Effects on seismic properties of thermoelastic relaxation and liquid/vapor phase transition
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Abstract EN:
Two fluid-related sources of seismic attenuation and velocity dispersion are examined: thermal relaxation, which originates from the contrasted temperature variations in the rockforming minerals and in the saturating fluid at the passage of the pressure wave, and the liquid-vapor phase transition in partially saturated rocks, which consists in vapor condensation at pressure peaks and liquid vaporization at pressure troughs. An analysis of the relaxation times shows that these processes are relevant in the seismic frequency band and drive the effective fluid compressibility towards values higher than the unrelaxed values commonly adopted in practice, namely the adiabatic fluid compressibility in the first case, and Wood’s average of liquid and gas compressibilities in the second case. Under full thermal relaxation between fluid and mineral, i. E. , at low enough frequency, the effective fluid compressibility is equal to the average of the fluid adiabatic and isothermal compressibilities weighted respectively by the heat capacities of the fluid and the mineral. On the other hand, at the crossing of bubble point conditions, there is in the low-frequency or thermodynamic limit a discontinuous variation in fluid compressibility, whereas Wood’s average varies sharply but continuously. These features, analysed first by Landau and Lifshitz for pure fluids, hold for reservoir fluids as well. In these two relaxation processes, the difference in fluid bulk modulus between the unrelaxed and relaxed regimes, which is directly related to P-wave velocity dispersion, can be as large as 0. 5–1 GPa, depending on the fluid type and gas saturation.
Abstract FR:
Deux sources d'atténuation et de dispersion sismiques liées à la présence de fluide dans le milieu poreux sont examinées : la relaxation thermique, due à des variations de température différentes dans le fluide saturant et les minéraux au passage de l'onde de pression, et la transition liquide-vapeur en milieu partiellement saturé, consistant en une condensation de la vapeur lors de la compression et une vaporisation du liquide lors de la détente. L'analyse des temps de relaxation montre que ces phénomènes sont pertinents dans la bande sismique et augmentent la valeur de la compressibilité effective du fluide par rapport aux valeurs non relaxées communément adoptées, à savoir la compressibilité adiabatique prévalant en l’absence de milieu poreux dans le premier cas, et la moyenne de Wood des compressibilités du liquide et du gaz dans le deuxième cas. Pour des fréquences suffisamment faibles telles que le fluide et le minéral sont en équilibre thermique, la compressibilité effective est la moyenne des compressibilités adiabatique et isotherme du fluide pondérées par les capacités thermiques du fluide et des minéraux, respectivement. Par ailleurs, la compressibilité effective du fluide dans la limite thermodynamique des basses fréquences varie au passage du point de bulle de façon discontinue, alors que la moyenne de Wood varie de façon continue. Ce résultat, démontré dans le cas des fluides purs par Landau et Lifshitz, reste valide pour les fluides de réservoir. Ces deux processus de relaxation conduisent à une différence de module du fluide entre les régimes relaxé et non relaxé pouvant aller de 0,5 à 1 GPa, selon le type de fluide et le taux de saturation en gaz.