Comprensión del crecimiento de las fracturas verticales en el Marcellus Shale mediante métodos microsísmicos avanzados

ESG adquirió, procesó y analizó los datos microsísmicos de una estimulación de fractura hidráulica en el Marcellus Shale. Se realizó un análisis avanzado para evaluar la disparidad en el comportamiento del crecimiento vertical entre las etapas. Mediante el uso de la Inversión del Tensor de Momento Sísmico, ESG descubrió que las etapas que mostraban un crecimiento vertical de la fractura parecían activar conjuntos de juntas moderadamente inclinadas y podían estar relacionadas con la tensión inducida por un anticlinal de pandeo.

La pizarra Marcellus se encuentra en la cuenca norte de los Apalaches de Norteamérica y se extiende por varios estados de EE.UU., como Nueva York, Pensilvania, Virginia Occidental y Ohio, con una superficie estimada de 95.000 millas cuadradas. La pizarra puede encontrarse a profundidades que oscilan entre los 1.000 y los 1.500 metros y tiene un grosor medio de entre 15 y 20 metros. Por su tamaño y su proximidad a los mercados de gas natural del noreste de Estados Unidos, el Marcellus es una formación muy atractiva para los productores de petróleo y gas no convencionales.

Antecedentes

Como pizarra naturalmente fracturada, el Marcellus incorpora dos conjuntos de juntas regionales (J1 y J2) como se observa en los afloramientos, los núcleos y las imágenes de los pozos (Fig. 1). En general, la naturaleza sedimentaria estratificada de la pizarra parece restringir el crecimiento vertical de las fracturas en estas formaciones, sin embargo, las redes de fracturas naturales dentro del Marcellus introducirán complejidad en la geología y muchos operadores utilizan la monitorización microsísmica para comprender mejor este complejo comportamiento de crecimiento de las fracturas.

Desafío

Durante una estimulación de fractura hidráulica horizontal de varios pozos en la pizarra Marcellus, se observó un comportamiento variable del crecimiento de la fractura en dos pozos de la misma plataforma. Las figuras 2 y 3 ilustran una vista transversal de los eventos microsísmicos para un total de 4 etapas en dos pozos (pozo A y B, respectivamente), donde las superficies rojas y grises representan la parte superior y el fondo de la pizarra Marcellus. Una mayor comprensión de la geología local y del comportamiento de las fracturas es un elemento clave para optimizar las estimulaciones por fracturación hidráulica, por lo que ESG realizó un análisis microsísmico avanzado para investigar por qué las fracturas migraban verticalmente en el pozo A pero se contenían en el pozo B.

Solución ESG

Utilizando los métodos de inversión del tensor de momento sísmico (SMTI), pendientes de patente, ESG desarrolló redes de fracturas discretas (DFN) para describir el comportamiento de las fracturas en ambos pozos. El análisis SMTI proporciona información sobre los mecanismos de fractura responsables de la generación de sismicidad. Una interpretación cuidadosa de estos mecanismos puede determinar el estilo de fallo, así como el plano de fractura, lo que permite determinar los conjuntos de fracturas dominantes que un tratamiento está activando.

En la figura 4 se utiliza una proyección estereográfica para describir los planos de fractura dominantes observados en las etapas 1 y 2 en ambos pozos. Los conjuntos de juntas naturales J1 y J2 se destacan como planos verdes en las proyecciones, mientras que las familias de fracturas inducidas dominantes (F1 y F2) observadas en el DFN se muestran como planos blancos.

En el pozo A, las orientaciones de las fracturas generadas durante la estimulación por fracturación coinciden estrechamente con los conjuntos de juntas naturales J1 y J2, lo que sugiere que las fracturas naturales son activadas por el tratamiento. Por el contrario, las fracturas inducidas en el pozo B, situado justo al otro lado de la misma plataforma, presentan un conjunto de fracturas subhorizontales, lo que sugiere que las fracturas están controladas por los planos de estratificación naturales de la formación.

La comparación de las orientaciones de los planos de fractura con la distribución de eventos en profundidad revela que el mayor crecimiento vertical está asociado a la activación de conjuntos de juntas naturales que a la de planos de estratificación. Esta evaluación implica la existencia de un control local sobre las condiciones de esfuerzo (como un anticlinal) que promueve la red de fracturas articuladas en el pozo A, mientras que la preferencia natural es activar los planos de estratificación como en el pozo B.