Simulación numérica de propagación de ondas en reservorios de hidrocarburos fracturados utilizando el método de elementos finitos

Debido a la importancia del estudio de los yacimientos naturalmente fracturados en la exploración, caracterización y desarrollo de reservorios, esta tesis se enfoca en el contexto de la física numérica de rocas y el modelado de la propagación de ondas en los medios porosos fracturados. Se parte de los conceptos básicos sobre medios porosos y ecuaciones de Biot en el dominio del tiempo y la frecuencia. Se combina esta teoría con distintas caracterizaciones para las fracturas y se desarrolla un algoritmo de propagación de ondas en este tipo de medios mediante la técnica de elementos finitos, usando una malla estructurada y condiciones de borde absorbentes. Esto se hace utilizando elementos rectangulares no conformes, reduciendo así la dispersión numérica. El modelado de los medios porosos fracturados empieza considerando la fractura como una delgada capa porosa, poco resistente y permeable. Los coeficientes de reflexión y transmisión para la misma son calculados para diferentes ángulos de incidencia y rango de frecuencias variando las propiedades del medio y el espesor de la capa. Estos coeficientes son útiles en técnicas como AVO (Amplitud Vs. Offset) donde se tienen en cuenta cambios de fase y de amplitud de la onda al entrar en contacto con diferentes interfaces sísmicas y fluidos porales. Siguiendo con el modelado de medios fracturados se diseña un conjunto de experimentos armónicos de compresión y corte, aplicados a muestras representativas de las formaciones rocosas del subsuelo que contienen un conjunto denso de fracturas de escala mesoscópica orientadas en direcciones preferenciales. Se desarrolla un algoritmo de elementos finitos para calcular los coeficientes de rigidez, la presión de fluido y los efectos de atenuación de estos materiales en función de la frecuencia de análisis, variando las propiedades de las rocas sólidas y los fluidos que las saturan. Mediante ``upscaling'' numérico se realiza la determinación de los coeficientes de las relaciones constitutivas del medio viscoelástico anisótropo equivalente a escala macroscópica. Usando un nuevo modelo para las fracturas, donde éstas se asumen como una condición de borde entre dos medios porosos, se calculan nuevamente los coeficientes de reflexión y transmisión para una onda que incide en la fractura, variando las propiedades de sólidos y fluidos, tanto de la fractura como de su entorno. Usando el método de los elementos finitos se implementa un código para el cálculo de los coeficientes de rigidez, presión de fluido y atenuación, usando experimentos armónicos al igual que con el modelo de capa fina. Por último se utiliza un algoritmo para la propagación de ondas en medios viscoelásticos con elementos finitos, modelando así la respuesta sísmica de las ondas en la macro escala, a partir de los coeficientes de rigidez calculados con los modelos de medios fracturados.Facultad de Ingenierí