Seismic characterization of gas hydrate accumulations in a permafrost environment: lessons learned from Mallik, Northwest Territories, Canada

Three international research well programs, in 1998, 2002, and 2007–2008, studied the Mallik gas hydrate accumulation in the Mackenzie Delta and identified three distinct gas hydrate intervals in the crest of an anticline structure. The gas hydrate intervals are up to 40 m thick and have high saturation, sometimes exceeding 80% of pore volume in unconsolidated clastic sediments with porosities ranging from 25 to 40%. Here, we present a summary of the seismic work done to understand the distribution and characteristics of the Mallik gas hydrate. Results are based on a detailed analysis of the upper two seconds of a 3-D seismic-reflection data set provided to the JAPEX/JNOC/GSC et al. Mallik 5L-38 science program through partnership with the BP–ChevronTexaco–Burlington joint-venture parties. We applied an acoustic-impedance inversion to the 3-D seismic data to determine high-velocity areas associated with the gas hydrate and to help define its spatial extent away from well control. The extent and geometry of the two lower gas hydrate zones show a distribution controlled by local geology. Correlation between the uppermost gas hydrate zone and the 3-D seismic data could not be established with confidence. We investigated further the heterogeneous distribution of gas hydrate using multivariate, conditional, stochastic simulation of well-logging data. The volume of natural gas estimated from acoustic-impedance inversion and conditional simulation ranges from 112 x 10 to 4.7 x 10 m/km. These estimates are for a small volume of rocks centred on the Mallik wells and demonstrate the complexity of assessing gas hydrate resources from logging and seismic data. Résumé : Trois programmes internationaux de puits de recherche entrepris en 1998, 2002 et 2007-2008 ont porté sur l’étude de l’accumulation d’hydrates de gaz Mallik dans le delta du Mackenzie et ont identifié trois intervalles distincts d’hydrates de gaz dans la charnière d’une structure anticlinale. Les intervalles d’hydrates de gaz atteignent 40 m d’épaisseur et un degré de saturation des pores élevé, parfois plus de 80 %, dans les sédiments clastiques non consolidés dont la porosité varie de 25 à 40 %. Nous présentons ici un sommaire du travail de nature sismique entrepris en vue de mieux comprendre la répartition et les caractéristiques des hydrates de gaz Mallik. Les résultats sont basés sur une analyse approfondie des deux premières secondes d’un ensemble de données provenant de levés de sismique-réflexion tridimensionnels mis à la disposition du programme scientifique JAPEX/JNOC/GSC et al. Mallik 5L-38 par le biais d’une entente avec les partenaires de la coentreprise BP-ChevronTexacoBurlington. Nous avons appliqué l’inversion d’impédance acoustique aux données de levé sismique tridimensionnel en vue d’identifier les zones de haute vélocité associées aux hydrates de gaz et pour aider à délimiter leur étendue hors de la zone contrôlée par le puits. L’étendue et la géométrie des deux zones inférieures d’hydrates de gaz révèlent une répartition contrôlée par la géologie locale. Une corrélation entre la zone supérieure d’hydrates de gaz et les données provenant de levés sismiques tridimensionnels n’a pu être établie avec suffisamment de certitude. Nous avons poussé les recherches portant sur la répartition hétérogène des hydrates de gaz au moyen de la simulation, selon des approches multivariée, conditionnelle et stochastique, des données de diagraphie des puits. Le volume de gaz naturel estimé à partir de l’inversion d’impédance acoustique et de la simulation conditionnelle varie entre 112 x 10 et 4,7 x 10 m/km. Ces estimés correspondent à un petit volume de roches localisé à proximité des puits de production Mallik et démontrent à quel point il est difficile d’estimer les ressources en hydrates de gaz à partir de données provenant de diagraphes des puits et de levés sismiques. Natural Resources Canada, Geological Survey of Canada, 615 Booth, Ottawa, Ontario K1A 0E9, Canada, Gilles.Bellefleur@NRCan-RNCan.gc.ca Natural Resources Canada, Geological Survey of Canada–Pacific, 9860 West Saanich Road, Sidney, British Columbia V8L 4B2, Canada Natural Resources Canada, Geological Survey of Canada, 615 Booth, Ottawa, Ontario K1A 0E9, Canada Japan Oil, Gas and Metals National Corporation, 1-2-2 Hamada, Mihama-ku, Chiba 261-0025, Japan University of Toronto, 60 St. George Street, Toronto, Ontario M5S 1A7, Canada The University of Tulsa, 800 South Tucker Drive, Tulsa, Oklahoma 74104, United States Natural Resources Canada, Geological Survey of Canada, 3303–33rd Street Northwest, Calgary, Alberta T2L 2A7, Canada FINAL PROOF