Abstract

The practice of building analog models and training images from outcrop exposures is an important tool in better predicting subsurface facies distribution in the petroleum industry. As with subsurface data, however, incomplete information and data bias can lead to inaccurate characterization of outcrop geology at multiple scales. Cretaceous fluvial strata of Wyoming offers excellent exposure of two systems — the sand-rich and highly amalgamated Trail Member of the Ericson Sandstone and the sand-poor, isolated channels of the Dry Hollow Member of the Frontier Formation. For each system, multiple outcrops were characterized through the traditional means of stratigraphic column measurement, as well as through photogrammetric survey acquisition and interpretation. We saw in both studies that, despite an effort to measure sections that were representative of the entire outcrop, measured sections consistently overestimated the reservoir proportions. Ten measured sections within the Trail Member show a Net-to-Gross (NTG) ranging from 50–80% sandstone, with an average of 72%. A more complete spatial characterization of the entire outcrop through photogrammetric interpretation suggests a much lower NTG of 53%. Similarly, for the Dry Hollow Member fluvial strata, measured sections show NTG ranges of 8–50% with an average of 37% sandstone, while the photogrammetric model shows a NTG of only 16%. These differences are significant and lead to very different reservoir models. Further, the assumption is commonly made that the outcrop, if well characterized, is representative of the formation at a larger scale. Models of the Dry Hollow Member at Cumberland Gap show that this is a tenuous assumption and can lead to models that are not representative of the system. Outcrops of the Dry Hollow are sparse and often discontinuous, and extrapolation of calculated facies proportions between two well-exposed outcrops at Cumberland Gap led to significant placement of sands between the outcrops, where the lack of exposure leads to a lack of control data in the model. This resulted in increased reservoir connectivity that is not representative of the system, and shows that even on a sub-kilometer scale, the extrapolation of detailed, quantitative facies proportions can be inappropriate, and if done blindly can lead to an inaccurate characterization of the system. Through detailed characterization of the Trail and Dry Hollow fluvial systems, it is shown that building quantitative geomodels from outcrop exposures, even using modern techniques such as photogrammetric analysis, can be subject to significant bias and mischaracterization at multiple scales and for multiple reasons if care is not taken.

Résumé

Dans l’industrie pétrolière, la création de modèles analogiques et d’images d’apprentissage à partir d’affleurements est un outil important pour mieux prévoir la répartition des faciès en subsurface. Cependant, comme c’est le cas des données en subsurface, des renseignements incomplets ou des données subjectives peuvent aboutir à une caractérisation imprécise de la géologie d’un affleurement, et cela à plusieurs échelles. Les strates d’origine fluviale du Crétacé du Wyoming offrent un parfait exemple de deux systèmes : le membre de Trail riche en sable et hautemente amalgamé de l’unité géologique d’Ericson Sandstone et les chenaux isolés, pauvres en sable du membre de Dry Hollow de la Formation de Frontier. Pour chaque système, on a caractérisé de multiples affleurements par les moyens traditionnels de levés de colonne stratigraphique ainsi que par levé photogrammétrique et son interprétation. Dans les deux études, nous nous sommes aperçus que malgré l’effort d’avoir mesuré des sections représentatives de tout l’affleurement, les sections mesurées surestimaient constamment les proportions du gisement. Dix sections mesurées à même le système du membre de Trail affichent un rapport de net à brut de 50 % à 80 % de grès avec une moyenne de 72 %. Une caractérisation spatiale plus exhaustive de tout l’affleurement par l’interprétation photogrammétrique suggère un rapport de net à brut de 53 %. De manière similaire, pour les strates fluviales du membre de Dry Hollow, les sections mesurées affichent un rapport de net à brut de 8 % à 50 % pour une moyenne de 37 % de grès, tandis que le modèle photogrammétrique montre un rapport de net à brut de seulement 16 %. Ces différences sont significatives et conduisent à des modèles de gisement très différents. En outre, si selon les hypothèses courantes l’affleurement est bien caractérisé, il représenterait alors les qualités de la formation à plus grande échelle. Les modèles du membre de Dry Hollow dans la région de Cumberland Gap montrent qu’il s’agit d’une hypothèse fragile et peut conduire à des modèles non représentatifs du système. Les affleurements de Dry Hollow sont clairsemés et souvent discontinus. L’extrapolation des proportions calculées des faciès entre deux affleurements bien exposés de Cumberland Gap a abouti à la mise en place considérable de sable entre les affleurements, où le manque d’exposition conduit à un manque de données de contrôle dans le modèle. Cela a eu pour résultat d’accroître la connectivité des gisements et ne représente aucunement le système, en plus de montrer que même à l’échelle sub-kilométrique, l’extrapolation détaillée et quantitative de la proportion des faciès peut s’avérer inappropriée et, si elle est entreprise à l’aveuglette, peut conduire à une caractérisation imprécise du système. Au moyen de la caractérisation détaillée des systèmes fluviaux des membres de Trail et de Dry Hollow, on remarque que la création de géomodèles quantitatifs d’affleurements, même par l’utilisation de techniques modernes, tels l’analyse photogrammétrique, peut être assujettie à une subjectivité notable et à une interprétation erronée à de multiples échelles, et cela pour plusieurs raisons, si l’on ne s’en avise pas.

Michel Ory

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