ACOUSTIC TRAVELTIME TOMOGRAPHY FOR CO2 INJECTION MONITORING IN RESERVOIRS

Abstract

ABSTRACT. When considering with greenhouse effect and global warming, carbon dioxide is the main agent. As the major contributors to the increase in global temperature, large companies and corporations have been encouraged to look for ways to reduce the emission of CO₂ into the atmosphere. In the geological aspect, two techniques have been applied in the use of CO₂. The first is the carbon capture and storage, CCS, which refers to carbon dioxide injection into saline aquifers, reservoirs and coal deposits, helping to limit CO₂ emissions. The second is the enhanced oil recovery, or EOR, which refers to the injection of CO₂ in heavy oil reservoirs to decrease the viscosity and increase the recovery factor. Because CO₂ can interact with rock, changing its porosity or changing the direction of flow due to lower permeability zones, periodic monitoring of CO₂ must be performed. In this work, methods of dealing with the poor conditioning of the inverse problem were discussed, applying the methods of singular value decomposition and ray tracing. The Gassmann equation was used to simulate the velocity change within the reservoir due to fluid substitution. The above methods were incorporated into traveltime seismic tomography, which was applied to monitor the carbon dioxide injection in reservoirs. Several simulations in a synthetic model validated the proposed methodology.

Keywords: traveltime tomography, reservoir monitoring, geological storage, CO₂ injection.

RESUMO. Quando tratamos do efeito estufa e aquecimento global temos como seu principal agente o dióxido de carbono. Por serem grandes contribuintes do aumento da temperatura do planeta, grandes empresas e corporações têm sido incentivadas a buscar formas de reduzir a emissão de CO₂ na atmosfera. No aspecto geológico, duas técnicas têm sido aplicadas no aproveitamento do CO₂. Aprimeira é o armazenamento geológico de CO₂ ou CCS, do inglês carbon capture and storage, que trata da injeção de dióxido de carbono em aquíferos salinos, reservatórios e camadas de carvão, ajudando a limitar a emissão de CO₂. A segunda é a recuperação avançada de petróleo ou EOR (do inglês enhanced oil recovery), que se refere `a injeção de CO₂ em reservatório de óleo pesado com o intuito de diminuir a viscosidade e aumentar seu fator de recuperação. Devido ao fato do CO₂ poder interagir com a rocha, alterando sua porosidade ou mudando a direção do fluxo devido a regiões de menor permeabilidade, é necessário realizar um monitoramento periódico do CO₂. Neste trabalho foram abordadas formas de lidar com o mau condicionamento do problema inverso, onde aplicamos o método de decomposição em valores singulares juntamente com o traçado de raios. Utilizou-se a equação de Gassmann para simular a variação da velocidade dentro do reservatório devido a uma substituição de fluidos. As técnicas acima foram incorporadas à tomografia sísmica de tempos de trânsito para o monitoramento da injeção do dióxido de carbono nos reservatórios. As diversas simulações num modelo sintético validaram a metodologia proposta.

Palavras-chave: tomografia de tempos de trânsito, monitoramento de reservatórios, armazenamento geológico, injeção de CO₂.