EP2037080B1 - Method for determining the permeability of a network of fractures based on a connectivity analysis - Google Patents

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EP2037080B1
EP2037080B1 EP08290574.6A EP08290574A EP2037080B1 EP 2037080 B1 EP2037080 B1 EP 2037080B1 EP 08290574 A EP08290574 A EP 08290574A EP 2037080 B1 EP2037080 B1 EP 2037080B1
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EP
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permeability
network
connectivity
unit cells
index
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Matthieu Delorme
Bernard Bourbiaux
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells

Definitions

  • the present invention relates to the field of optimization of the exploitation of underground deposits, such as hydrocarbon deposits, especially when they include a network of fractures.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the study of the hydraulic properties of fractured terrains, and in particular to study hydrocarbon displacements in underground deposits.
  • the invention relates to a method for determining the permeability of a fracture network, so as to predict the flows of fluids that may occur through the deposit. It is then possible to simulate hydrocarbon production according to various production scenarios.
  • the petroleum industry and more specifically the exploration and exploitation of oil deposits, require the acquisition of the best possible knowledge of underground geology to effectively provide a reserve assessment, a production model, or farm management.
  • the determination of the location of a production well or an injection well, the constitution of the drilling mud, the completion characteristics, the parameters necessary for the optimal recovery of the hydrocarbons (such as injection pressure, production flow, ...) require a good knowledge of the deposit.
  • To know the deposit means to know the petrophysical properties of the subsoil in every point of space.
  • Modeling of Oilfields are therefore an essential technical step for any exploration or exploitation of the deposit. These models are intended to provide a description of the deposit.
  • a " fracture” is a plane discontinuity, very thin in relation to its extension, which represents a plane of rupture of a rock in the deposit.
  • the geometry of the fracture network conditions the displacement of the fluids both at the reservoir scale and at the local scale where it determines elementary matrix blocks in which the oil is trapped. Knowing the distribution of fractures, is therefore very useful, also, at a later stage, for the tank engineer who tries to calibrate the models he builds to simulate the deposits in order to reproduce or predict past production curves. or future.
  • the engineers in charge of the exploitation of fractured reservoirs therefore, need to estimate the large-scale permeability (that of the drainage radius of a well or inter-well space for example) of fracture networks, and to predict the hydrodynamic behavior (flow, pressure, ..) of these networks, in response to external demands imposed via wells.
  • geoscientists proceed in the first place to characterize the fracture network, in the form of a set of families of fractures characterized by geometric attributes.
  • a numerical model is most often used. This model is applied to a discretized representation of the deposit, that is to say that the deposit is cut into a set of meshes.
  • the application of the numerical model requires knowledge of the flow properties of the fracture network at meshes scale, usually of hectometres. In particular, the permeabilities of the fracture network must be determined.
  • An " analytical method" is one or more equations for accurately determining, without approximation or recourse to numerical techniques (iterative, etc.) the unknowns of a problem according to the data.
  • An example of an analytical method is described for example in the following document: M.Chen, M. Bai, and JC Roegiers, Permeability Tensors of Anisotropic Fracture Networks, Mathematical Geology, Vol.31, No. 4, 1999
  • LAETITIA MACÉ, LAURENT SOUCHE AND JEAN-LAURENT MALLET "3D fracture modeling integrating geomechanics and geology data.”
  • AAPG INTERNATIONAL CONFERENCE October 24, 2004, - October 27, 2004, pages 1-6
  • Canc a “describes a method in which the connectivity of fractures is determined directly from a stochastic realization of the network, by means of a processing method applied to the geometry of the network.
  • the selection of the method is then performed by defining two connectivity thresholds corresponding to two connectivity index values defining three connectivity index intervals. A different method is then selected for each of the intervals, so as to optimize the estimation of the permeability in each cell. We will choose the simplest method preserving the precision of the results.
  • modelizations are based on a representation of the deposit, in a set of meshes. Each of these meshes represents a given volume of the deposit.
  • the set of meshes constitutes a discrete representation of the deposit.
  • the geosciences specialist carries out a characterization of the geometry of the natural fracture network: he elaborates a geometrical description of the fracture network, in each meshes, by means of relevant geometric attributes.
  • This geometric description requires a set of measurements, made in the field by the geologist. These measurements make it possible to characterize the fracture network, so as to arrive at a description of the network in the form of a set of N families of fractures, characterized by geometric attributes.
  • This geometrical description of the fracture network can also be determined probabilistically.
  • a geometric description of the fracture network is then established by assigning to each family of fractures f a probability law ⁇ ⁇ , f orientations in the plane of the layers with respect to a reference direction, as well as a probability law of lengths ⁇ l , f and a density d f .
  • a geometric description of the fracture network is established by assigning to each family of fractures f a probability law ⁇ ⁇ , f orientations in the plane of the layers with respect to a reference direction, a law of probability of orientations in the plane.
  • vertical ⁇ ⁇ , f a law of probability of lengths ⁇ l , f as well as a law of probability of heights ⁇ H , f , and a density d f .
  • the permeability of the network is null.
  • the permeability is important. Indeed, a fluid has no difficulty crossing the mesh in the latter case.
  • an index representative of the number of intersections between the fractures of the network is calculated according to the invention. Indeed, more the fractures of a network comprise intersections, more they are connected.
  • connection index This index is called “connectivity index” and is noted as I C.
  • the index of connectivity I C is then a parameter function of the number of intersections between the fractures of the network. It is determined in each cell, from the information from the geometric description.
  • the reservoir engineer can optimize in cost (time) and quality (accuracy) the calculation of the fracture permeabilities.
  • the calculation of the permeabilities according to the invention is carried out by first analyzing the value of the connectivity index I C.
  • the threshold value of the connectivity index from which it is considered that it is necessary to calculate the permeability, can be obtained empirically, or by simulations. Those skilled in the art may in particular use a flow simulator, a software well known to specialists, to define this threshold. This threshold is called the percolation threshold. It's noted I VS p .
  • the evaluation of the connectivity of the fracture network in each mesh makes it possible to select the cells of the discretization of the deposit, for which it is necessary to determine the network permeability by an appropriate calculation method.
  • the other meshes have a null value of network permeability.
  • the connectivity index thus calculated can be used more.
  • a permeability curve as a function of the connectivity index, it is possible to define permeability behaviors, making it possible to define the most suitable determination technique.
  • the permeability calculation method is selected by defining connectivity thresholds corresponding to connectivity index values defining connectivity index intervals. A method is selected for each of said intervals.
  • Homogeneous behavior means that, over an interval, the permeability curve obeys the same constitutive law as a function of the connectivity index.
  • the permeability curve as a function of the connectivity index can then be modeled by a single analytical formula (linear law, polynomial, etc.). In other words, over an interval, the network has the same law of flow behavior, ie the same law of permeability (hydraulic behavior) as a function of the connectivity index.
  • the set of meshes of step i can be defined in the following way: having calculated the index of connectivity for all the meshes of the discretization of the deposit, one selects a set of meshes, whose indices are distributed over the range of connectivity indices calculated for all the meshes of the deposit.
  • two connectivity thresholds are defined, defining three connectivity index intervals.
  • the figure 1 illustrates such an approach.
  • This figure represents a network permeability curve, K , as a function of the connectivity index I C.
  • a first threshold corresponds to the percolation threshold I VS p . It is defined on the figure 1 by I VS p ⁇ 1 .
  • I VS l There is a second threshold, noted I VS l , called the linearity threshold. It is defined on the figure 1 by I VS l ⁇ 3 . Beyond this threshold, the curve is a straight line.
  • These two thresholds define three intervals over which the permeability varies according to a homogeneous behavior as a function of the connectivity index: below I VS p , the permeability is constant (zero), above I VS l , the permeability increases linearly. Between the two thresholds, the permeability changes according to the connectivity index in a unique and non-linear relationship.
  • an alternative to the numerical method can be adopted in order to increase the speed of permeability calculations. It consists in using an approximation, such as an analytical formula giving the evolution of the permeability as a function of the connectivity index.
  • the evaluation of the connectivity of the fracture network in each mesh allows to select a method of determination of the permeability adapted to the need required for each mesh (ie a reliable method on the one hand, fast and inexpensive in computing time on the other hand).
  • the reservoir engineer has a discretized representation (set of meshes) of the hydrocarbon deposit, from which he wishes to extract the hydrocarbons.
  • This representation is indicated fracture network permeability, that is to say that each cell is associated with a permeability value.
  • the reservoir engineer chooses a production process, for example the water injection recovery process, the optimal implementation scenario for the field in question.
  • the definition of an optimal water injection scenario will consist, for example, in determining the number and location (position and spacing) of injection and production wells in order to best take into account the impact of fractures on the progression of fluids within the tank.
  • a hydrocarbon deposit is discretized with a network of fractures.
  • the figure 2 illustrates the result of this mesh in two dimensions.
  • a geometric description of the fracture network is developed in each of the meshes, using information from geological measurements and analyzes.
  • This index defines the average intersection number between fractures, within each mesh.
  • the figure 2 illustrates, in two dimensions, the meshs of the representation of the deposit for which one does not calculate by the permeability (zone 1 where I VS ⁇ I VS p , in white), the meshes for which the permeability is calculated using a flow simulator (zone 2 where I VS p ⁇ I VS ⁇ I VS l , in gray), and the meshes for which the permeability is calculated using a linear formula (zone 2 where I VS ⁇ I VS l , in gray).
  • Zone 1 does not calculate permeability. We therefore gain valuable computing time. In zone 3, we perform a linear calculation that gives us the same precision as a numerical simulation. On zone 2, to obtain an important precision, one uses a flow simulator.
  • a production process is then selected, for example water injection.
  • the mode of implementation of this method for the field considered however remains to be specified, and more particularly if this field proves to be fractured.
  • Different implementation scenarios differing from each other by the position of the wells, for example, are then defined and compared on the basis of quantitative criteria of production / recovery of the fluids in place.
  • the evaluation (forecasting) of these production criteria requires the use of a field simulator able to reproduce (simulate) each of the scenarios.
  • the permeabilities of the fracture network at the simulator resolution scale constitute basic information essential for performing these simulations, and decisive for guaranteeing the reliability of the production forecasts.
  • the invention makes it possible to estimate the large-scale permeability (scale of the drainage radius of a well or the inter-well space for example) of these fractures, in a fast and precise manner.
  • the engineers in charge of the exploitation of the deposit then have a tool allowing them to quickly evaluate the performance of different production scenarios, and thus, to select the one that optimizes the exploitation with regard to the criteria selected by the operator, such as ensure optimum hydrocarbon production.
  • the invention finds an industrial application in the exploitation of underground deposits, comprising a network of fractures. It may be a hydrocarbon deposit for which it is desired to optimize production, or a gas storage reservoir for example, for which it is desired to optimize the injection or the storage conditions.

Description

La présente invention concerne le domaine de l'optimisation de l'exploitation de gisements souterrains, tels que des gisements d'hydrocarbures, notamment lorsque ceux-ci comportent un réseau de fractures.The present invention relates to the field of optimization of the exploitation of underground deposits, such as hydrocarbon deposits, especially when they include a network of fractures.

La méthode selon l'invention, convient notamment pour l'étude des propriétés hydrauliques de terrains fracturés, et notamment pour étudier les déplacements d'hydrocarbures dans des gisements souterrains.The method according to the invention is particularly suitable for the study of the hydraulic properties of fractured terrains, and in particular to study hydrocarbon displacements in underground deposits.

En particulier, l'invention concerne une méthode destinée à déterminer la perméabilité d'un réseau de fractures, de façon à prédire les écoulements de fluides susceptibles de se produire au travers du gisement. On peut alors simuler une production d'hydrocarbures en fonction de divers scénarios de production.In particular, the invention relates to a method for determining the permeability of a fracture network, so as to predict the flows of fluids that may occur through the deposit. It is then possible to simulate hydrocarbon production according to various production scenarios.

L'industrie pétrolière, et plus précisément l'exploration et l'exploitation de gisements pétroliers, nécessitent d'acquérir une connaissance aussi parfaite que possible de la géologie souterraine pour fournir de façon efficace une évaluation des réserves, une modélisation de la production, ou la gestion de l'exploitation. En effet, la détermination de l'emplacement d'un puits de production ou d'un puits d'injection, la constitution de la boue de forage, les caractéristiques de complétion, les paramètres nécessaires à la récupération optimale des hydrocarbures (tels que la pression d'injection, le débit de production,...) nécessitent de bien connaître le gisement. Connaître le gisement signifie connaître les propriétés pétrophysiques du sous-sol en tout point de l'espace.The petroleum industry, and more specifically the exploration and exploitation of oil deposits, require the acquisition of the best possible knowledge of underground geology to effectively provide a reserve assessment, a production model, or farm management. In fact, the determination of the location of a production well or an injection well, the constitution of the drilling mud, the completion characteristics, the parameters necessary for the optimal recovery of the hydrocarbons (such as injection pressure, production flow, ...) require a good knowledge of the deposit. To know the deposit means to know the petrophysical properties of the subsoil in every point of space.

Pour ce faire, depuis longtemps, l'industrie pétrolière allie les mesures techniques aux modélisations, réalisées en laboratoire et/ou par des logiciels. Les modélisations des gisements pétroliers constituent donc une étape technique indispensable à toute exploration ou exploitation de gisement. Ces modélisations ont pour but de fournir une description du gisement.To do this, the oil industry has a long history of combining technical measurements with modelizations, carried out in the laboratory and / or with software. Modeling of Oilfields are therefore an essential technical step for any exploration or exploitation of the deposit. These models are intended to provide a description of the deposit.

État de la techniqueState of the art

Les ingénieurs en charge de l'exploitation de réservoirs fracturés, ont besoin de parfaitement connaître le rôle des fractures. On appelle "fracture", une discontinuité plane, de très faible épaisseur par rapport à son extension, et qui représente un plan de rupture d'une roche du gisement.The engineers in charge of the exploitation of fractured tanks, need to know perfectly the role of the fractures. A " fracture " is a plane discontinuity, very thin in relation to its extension, which represents a plane of rupture of a rock in the deposit.

D'une part, la connaissance de la distribution et du comportement de ces fractures permet d'optimiser la localisation et l'espacement entre les puits que l'on compte forer au travers du gisement pétrolifère.On the one hand, the knowledge of the distribution and the behavior of these fractures makes it possible to optimize the location and the spacing between the wells that one intends to drill through the oil field.

D'autre part, la géométrie du réseau de fractures conditionne le déplacement des fluides tant à l'échelle du réservoir qu'à l'échelle locale où elle détermine des blocs matriciels élémentaires dans lesquels l'huile est piégée. Connaître la distribution des fractures, est donc très utile, aussi, à un stade ultérieur, pour l'ingénieur de réservoir qui cherche à calibrer les modèles qu'il construit pour simuler les gisements afin d'en reproduire ou prédire les courbes de production passées ou futures.On the other hand, the geometry of the fracture network conditions the displacement of the fluids both at the reservoir scale and at the local scale where it determines elementary matrix blocks in which the oil is trapped. Knowing the distribution of fractures, is therefore very useful, also, at a later stage, for the tank engineer who tries to calibrate the models he builds to simulate the deposits in order to reproduce or predict past production curves. or future.

Les ingénieurs en charge de l'exploitation de réservoirs fracturés, ont donc besoin d'estimer la perméabilité à grande échelle (celle du rayon de drainage d'un puits ou de l'espace inter-puits par exemple) des réseaux de fractures, et de prévoir le comportement hydrodynamique (débit, pression,..) de ces réseaux, en réponse à des sollicitations extérieures imposées via des puits.The engineers in charge of the exploitation of fractured reservoirs, therefore, need to estimate the large-scale permeability (that of the drainage radius of a well or inter-well space for example) of fracture networks, and to predict the hydrodynamic behavior (flow, pressure, ..) of these networks, in response to external demands imposed via wells.

A ces fins, les spécialistes de géosciences procèdent en premier lieu à une caractérisation du réseau de fractures, sous la forme d'un ensemble de familles de fractures caractérisées par des attributs géométriques.For these purposes, geoscientists proceed in the first place to characterize the fracture network, in the form of a set of families of fractures characterized by geometric attributes.

Puis, en vue de la simulation des écoulements au sein du réservoir fracturé, un modèle numérique est le plus souvent utilisé. Ce modèle est appliqué à une représentation discrétisée du gisement, c'est-à-dire que le gisement est découpé en un ensemble de mailles. L'application du modèle numérique, nécessite de connaître les propriétés d'écoulement du réseau de fractures à l'échelle des mailles, habituellement de tailles hectométriques. En particulier, les perméabilités du réseau de fractures doivent être déterminées.Then, in order to simulate flows within the fractured reservoir, a numerical model is most often used. This model is applied to a discretized representation of the deposit, that is to say that the deposit is cut into a set of meshes. The application of the numerical model requires knowledge of the flow properties of the fracture network at meshes scale, usually of hectometres. In particular, the permeabilities of the fracture network must be determined.

Ceci peut être réalisé de manière fiable à partir d'un calcul d'écoulement, effectué sur un modèle géométrique représentatif du réseau de fractures. Une telle méthode est décrite dans le brevet suivant : FR 2.757.947 ( US 6.023.656 ).This can be done reliably from a flow calculation, performed on a geometric model representative of the fracture network. Such a method is described in the following patent: FR 2,757,947 ( US 6,023,656 ).

Toutefois, cette méthode de calcul numérique est coûteuse en temps de calcul, pour des réservoirs complexes et/ou de grande taille. Souvent la discrétisation d'un gisement conduit à la construction d'une grille comportant des millions de mailles.However, this numerical calculation method is expensive in computation time, for complex and / or large tanks. Often the discretization of a deposit leads to the construction of a grid with millions of meshes.

Le spécialiste dispose alors de méthodes alternatives. Il dispose en effet de méthodes analytiques de calcul. On appelle « méthode analytique » une ou plusieurs équations permettant de déterminer de manière exacte, sans approximation ni recours à des techniques numériques (itératives, etc.) les inconnues d'un problème en fonction des données. Un exemple de méthode analytique est décrit par exemple dans le document suivant :
M.Chen, M. Bai, and J-C Roegiers, Permeability Tensors of Anisotropic Fracture Networks, Mathematical Geology, Vol.31, No. 4, 1999
The specialist then has alternative methods. It has in fact analytical methods of calculation. An " analytical method " is one or more equations for accurately determining, without approximation or recourse to numerical techniques (iterative, etc.) the unknowns of a problem according to the data. An example of an analytical method is described for example in the following document:
M.Chen, M. Bai, and JC Roegiers, Permeability Tensors of Anisotropic Fracture Networks, Mathematical Geology, Vol.31, No. 4, 1999

Toutefois, les méthodes analytiques reposent le plus souvent sur des hypothèses simplificatrices du problème physique et ne permettent pas d'obtenir la précision atteinte par les méthodes numériques qui, elles, permettent de prendre en considération la complexité réelle de la physique dans son intégralité. Il est pourtant parfois crucial de préserver une grande précision dans l'estimation des perméabilités des réseaux de fractures, de façon à pouvoir sélectionner les meilleurs scénarios de production, permettant d'optimiser la production d'hydrocarbures.However, the analytical methods are most often based on simplifying assumptions of the physical problem and do not allow to obtain the precision achieved by the numerical methods which, they allow to take into account the real complexity of the physics in its entirety. However, it is sometimes crucial to maintain high accuracy in estimating the permeabilities of fracture networks, so that the best production scenarios can be selected to optimize hydrocarbon production.

Le document « SAIT I. OZKAYA, JOERG MATTNER: "Fracture connectivity from fracture intersections in borehole image logs", COMPUTERS & GEOSCIENCES, no. 29, 2003, pages 143-153, XP002472550 » décrit une méthode d'évaluation de la connectivité par le nombre moyen d'intersection entre fractures par fracture.The document " SAIT I. OZKAYA, JOERG MATTNER: "Fracture connectivity from fracture intersections in borehole image logs", COMPUTERS & GEOSCIENCES, no. 29, 2003, pages 143-153, XP002472550 Describes a method of assessing connectivity by the average number of fracture-fracture intersections.

Le document « LAETITIA MACÉ, LAURENT SOUCHE AND JEAN-LAURENT MALLET: "3D fracture modeling integrating geomechanics and géologie data.", AAPG INTERNATIONAL CONFERENCE, 24 octobre 2004, - 27 octobre 2004, pages 1-6, XP002472551, Canc un » décrit une méthode dans laquelle on détermine la connectivité des fractures directement à partir d'une réalisation stochastique du réseau, au moyen d'une méthode de traitement appliquée à la géométrie du réseau.The document " LAETITIA MACÉ, LAURENT SOUCHE AND JEAN-LAURENT MALLET: "3D fracture modeling integrating geomechanics and geology data.", AAPG INTERNATIONAL CONFERENCE, October 24, 2004, - October 27, 2004, pages 1-6, XP002472551, Canc a "describes a method in which the connectivity of fractures is determined directly from a stochastic realization of the network, by means of a processing method applied to the geometry of the network.

La méthode selon l'inventionThe method according to the invention

L'invention concerne une méthode mise en oeuvre par ordinateur pour optimiser l'exploitation d'un gisement comportant un réseau de fractures, dans laquelle on discrétise le gisement en un ensemble de mailles. On élabore également une description géométrique du réseau de fractures dans chacune des mailles. La méthode comporte les étapes suivantes :

  • on détermine, au sein de chaque maille, un indice de connectivité, fonction au moins du nombre d'intersections entre fractures, au moyen de ladite description géométrique ;
  • on estime la perméabilité du réseau de fractures de mailles dont l'indice de connectivité est supérieur à un seuil ;
  • on affecte une valeur fixée de perméabilité, au sein des autres mailles dont l'indice de connectivité est inférieur audit seuil, de façon à limiter le nombre d'estimations de perméabilité ; et
  • on optimise l'exploitation du gisement, en simulant des écoulements de fluides dans ledit gisement, en fonction des perméabilités du réseau de fractures en chaque maille.
The invention relates to a method implemented by computer to optimize the exploitation of a deposit comprising a fracture network, in which the deposit is discretized in a set of meshes. A geometrical description of the fracture network in each of the meshes is also developed. The method has the following steps:
  • determining, within each mesh, a connectivity index, at least a function of the number of intersections between fractures, by means of said geometric description;
  • the permeability of the network of mesh fractures whose connectivity index is greater than a threshold is estimated;
  • assigning a fixed value of permeability, within the other meshes whose connectivity index is below said threshold, so as to limit the number of permeability estimates; and
  • the exploitation of the deposit is optimized by simulating flows of fluids in said deposit, as a function of the permeabilities of the fracture network in each cell.

Pour optimiser davantage l'estimation de la perméabilité du réseau de fractures en chaque maille, on sélectionne, pour chaque maille, une méthode d'estimation de la perméabilité du réseau de fractures en fonction de la valeur de l'indice de connectivité.To further optimize the estimation of the permeability of the fracture network in each cell, we select, for each cell, a method for estimating the permeability of the fracture network as a function of the value of the connectivity index.

La sélection de la méthode est alors réalisée, en définissant deux seuils de connectivité, correspondant à deux valeurs d'indice de connectivité définissant trois intervalles d'indice de connectivité. On sélectionne alors une méthode différente pour chacun des intervalles, de façon à optimiser l'estimation de la perméabilité en chaque maille. On choisira la méthode la plus simple préservant la précision des résultats.The selection of the method is then performed by defining two connectivity thresholds corresponding to two connectivity index values defining three connectivity index intervals. A different method is then selected for each of the intervals, so as to optimize the estimation of the permeability in each cell. We will choose the simplest method preserving the precision of the results.

Dans ce mode de réalisation, les seuils peuvent être définis de façon empirique, ou en réalisant les étapes suivantes :

  • on dispose d'un ensemble de mailles comportant chacune un réseau de fractures pour lequel on dispose d'une description géométrique ;
  • on détermine un indice de connectivité pour chacune des mailles ;
  • on détermine une perméabilité du réseau en chaque maille, à l'aide d'un simulateur d'écoulement ;
  • on construit une courbe de la perméabilité en fonction de l'indice de connectivité ;
  • on définit les seuils en fonction de la forme de ladite courbe, de façon à ce que la perméabilité obéisse à la même loi de comportement en fonction de l'indice de connectivité au sein des trois intervalles définis par les seuils.
In this embodiment, the thresholds can be defined empirically, or by performing the following steps:
  • we have a set of meshes each comprising a fracture network for which we have a geometric description;
  • a connectivity index is determined for each of the cells;
  • a network permeability is determined in each cell, using a flow simulator;
  • a curve of permeability is constructed as a function of the connectivity index;
  • the thresholds are defined according to the shape of said curve, so that the permeability obeys the same constitutive law as a function of the connectivity index within the three intervals defined by the thresholds.

Dans ce mode de réalisation, on peut choisir l'ensemble de mailles pour lequel on dispose d'une description géométrique, en sélectionnant un ensemble de mailles issues de la discrétisation du gisement, dont les indices sont répartis sur l'intervalle des indices de connectivité calculés pour l'ensemble des mailles issues de la discrétisation du gisement.In this embodiment, it is possible to choose the set of meshes for which a geometric description is available, by selecting a set of meshes resulting from the discretization of the deposit, the indices of which are distributed over the interval of the connectivity indices. calculated for all the meshes resulting from the discretization of the deposit.

Les méthodes d'estimation de la perméabilité peuvent être choisies de la façon suivante :

  • on estime la perméabilité du réseau de fractures au sein des mailles dont l'indice de connectivité est supérieur au second seuil, au moyen d'une formule analytique ;
  • on estime la perméabilité du réseau au sein de mailles dont l'indice de connectivité est compris entre les deux seuils, au moyen d'un simulateur d'écoulement.
The permeability estimation methods can be chosen as follows:
  • the permeability of the fracture network within the meshes whose connectivity index is greater than the second threshold is estimated by means of an analytical formula;
  • it estimates the permeability of the network within meshes whose connectivity index is between the two thresholds, by means of a flow simulator.

Dans ce cas, on peut estimer la perméabilité en fonction de la valeur de l'indice de connectivité. On peut par exemple :

  • estimer la perméabilité du réseau de fractures au sein des mailles dont l'indice de connectivité est supérieur au second seuil, au moyen d'une formule analytique dans laquelle on considère que la perméabilité du réseau croît linéairement en fonction de l'indice de connectivité ;
  • et estimer la perméabilité du réseau au sein de mailles dont l'indice de connectivité est compris entre les deux seuils, au moyen d'une méthode dans laquelle on considère que la perméabilité du réseau n'obéit plus à la même relation qu'au-delà du second seuil.
In this case, the permeability can be estimated as a function of the value of the connectivity index. For example:
  • estimating the permeability of the fracture network within the mesh whose connectivity index is greater than the second threshold, by means of an analytical formula in which it is considered that the permeability of the network increases linearly as a function of the connectivity index;
  • and to estimate the permeability of the network within meshes whose connectivity index lies between the two thresholds, by means of a method in which it is considered that the permeability of the network no longer obeys the same relationship as beyond the second threshold.

D'autres caractéristiques et avantages de la méthode selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.Other characteristics and advantages of the method according to the invention will appear on reading the following description of nonlimiting examples of embodiments, with reference to the appended figures and described below.

Présentation succincte des figuresBrief presentation of the figures

  • La figure 1 représente une courbe de perméabilité de réseau K en fonction de l'indice de connectivité IC , à partir de laquelle on détermine un seuil de percolation I C p
    Figure imgb0001
    et un seuil de linéarité I C l
    Figure imgb0002
    ( I C p 1
    Figure imgb0003
    et I C l 3
    Figure imgb0004
    ).
    The figure 1 represents a network permeability curve K as a function of connectivity index I C , from which a percolation threshold is determined I VS p
    Figure imgb0001
    and a threshold of linearity I VS l
    Figure imgb0002
    ( I VS p 1
    Figure imgb0003
    and I VS l 3
    Figure imgb0004
    ).
  • La figure 2 illustre la discrétisation en deux dimensions d'un gisement en un ensemble de mailles, et indique les mailles pour lesquelles on ne calcule pas la perméabilité (zone 1, en blanc), les mailles pour lesquelles on calcule la perméabilité à l'aide d'un simulateur d'écoulement (zone 2, en gris), et les mailles pour lesquelles on calcule la perméabilité à l'aide d'une formule linéaire (zone 3, en noir).The figure 2 illustrates the two-dimensional discretization of a deposit in a set of meshes, and indicates the meshes for which we do not calculate the permeability (zone 1, in white), the meshes for which we calculate the permeability using a flow simulator (zone 2, in gray), and the meshes for which the permeability is calculated using a linear formula (zone 3, in black).
Description détaillée de la méthodeDetailed description of the method

La méthode selon l'invention permet d'optimiser l'exploitation d'un gisement d'hydrocarbures, notamment lorsque celui-ci comporte un réseau de fractures. La méthode permet en particulier de minimiser le temps nécessaire à la détermination des perméabilités du réseau de fractures, tout en préservant une bonne précision des résultats. La méthode comporte six étapes :

  1. 1- Discrétisation du gisement en un ensemble de mailles
  2. 2- Description géométrique du réseau de fractures
  3. 3- Analyse de la connectivité du réseau de fractures
  4. 4- Détermination de la perméabilité équivalente d'un réseau de fractures
  5. 5- Simulation des écoulements de fluides
  6. 6- Optimisation des conditions de production du gisement
The method according to the invention makes it possible to optimize the exploitation of a hydrocarbon reservoir, especially when the latter comprises a network of fractures. In particular, the method makes it possible to minimize the time required to determine the permeabilities of the fracture network, while preserving a good accuracy of the results. The method has six steps:
  1. 1- Discretization of the deposit into a set of meshes
  2. 2- Geometric description of the fracture network
  3. 3- Analysis of the connectivity of the fracture network
  4. 4- Determination of the equivalent permeability of a fracture network
  5. 5- Simulation of fluid flows
  6. 6- Optimization of the production conditions of the deposit

1- Discrétisation du gisement en un ensemble de mailles1- Discretization of the deposit into a set of meshes

Depuis longtemps, l'industrie pétrolière allie les mesures techniques aux modélisations, réalisées en laboratoire et/ou par des logiciels.For a long time, the petroleum industry has been combining technical measurements with modelizations, carried out in the laboratory and / or with software.

Les modélisations des gisements pétroliers, constituent donc une étape technique indispensable à toute exploration ou exploitation de gisement. Ces modélisations ont pour but de fournir une description du gisement, via son architecture sédimentaire et/ou ses propriétés pétrophysiques.The modeling of the oil fields, therefore constitute a technical step essential to any exploration or exploitation of deposits. These models aim to to provide a description of the deposit, via its sedimentary architecture and / or its petrophysical properties.

Ces modélisations se basent sur une représentation du gisement, en un ensemble de mailles. Chacune de ces mailles représentent un volume donné du gisement. L'ensemble des mailles constitue une représentation discrète du gisement.These modelizations are based on a representation of the deposit, in a set of meshes. Each of these meshes represents a given volume of the deposit. The set of meshes constitutes a discrete representation of the deposit.

2- Description géométrique du réseau de fractures naturelles2- Geometric description of the natural fracture network

Le spécialiste des géosciences procède à une caractérisation de la géométrie du réseau de fractures naturelles : il élabore une description géométrique du réseau de fractures, dans chacune des mailles, au moyen d'attributs géométriques pertinents.The geosciences specialist carries out a characterization of the geometry of the natural fracture network: he elaborates a geometrical description of the fracture network, in each meshes, by means of relevant geometric attributes.

Cette description géométrique nécessite un ensemble de mesures, réalisées sur le terrain par le géologue. Ces mesures permettent de caractériser le réseau de fractures, de façon à aboutir à une description du réseau sous la forme d'un ensemble de N familles de fractures, caractérisées par des attributs géométriques.This geometric description requires a set of measurements, made in the field by the geologist. These measurements make it possible to characterize the fracture network, so as to arrive at a description of the network in the form of a set of N families of fractures, characterized by geometric attributes.

Dans tout ce qui suit, pour des raisons de clarté de l'exposé, nous considérons la situation bidimensionnelle d'un réseau de fractures de N familles contenues dans une couche, sans toutefois que cela ne remette en cause la possibilité d'étendre le domaine d'application de l'invention aux situations tridimensionnelles de réservoirs multicouches et/ou de grande épaisseur par rapport à l'extension verticale des fractures.In what follows, for the sake of clarity, we consider the two-dimensional situation of a network of fractures of N families contained in a layer, without however calling into question the possibility of extending the domain application of the invention to three-dimensional situations of multilayer tanks and / or of great thickness relative to the vertical extension of fractures.

En deux dimensions les attributs géométriques relatifs à une famille f peuvent être les suivants :

  • un angle moyen, θf , d'orientation par rapport à une direction de référence et un angle moyen de dispersion, αf , de cette orientation autour de l'angle moyen θf . Ces paramètres d'orientation sont généralement ajustés à une loi statistique (telle que par exemple la loi de Fisher) ;
  • une longueur moyenne, Lf , et une dispersion autour de cette moyenne ;
  • une densité, df , définie comme la longueur cumulée de fracture par unité de surface (m/m2).
In two dimensions the geometric attributes relating to a family f can be:
  • a mean angle, θ f , of orientation with respect to a reference direction and a mean dispersion angle, α f , of this orientation around the average angle θ f . These orientation parameters are generally adjusted to a statistical law (such as for example Fisher's law);
  • an average length, L f , and a dispersion around this mean;
  • a density, d f , defined as the cumulative length of fracture per unit area (m / m 2 ).

Cette description géométrique du réseau de fractures, peut également être déterminée de façon probabiliste. On établit alors une description géométrique du réseau de fractures en affectant à chaque famille de fractures f, une loi de probabilité ρ θ,f des orientations dans le plan des couches par rapport à une direction de référence, ainsi qu'une loi de probabilité des longueurs ρ l,f et une densité df. Chaque loi de probabilité pour le paramètre p vérifie la relation : ρ p , f dp = 1

Figure imgb0005
This geometrical description of the fracture network can also be determined probabilistically. A geometric description of the fracture network is then established by assigning to each family of fractures f a probability law ρ θ , f orientations in the plane of the layers with respect to a reference direction, as well as a probability law of lengths ρ l , f and a density d f . Each probability law for parameter p satisfies the relation: ρ p , f dp = 1
Figure imgb0005

En fonction des mesures réalisées, ou des lois de probabilité définies, on affecte à chaque maille de la représentation discrète du gisement, une valeur à chacun des attributs géométriques décrivant le réseau de fractures à l'échelle de cette maille.Depending on the measurements made, or the defined probability laws, we assign to each cell of the discrete representation of the deposit, a value to each of the geometric attributes describing the fracture network at the scale of this mesh.

Les documents suivants décrivent un exemple de techniques utilisables pour accomplir cette tâche : FR 2.725.794 ( US 5.661.698 ), FR 2.725.814 ( US 5.798.768 ), FR 2.733.073 ( US 5.659.135 )
A la fin de cette étape, on a construit une représentation du gisement sous forme d'un ensemble de mailles, et l'on a affecté à chacune de ces mailles un ensemble d'attributs géométriques caractérisant le réseau de fractures au sein de chaque maille.
The following documents describe an example of techniques that can be used to accomplish this task: FR 2.725.794 ( US5,661,698 ) FR 2.725.814 ( US 5,798,768 ) FR 2.733.073 ( US 5,659,135 )
At the end of this step, we have constructed a representation of the deposit in the form of a set of meshes, and we have assigned to each of these meshes a set of geometric attributes characterizing the fracture network within each mesh. .

Pour une application au cas 3D, les attributs géométriques permettant d'établir une description géométrique du réseau de fractures naturelles, sont les mêmes paramètres que pour le cas 2D ainsi que :

  • un angle moyen, ψf , d'orientation par rapport à une direction de référence dans le plan vertical et un angle moyen de dispersion, βf , de cette orientation autour de l'angle moyen ψf . Ces paramètres d'orientation sont généralement ajustés à une loi statistique ;
  • une hauteur moyenne, Hf , et une dispersion autour de cette moyenne ;
  • une densité, df , définie comme la surface cumulée de fracture par unité de volume (m2/m3).
For an application to the 3D case, the geometric attributes making it possible to establish a geometrical description of the network of natural fractures, are the same parameters as for the 2D case as well as:
  • a mean angle, ψ f , of orientation with respect to a reference direction in the vertical plane and a mean dispersion angle, β f , of this orientation around the mean angle ψ f . These orientation parameters are generally adjusted to a statistical law;
  • an average height, H f , and a dispersion around this mean;
  • a density, d f , defined as the cumulative fracture area per unit volume (m 2 / m 3 ).

On établit une description géométrique du réseau de fractures en affectant à chaque famille de fractures f, une loi de probabilité ρ θ,f des orientations dans le plan des couches par rapport à une direction de référence, une loi de probabilité des orientations dans le plan vertical ρ Ψ,f , une loi de probabilité des longueurs ρ l,f ainsi qu'une loi de probabilité des hauteurs ρ H,f , et une densité df. A geometric description of the fracture network is established by assigning to each family of fractures f a probability law ρ θ , f orientations in the plane of the layers with respect to a reference direction, a law of probability of orientations in the plane. vertical ρ Ψ, f , a law of probability of lengths ρ l , f as well as a law of probability of heights ρ H , f , and a density d f .

3- Analyse de la connectivité du réseau de fractures3- Analysis of the connectivity of the fracture network

Dans l'optique d'optimiser l'exploitation d'un gisement, on prend en compte, non seulement la géométrie du réseau de fractures, mais également le rôle des fractures sur le comportement hydrodynamique du réservoir. Pour déterminer ce rôle, on définit si le réseau de fractures est connecté, de telle sorte qu'il contribue directement aux écoulements et transports à l'échelle du réservoir. La connaissance de ce degré de connectivité est essentielle pour l'ingénieur de réservoir chargé d'estimer/prédire l'exploitation du réservoir.In order to optimize the exploitation of a reservoir, we take into account, not only the geometry of the fracture network, but also the role of fractures on the hydrodynamic behavior of the reservoir. To determine this role, we define whether the fracture network is connected, so that it contributes directly to the flows and transport at the reservoir scale. Knowledge of this degree of connectivity is essential for the tank engineer responsible for estimating / predicting reservoir operation.

Selon l'invention, avant de calculer la perméabilité du réseau en chaque maille, qui est soit coûteux, lorsque l'on utilise une méthode précise telle qu'une méthode numérique, soit rapide mais imprécis, lorsque l'on utilise une méthode telle qu'une méthode analytique, on évalue la connectivité du réseau de fractures de la maille considérée.According to the invention, before calculating the permeability of the network in each mesh, which is either expensive, when using a precise method such as a numerical method, is fast but imprecise, when using a method such as an analytical method, we evaluate the connectivity of the fracture network of the mesh considered.

En effet, si les fractures d'un réseau, au sein d'une maille, ne sont pas connectées entre elles, la perméabilité du réseau est nulle. A l'inverse, si les fractures d'un réseau, au sein d'une maille, sont toutes connectées, la perméabilité est importante. En effet, un fluide n'a aucune difficulté à traverser la maille dans ce dernier cas.Indeed, if the fractures of a network, within a mesh, are not connected between them, the permeability of the network is null. On the other hand, if the fractures of a network, within a mesh, are all connected, the permeability is important. Indeed, a fluid has no difficulty crossing the mesh in the latter case.

Pour déterminer le degré de connectivité des fractures d'un réseau au sein d'une maille, on calcule, selon l'invention, un indice représentatif du nombre d'intersections entre les fractures du réseau. En effet, plus les fractures d'un réseau comportent d'intersections, plus elles sont connectées.In order to determine the degree of connectivity of the fractures of a network within a mesh, an index representative of the number of intersections between the fractures of the network is calculated according to the invention. Indeed, more the fractures of a network comprise intersections, more they are connected.

Cet indice est appelé « indice de connectivité », et il est noté IC . L'indice de connectivité IC est alors un paramètre fonction du nombre d'intersections entre les fractures du réseau. On le détermine en chaque maille, à partir des informations issues de la description géométrique.This index is called "connectivity index" and is noted as I C. The index of connectivity I C is then a parameter function of the number of intersections between the fractures of the network. It is determined in each cell, from the information from the geometric description.

De façon générale, on peut utiliser la formulation suivante pour définir l'indice de connectivité IC . : Ic = g 1 d g 2 θ α g 3 L

Figure imgb0006
avec :

  • g 1 : une fonction linéaire dépendant de la densité de fracturation du réseau ;
  • g 2 : une fonction dépendant de la dispersion des orientations (α) dans le plan horizontal
  • g 3 : une fonction linéaire dépendant de la longueur moyenne (L) des fractures ;
  • g 4 : une fonction dépendant de la dispersion des orientations (ψ) dans le plan vertical.
In general, the following formulation can be used to define the connectivity index I C. : Ic = boy Wut 1 d boy Wut 2 θ α boy Wut 3 The
Figure imgb0006
with:
  • g 1 : a linear function depending on the fracturing density of the network;
  • g 2 : a function dependent on the dispersion of orientations ( α ) in the horizontal plane
  • g 3 : a linear function depending on the average length ( L ) of the fractures;
  • g 4 : a function depending on the dispersion of the orientations ( ψ ) in the vertical plane.

On peut évaluer ces fonctions de façon empirique. On peut aussi définir l'indice de connectivité à partir des valeurs moyennes des attributs géométriques définis plus haut, de la façon suivante :

  • Cas de 2 familles (i,j) d'orientations θi ,θj constantes: Ic ij = d i . d j . L j . L j . sin θ i θ j d i L j + d j L i
    Figure imgb0007
  • Cas d'une famille f dont la dispersion d'orientations est non négligeable et définie par une loi géostatistique ρ θ,f : Ic f = d f × L f × θ 1 = 0 2 Π θ 2 > θ 1 2 Π ρ θ , f θ 1 ρ θ , f θ sin θ 1 θ 2 1 2
    Figure imgb0008
These functions can be evaluated empirically. We can also define the connectivity index from the average values of the geometric attributes defined above, as follows:
  • Case of 2 families ( i , j ) of orientations θ i , θ j constants: Ic ij = d i . d j . The j . The j . sin θ i - θ j d i The j + d j The i
    Figure imgb0007
  • Case of a family f whose dispersion of orientations is not negligible and defined by a geostatistical law ρ θ , f : Ic f = d f × The f × θ 1 = 0 2 Π θ 2 > θ 1 2 Π ρ θ , f θ 1 ρ θ , f θ sin θ 1 - θ 2 1 2
    Figure imgb0008

Si on considère les lois de distribution statistiques des paramètres géométriques de chacune des familles f, on peut utiliser l'expression suivante de Ic pour un cas à N Familles : Ic = 1 k = 1 N d k L k i = 1 N d i 2 θ 1 = 0 2 Π θ 2 > θ 1 2 Π ρ θ , i θ 1 ρ θ , i θ 2 sin θ 1 θ 2 1 2 + i = 1 N j = i + 1 N d i d j θ 1 = 0 2 Π θ 2 = 0 2 Π ρ θ , i θ 1 ρ θ , j θ 2 sin θ 1 θ 2 1 2

Figure imgb0009
If we consider the statistic distribution distributions of the geometrical parameters of each of the families f, we can use the following expression of I c for a case with N Families: Ic = 1 Σ k = 1 NOT d k The k Σ i = 1 NOT d i 2 θ 1 = 0 2 Π θ 2 > θ 1 2 Π ρ θ , i θ 1 ρ θ , i θ 2 sin θ 1 - θ 2 1 2 + Σ i = 1 NOT Σ j = i + 1 NOT d i d j θ 1 = 0 2 Π θ 2 = 0 2 Π ρ θ , i θ 1 ρ θ , j θ 2 sin θ 1 - θ 2 1 2
Figure imgb0009

4- Détermination de la perméabilité équivalente du réseau de fractures4- Determination of the equivalent permeability of the fracture network

Pour déterminer le comportement hydrodynamique d'un réservoir, il est nécessaire d'évaluer une perméabilité du réseau de fractures à grande échelle. On calcule alors, en chaque maille, une perméabilité, dite « équivalente », du réseau de fractures contenu dans cette maille.To determine the hydrodynamic behavior of a reservoir, it is necessary to evaluate a permeability of the fracture network on a large scale. In each cell, a so-called "equivalent" permeability of the fracture network contained in this mesh is then calculated.

Deux méthodes existent : l'une numérique, coûteuse en ressources de calcul pour les réservoirs de grandes dimensions (nombreuses mailles), l'autre, analytique, rapide mais approximative car fondée sur des hypothèses simplificatrices, relatives à la géométrie du réseau par exemple.Two methods exist: one digital, expensive in computing resources for large tanks (many meshes), the other, analytical, fast but approximate because based on simplifying assumptions, relating to the geometry of the network for example.

Grâce à l'invention, l'ingénieur de réservoir peut optimiser en coût (temps) et qualité (précision) le calcul des perméabilités de fracture.Thanks to the invention, the reservoir engineer can optimize in cost (time) and quality (accuracy) the calculation of the fracture permeabilities.

Le calcul des perméabilités selon l'invention, s'effectue en analysant tout d'abord la valeur de l'indice de connectivité IC .The calculation of the permeabilities according to the invention is carried out by first analyzing the value of the connectivity index I C.

Sélection de mailles pour lesquelles il est nécessaire de déterminer la perméabilitéSelection of meshes for which it is necessary to determine the permeability

Le principe est le suivant :

  • Si l'indice de connectivité IC de la maille considérée indique que les fractures sont déconnectées entre elles, on considère la perméabilité du réseau nulle à grande échelle. Hormis le cas de fractures/failles de grande extension, le rôle des fractures sur le comportement hydrodynamique à grande échelle du réservoir est négligeable (perméabilité du réseau nulle). Dans ce cas, il n'est donc pas nécessaire de calculer la perméabilité du réseau. Ceci peut concerner des millions de mailles dans un modèle de réservoir fracturé, et l'on évite ainsi un très grand nombre de calculs inutiles.
  • Si l'indice de connectivité IC indique que les fractures sont connectées entre elles, on considère que le réseau acquiert une perméabilité à grande échelle. Le rôle hydraulique des fractures risque d'être sensible et ces dernières doivent être intégrées dans l'étude de la dynamique du réservoir.
The principle is as follows:
  • If the connectivity index I C of the mesh in question indicates that the fractures are disconnected from one another, the permeability of the null network on a large scale is considered. Apart from the case of large-scale fractures / faults, the role of fractures on the large-scale hydrodynamic behavior of the reservoir is negligible (zero network permeability). In this case, it is not necessary to calculate the permeability of the network. This can involve millions of meshes in a fractured reservoir model, thus avoiding a very large number of unnecessary calculations.
  • If the connectivity index I C indicates that the fractures are connected to each other, it is considered that the network acquires a permeability on a large scale. The hydraulic role of fractures is likely to be sensitive and these should be integrated into the study of reservoir dynamics.

La valeur seuil de l'indice de connectivité, à partir duquel on considère qu'il est nécessaire de calculer la perméabilité, peut être obtenue de façon empirique, ou encore par des simulations. L'homme du métier pourra notamment utiliser un simulateur d'écoulement, logiciel bien connu des spécialistes, pour définir ce seuil. Ce seuil est appelé seuil de percolation. Il est noté I C p .

Figure imgb0010
The threshold value of the connectivity index, from which it is considered that it is necessary to calculate the permeability, can be obtained empirically, or by simulations. Those skilled in the art may in particular use a flow simulator, a software well known to specialists, to define this threshold. This threshold is called the percolation threshold. It's noted I VS p .
Figure imgb0010

Ainsi, l'évaluation de la connectivité du réseau de fractures en chaque maille, permet de sélectionner les mailles de la discrétisation du gisement, pour lesquelles il est nécessaire de déterminer la perméabilité de réseau par une méthode de calcul appropriée. Les autres mailles ont une valeur nulle de perméabilité de réseau.Thus, the evaluation of the connectivity of the fracture network in each mesh, makes it possible to select the cells of the discretization of the deposit, for which it is necessary to determine the network permeability by an appropriate calculation method. The other meshes have a null value of network permeability.

Sélection d'une méthode de détermination de la perméabilité du réseau de fracturesSelection of a method for determining the permeability of the fracture network

Selon un mode de réalisation, on peut exploiter davantage l'indice de connectivité ainsi calculé. En effet, en établissant une courbe de perméabilité en fonction de l'indice de connectivité, on peut définir des comportements de la perméabilité, permettant de définir la technique de détermination la mieux adaptée.According to one embodiment, the connectivity index thus calculated can be used more. In fact, by establishing a permeability curve as a function of the connectivity index, it is possible to define permeability behaviors, making it possible to define the most suitable determination technique.

Selon un mode de réalisation général, on sélectionne la méthode de calcul de la perméabilité, en définissant des seuils de connectivité, correspondant à des valeurs d'indice de connectivité définissant des intervalles d'indice de connectivité. On sélectionne une méthode pour chacun desdits intervalles. According to a general embodiment , the permeability calculation method is selected by defining connectivity thresholds corresponding to connectivity index values defining connectivity index intervals. A method is selected for each of said intervals.

Ces seuils peuvent être définis de façon empirique, ou par exemple, en réalisant les étapes suivantes :

  1. i- on dispose d'un ensemble de mailles comportant chacune un réseau de fractures pour lequel on dispose d'une description géométrique ;
  2. ii- on calcule l'indice de connectivité de chacune de ces mailles ;
  3. iii- on détermine une perméabilité du réseau en chaque maille, à l'aide d'un simulateur d'écoulement par exemple ;
  4. iv- on construit une courbe de la perméabilité en fonction de l'indice de connectivité ;
  5. v- on définit les seuils en fonction de la forme de cette courbe, de façon à ce que la perméabilité varie en fonction de l'indice de connectivité selon un comportement homogène au sein des trois intervalles définis par les seuils.
These thresholds can be defined empirically, or for example, by performing the following steps:
  1. i- we have a set of meshes each comprising a fracture network for which we have a geometric description;
  2. we calculate the connectivity index of each of these meshes;
  3. a network permeability is determined in each mesh, using a flow simulator for example;
  4. iv- a permeability curve is constructed as a function of the connectivity index;
  5. The thresholds are defined according to the shape of this curve, so that the permeability varies according to the connectivity index according to a homogeneous behavior within the three intervals defined by the thresholds.

On entend par comportement homogène, le fait que, sur un intervalle, la courbe de perméabilité obéit à la même loi de comportement en fonction de l'indice de connectivité. La courbe de perméabilité en fonction de l'indice de connectivité peut être alors modélisée par une formule analytique unique (loi linéaire, polynomiale, etc.). En d'autres termes, sur un intervalle, le réseau possède la même loi de comportement à l'écoulement, i.e. la même loi de perméabilité (comportement hydraulique) en fonction de l'indice de connectivité.Homogeneous behavior means that, over an interval, the permeability curve obeys the same constitutive law as a function of the connectivity index. The permeability curve as a function of the connectivity index can then be modeled by a single analytical formula (linear law, polynomial, etc.). In other words, over an interval, the network has the same law of flow behavior, ie the same law of permeability (hydraulic behavior) as a function of the connectivity index.

En pratique, l'ensemble de mailles de l'étape i, peut être défini de la façon suivante : ayant calculé l'indice de connectivité pour toutes les mailles de la discrétisation du gisement, on sélectionne un ensemble de mailles, dont les indices sont répartis sur l'intervalle des indices de connectivité calculés pour l'ensemble des mailles du gisement.In practice, the set of meshes of step i can be defined in the following way: having calculated the index of connectivity for all the meshes of the discretization of the deposit, one selects a set of meshes, whose indices are distributed over the range of connectivity indices calculated for all the meshes of the deposit.

Selon un mode de réalisation particulier, on définit deux seuils de connectivité, définissant trois intervalles d'indice de connectivité. According to a particular embodiment , two connectivity thresholds are defined, defining three connectivity index intervals.

La figure 1 illustre une telle approche. Cette figure représente une courbe de perméabilité de réseau, K, en fonction de l'indice de connectivité IC. On constate qu'il existe un premier seuil. Ce seuil correspond au seuil de percolation I C p .

Figure imgb0011
Il est défini sur la figure 1 par I C p 1 .
Figure imgb0012
Il existe un second seuil, noté I C l ,
Figure imgb0013
appelé seuil de linéarité. Il est défini sur la figure 1 par I C l 3 .
Figure imgb0014
Au-delà de ce seuil, la courbe est une droite.The figure 1 illustrates such an approach. This figure represents a network permeability curve, K , as a function of the connectivity index I C. We see that there is a first threshold. This threshold corresponds to the percolation threshold I VS p .
Figure imgb0011
It is defined on the figure 1 by I VS p 1 .
Figure imgb0012
There is a second threshold, noted I VS l ,
Figure imgb0013
called the linearity threshold. It is defined on the figure 1 by I VS l 3 .
Figure imgb0014
Beyond this threshold, the curve is a straight line.

Ces deux seuils définissent trois intervalles sur lesquels la perméabilité varie selon un comportement homogène en fonction de l'indice de connectivité : en dessous de I C p ,

Figure imgb0015
la perméabilité est constante (nulle), au dessus de I C l ,
Figure imgb0016
la perméabilité croît linéairement. Entre les deux seuils, la perméabilité évolue en fonction de l'indice de connectivité selon une relation unique et non linéaire.These two thresholds define three intervals over which the permeability varies according to a homogeneous behavior as a function of the connectivity index: below I VS p ,
Figure imgb0015
the permeability is constant (zero), above I VS l ,
Figure imgb0016
the permeability increases linearly. Between the two thresholds, the permeability changes according to the connectivity index in a unique and non-linear relationship.

L'indice de connectivité, calculé pour chaque maille du modèle de champ fracturé, est alors utilisé de la façon suivante :

  • Figure imgb0017
    I C I C p :
    Figure imgb0018
    K(IC ) = 0
  • Figure imgb0017
    I C I C l :
    Figure imgb0020
    sur cet intervalle, la perméabilité du réseau de fractures croît linéairement en fonction de l'indice de connectivité (IC ) ou de la densité de fractures (d). On peut alors utiliser une méthode de calcul, permettant de déterminer la perméabilité à partir d'une formule analytique. On peut par exemple définir la formule suivante : K I c = a . I c + b
    Figure imgb0021
    Les coefficients a et b peuvent être déterminés par une simple régression linéaire.
  • Figure imgb0017
    I C p I C I C l :
    Figure imgb0023
    sur cet intervalle de transition, la perméabilité K du réseau évolue suivant une certaine fonction g dépendant de l'indice de connectivité (IC ) ou de la densité de fractures (d) : K I c = g I c
    Figure imgb0024
    La fonction g est une fonction distincte de la fonction linéaire définie sur l'intervalle I C I C l .
    Figure imgb0025
    Elle est fixée pour un type de réseau donné, c'est-à-dire pour les réseaux dont seule la densité varie (à nombre N de familles, orientations et longueurs de fractures de chaque famille fixés).
The connectivity index, calculated for each cell of the fractured field model, is then used as follows:
  • Figure imgb0017
    I VS I VS p :
    Figure imgb0018
    K ( I C ) = 0
  • Figure imgb0017
    I VS I VS l :
    Figure imgb0020
    over this interval, the permeability of the fracture network increases linearly as a function of the connectivity index ( I C ) or the fracture density ( d ). We can then use a calculation method to determine the permeability from an analytical formula. For example, we can define the following formula: K I vs = at . I vs + b
    Figure imgb0021
    The coefficients a and b can be determined by a simple linear regression.
  • Figure imgb0017
    I VS p I VS I VS l :
    Figure imgb0023
    on this transition interval, the permeability K of the network evolves according to a certain function g depending on the connectivity index ( I C ) or the fracture density (d): K I vs = boy Wut I vs
    Figure imgb0024
    The function g is a function distinct from the linear function defined on the interval I VS I VS l .
    Figure imgb0025
    It is fixed for a given type of network, that is to say for the networks whose only density varies (with number N of families, orientations and lengths of fractures of each fixed family).

Dans ce cas, une méthode numérique de calcul des perméabilités de fracture permet d'obtenir une valeur précise de perméabilité. Une telle méthode est décrite dans le document suivant : FR 2.757.947 ( US 6.023.656 ).In this case, a numerical method for calculating the fracture permeabilities makes it possible to obtain a precise value of permeability. Such a method is described in the following document: FR 2,757,947 ( US 6,023,656 ).

Cependant, une alternative à la méthode numérique peut être adoptée de façon à augmenter la rapidité des calculs de perméabilité. Elle consiste à faire usage d'une approximation, telle qu'une formule analytique donnant l'évolution de la perméabilité en fonction de l'indice de connectivité.However, an alternative to the numerical method can be adopted in order to increase the speed of permeability calculations. It consists in using an approximation, such as an analytical formula giving the evolution of the permeability as a function of the connectivity index.

En conclusion, l'évaluation de la connectivité du réseau de fractures en chaque maille, permet de sélectionner une méthode de détermination de la perméabilité adaptée au besoin requis au niveau de chaque maille (i.e. une méthode fiable d'une part, rapide et peu coûteuse en temps de calcul d'autre part). Elle permet par la même occasion de définir trois régions du champ (ou ensemble de mailles) possédant chacune un comportement homogène en perméabilité de fracture.In conclusion, the evaluation of the connectivity of the fracture network in each mesh, allows to select a method of determination of the permeability adapted to the need required for each mesh (ie a reliable method on the one hand, fast and inexpensive in computing time on the other hand). At the same time, it makes it possible to define three regions of the field (or set of meshes) each having a homogeneous behavior in fracture permeability.

5- Simulation des écoulements de fluides5- Simulation of fluid flows

A ce stade, l'ingénieur réservoir dispose d'une représentation discrétisée (ensemble de mailles) du gisement d'hydrocarbures, dont il souhaite extraire les hydrocarbures. Cette représentation est renseignée en perméabilité de réseau de fractures, c'est-à-dire qu'à chaque maille, est associée une valeur de perméabilité.At this stage, the reservoir engineer has a discretized representation (set of meshes) of the hydrocarbon deposit, from which he wishes to extract the hydrocarbons. This representation is indicated fracture network permeability, that is to say that each cell is associated with a permeability value.

L'ingénieur réservoir choisit un procédé de production, par exemple le procédé de récupération par injection d'eau, dont il demeure ensuite à préciser le scénario optimal de mise en oeuvre pour le champ considéré. La définition d'un scénario optimal d'injection d'eau consistera par exemple à fixer le nombre et l'implantation (position et espacement) des puits injecteurs et producteurs afin de tenir compte au mieux de l'impact des fractures sur la progression des fluides au sein du réservoir.The reservoir engineer chooses a production process, for example the water injection recovery process, the optimal implementation scenario for the field in question. The definition of an optimal water injection scenario will consist, for example, in determining the number and location (position and spacing) of injection and production wells in order to best take into account the impact of fractures on the progression of fluids within the tank.

En fonction du scénario choisi, et des perméabilités de réseau de fractures, on est alors capable de simuler la production d'hydrocarbures escomptée, au moyen d'un outil bien connu des spécialistes : un simulateur d'écoulement. Un tel logiciel permet de simuler les écoulements de fluides au sein de gisement.Depending on the chosen scenario, and fracture network permeabilities, it is then possible to simulate the expected hydrocarbon production, using a tool well known to specialists: a flow simulator. Such software makes it possible to simulate the flows of fluids within the reservoir.

6- Optimisation des conditions de production du gisement6- Optimization of the production conditions of the deposit

En sélectionnant divers scénarios caractérisés par exemple par diverses implantations respectives des puits injecteurs et producteurs, et en simulant la production d'hydrocarbures pour chacun d'eux selon l'étape 5, on peut sélectionner le scénario permettant d'obtenir une production optimale du gisement. On optimise alors l'exploitation du gisement, en mettant en oeuvre, sur le champ, le scénario de production ainsi sélectionné.By selecting various scenarios characterized for example by various respective locations of the injectors and producers, and by simulating the production of hydrocarbons for each of them according to step 5, one can select the scenario to obtain optimal production of the deposit. . We then optimize the exploitation of the deposit, by implementing, on the spot, the production scenario thus selected.

Exemple d'application.Application example.

On discrétise un gisement d'hydrocarbures comportant un réseau de fractures. La figure 2 illustre le résultat de ce maillage en deux dimensions.A hydrocarbon deposit is discretized with a network of fractures. The figure 2 illustrates the result of this mesh in two dimensions.

On élabore une description géométrique du réseau de fractures dans chacune des mailles, à l'aide d'informations issues de mesures et analyses géologiques.A geometric description of the fracture network is developed in each of the meshes, using information from geological measurements and analyzes.

On détermine, au sein de chaque maille, un indice de connectivité, défini par exemple par la formulation suivante (formule fondée sur les attributs moyens de chacune des familles de fractures) : Ic = i = 1 N j = i + 1 N d i . d j . sin θ i θ j i = 1 N d i L i

Figure imgb0026
Within each mesh, a connectivity index is defined, defined for example by the following formulation (formula based on the mean attributes of each of the families of fractures): Ic = Σ i = 1 NOT Σ j = i + 1 NOT d i . d j . sin θ i - θ j Σ i = 1 NOT d i The i
Figure imgb0026

Cet indice définit le nombre d'intersection moyen entre fractures, au sein de chaque maille.This index defines the average intersection number between fractures, within each mesh.

On tient alors compte de l'existence des deux seuils de percolation, I c p 1 ,

Figure imgb0027
et de linéarité, I C l 3 ,
Figure imgb0028
pour classer les mailles en fonction de leur indice de connectivité et définir ainsi trois zones (ou régions) du champ caractérisées respectivement par des valeurs de cet indice inférieures à I C p ,
Figure imgb0029
supérieures à I C l ,
Figure imgb0030
et comprises entre I C p
Figure imgb0031
et I C l .
Figure imgb0032
Cette définition de zones détermine le choix de la méthode de calcul des perméabilités de fracture.We then take into account the existence of the two percolation thresholds, I vs p 1 ,
Figure imgb0027
and linearity, I VS l 3 ,
Figure imgb0028
to classify the meshes according to their connectivity index and thus define three zones (or regions) of the field characterized respectively by values of this index lower than I VS p ,
Figure imgb0029
greater than I VS l ,
Figure imgb0030
and between I VS p
Figure imgb0031
and I VS l .
Figure imgb0032
This definition of zones determines the choice of the method for calculating the fracture permeabilities.

La figure 2 illustre, en deux dimensions, les mailles de la représentation du gisement pour lesquelles on ne calcule par la perméabilité (zone 1 où I C I C p ,

Figure imgb0033
en blanc), les mailles pour lesquelles on calcule la perméabilité à l'aide d'un simulateur d'écoulement (zone 2 où I C p I C I C l ,
Figure imgb0034
en gris), et les mailles pour lesquelles on calcule la perméabilité à l'aide d'une formule linéaire (zone 2 où I C I C l ,
Figure imgb0035
en gris).The figure 2 illustrates, in two dimensions, the meshs of the representation of the deposit for which one does not calculate by the permeability (zone 1 where I VS I VS p ,
Figure imgb0033
in white), the meshes for which the permeability is calculated using a flow simulator (zone 2 where I VS p I VS I VS l ,
Figure imgb0034
in gray), and the meshes for which the permeability is calculated using a linear formula (zone 2 where I VS I VS l ,
Figure imgb0035
in gray).

Sur la zone 1 on ne calcule pas la perméabilité. On gagne donc un temps de calcul précieux. Sur la zone 3, on effectue un calcul linéaire qui nous donne la même précision qu'une simulation numérique. Sur la zone 2, pour obtenir une précision importante, on utilise un simulateur d'écoulement.Zone 1 does not calculate permeability. We therefore gain valuable computing time. In zone 3, we perform a linear calculation that gives us the same precision as a numerical simulation. On zone 2, to obtain an important precision, one uses a flow simulator.

On sélectionne ensuite un procédé de production, par exemple l'injection d'eau. Le mode de mise en oeuvre de ce procédé pour le champ considéré demeure toutefois à spécifier, et plus particulièrement encore si ce champ s'avère fracturé. Différents scénarios de mise en oeuvre, différant les uns des autres par la position des puits par exemple, sont alors définis et comparés sur la base de critères quantitatifs de production/récupération des fluides en place. L'évaluation (prévision) de ces critères de production requiert l'usage d'un simulateur de champ à même de reproduire (simuler) chacun des scénarios. Dans le cas de réservoirs fracturés, les perméabilités du réseau de fractures à l'échelle de résolution du simulateur (la maille de réservoir) constituent des informations de base indispensables pour effectuer ces simulations, et déterminantes pour garantir la fiabilité des prévisions de production.A production process is then selected, for example water injection. The mode of implementation of this method for the field considered however remains to be specified, and more particularly if this field proves to be fractured. Different implementation scenarios, differing from each other by the position of the wells, for example, are then defined and compared on the basis of quantitative criteria of production / recovery of the fluids in place. The evaluation (forecasting) of these production criteria requires the use of a field simulator able to reproduce (simulate) each of the scenarios. In the case of fractured reservoirs, the permeabilities of the fracture network at the simulator resolution scale (the reservoir mesh) constitute basic information essential for performing these simulations, and decisive for guaranteeing the reliability of the production forecasts.

AvantagesAdvantages

L'invention permet d'estimer la perméabilité à grande échelle (échelle du rayon de drainage d'un puits ou de l'espace inter-puits par exemple) de ces fractures, de façon rapide et précise.The invention makes it possible to estimate the large-scale permeability (scale of the drainage radius of a well or the inter-well space for example) of these fractures, in a fast and precise manner.

Il est alors possible de prévoir le comportement hydrodynamique (débit, pression,..) en réponse à des sollicitations extérieures imposées via des puits lors de la production d'hydrocarbures.It is then possible to predict the hydrodynamic behavior (flow, pressure, ..) in response to external stresses imposed via wells during the production of hydrocarbons.

Les ingénieurs en charge de l'exploitation du gisement ont alors un outil leur permettant de rapidement évaluer la performance de différents scénarios de production, et ainsi, de sélectionner celui qui optimise l'exploitation au regard des critères sélectionnés par l'opérateur, comme d'assurer une production d'hydrocarbure optimale.The engineers in charge of the exploitation of the deposit then have a tool allowing them to quickly evaluate the performance of different production scenarios, and thus, to select the one that optimizes the exploitation with regard to the criteria selected by the operator, such as ensure optimum hydrocarbon production.

Ainsi, l'invention trouve une application industrielle dans l'exploitation de gisements souterrains, comportant un réseau de fractures. Il peut s'agir d'un gisement d'hydrocarbures pour lequel on souhaite optimiser la production, ou un gisement de stockage de gaz par exemple, pour lequel on souhaite optimiser l'injection ou les conditions de stockage.Thus, the invention finds an industrial application in the exploitation of underground deposits, comprising a network of fractures. It may be a hydrocarbon deposit for which it is desired to optimize production, or a gas storage reservoir for example, for which it is desired to optimize the injection or the storage conditions.

Claims (7)

  1. Computer-implemented method for optimizing the exploitation of a deposit comprising a fracture network, in which method the deposit is discretized into a set of unit cells and a geometric description of the fracture network in each of the unit cells is generated, the method comprising the following steps:
    - within each cell, a connectivity index that is dependent at least on the number of intersections between fractures is determined by means of said geometric description;
    - the permeability of the fracture network of unit cells the connectivity index of which is higher than a threshold is estimated by selecting, for each unit cell, a method for estimating the permeability of the fracture network depending on the value of the connectivity index, by defining two connectivity thresholds corresponding to two connectivity-index values defining three connectivity-index intervals, and a different method is selected for each of said intervals, so as to optimize the estimation of the permeability of each unit cell;
    - a set permeability value is assigned to the other unit cells the connectivity index of which is lower than said threshold, so as to limit the number of permeability estimations; and
    - the exploitation of the deposit is optimized by simulating fluid flows in said deposit, depending on the permeabilities of the fracture network in each unit cell.
  2. Method according to Claim 1, wherein the thresholds are defined empirically.
  3. Method according to Claim 1, wherein the thresholds are defined by carrying out the following steps:
    - a set of unit cells each comprising a fracture network for which a geometric description is available is found;
    - a connectivity index is determined for each of the unit cells;
    - a permeability of the network in each unit cell is determined using a flow simulator;
    - a curve of the permeability as a function of the connectivity index is constructed;
    - the thresholds are defined depending on the shape of said curve, so that the permeability obeys the same behavioural law as a function of connectivity index within the three intervals defined by the thresholds.
  4. Method according to Claim 3, wherein the set of unit cells each comprising a fracture network for which a geometric description is available is determined by selecting a set of unit cells issued from the discretization of the deposit, the indices of which are distributed over the interval of the connectivity indices computed for all of the unit cells issued from the discretization of the deposit.
  5. Method according to one of Claims 1 to 4, wherein:
    - the permeability of the fracture network within the unit cells the connectivity index of which is higher than the second threshold is estimated by means of an analytical formula;
    - the permeability of the network within unit cells the connectivity index of which is comprised between the two thresholds is estimated by means of a flow simulator.
  6. Method according to Claim 5, wherein the permeability is estimated depending on the value of the connectivity index.
  7. Method according to Claim 6, wherein:
    - the permeability of the fracture network within the unit cells the connectivity index of which is higher than the second threshold is estimated by means of an analytical formula in which the permeability of the network is considered to increase linearly as a function of connectivity index;
    - the permeability of the network within unit cells the connectivity index of which is comprised between the two thresholds is estimated by means of a method in which the permeability of the network is considered to no longer obey the same relationship as above the second threshold.
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