimenten profitieren.

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Last update: 05.12.2012

Active participation

Number	Title	Start	Funding scheme

This project aims to quantify and to understand in the laboratory low-frequency seismic attenuation to characterize reservoir rocks. This is one key parameter used in seismic exploration for fluid discrimination (e.g. Quintal 2012). To achieve this goal we request funding for three years for one Postdoc and one Ph.D. student, together with laboratory equipment, consumables and limited expenses for travelling. This proposal continues and extends research that was initiated by the main applicant in 2007, seeking to determine and to understand seismic attenuation in the laboratory with supporting numerical studies (KTI 9577.1 PFIW_IW; DFG SA 996/1-2). The Seismic Wave Attenuation Module (SWAM) we employ is a unique module that has been developed in our laboratory, at the ETH Zurich, to experimentally measure the seismic attenuation in fluid-bearing rocks. It uses natural rock samples in an efficient way at in situ conditions and employs linear variable differential transformers (LVDTs). The apparatus precisely measures the viscoelastic behavior of rocks at different saturation conditions at low seismic frequencies (10-2 -102 Hz). The SWAM is designed to operate at a strain below 10-6, where rocks behave linearly, and it allows measuring any kind of rock type independent of their heterogeneity (Madonna and Tisato, 2012; DellePiane et al. 2012). However, the SWAM is a prototype that needs further adjustments and modifications to characterize reservoir rocks at reservoir conditions. Consequently, the proposed project consists in three parts complementing each other. The first part is dealing with further technical development of the SWAM module. The goal is to measure seismic attenuation where, in addition to the current setup, temperature and pore pressure can be controlled. In the second part we will apply the improved SWAM module to characterize the most common reservoir rocks: Shales, sandstones and carbonates, which typically can contain fluids, in particular water, oil and gas in appreciable quantity. Third, an interpretation and integration of our experimental findings will be used to calibrate theoretical models of poroelasticity.To summarize: We will provide, for the first time, low-frequency measurements of different rock types under reservoir conditions. This knowledge will be integrated with theoretical investigations to further understand the physical mechanism of seismic attenuation. Our findings can be applied in hydrocarbon exploration and other related fields (e.g. geothermal reservoirs). We expect longer-term applications to deeper geological conditions, for example seismic signals of dehydrating rocks under metamorphic conditions in both oceanic and continental environments or overpressured lithologies in accretionary wedges. This project will further strengthen the world leading Rock Deformation Lab at the ETH Zurich.