EP1832711A1 - Method for modelling and simulation on a larger scale of the stimulation of the hydrocarbon wells - Google Patents

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EP1832711A1
EP1832711A1 EP07290291A EP07290291A EP1832711A1 EP 1832711 A1 EP1832711 A1 EP 1832711A1 EP 07290291 A EP07290291 A EP 07290291A EP 07290291 A EP07290291 A EP 07290291A EP 1832711 A1 EP1832711 A1 EP 1832711A1
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EP
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acid
medium
injection
scale
parameters
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EP07290291A
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Didier Yu Ding
Michel Quintard
Brigitte Bazin
Charles Edouard Cohen
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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
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25Methods for stimulating production

Definitions

  • the present invention relates to a method for modeling acidification in a porous medium following the injection of a chemical product, such as an acid.
  • the invention makes it possible to optimize acid injection parameters, such as the flow rate and the zones to be treated, in the context of acid well stimulation in a carbonated context.
  • the production of a well can be greatly reduced due to damage in the vicinity of the well.
  • the damage results in an alteration of the permeability and the nature of the rock around the well.
  • the operations damaging the well are multiple: drilling, casing, cementing, exploitation, completion and treatment.
  • the consequence of these damages is the clogging of the formation, and therefore the reduction or the cessation of the production of hydrocarbon. It is therefore very important for the oil industry to identify the type of damage on the one hand, and the damaged areas on the other, to decide and develop a suitable treatment.
  • the primary purpose of acid stimulation is to reduce the flow resistance of reservoir fluids due to damage.
  • the injected acid dissolves the material in the reservoir matrix and creates channels that increase the permeability of the reservoir matrix. These channels are all the more frequent in carbonate rocks, ie rocks containing more than 50% of carbonaceous minerals (calcite, dolomite), such as limestones.
  • the efficiency of this process depends on the type of acids used, the conditions of injection, the structure of the medium, the transfer between the fluid and the solid, the rate of reactions, etc. While the dissolution increases the permeability, the relative increase in permeability for injection of a given acid volume is observed to be strongly dependent on the injection conditions.
  • wormholes In sandstone reservoirs, the reaction fronts tend to be uniform and the flow channels are not observed. In carbonate reservoirs, depending on the injection conditions, multiple vermicular breakthroughs in rock, commonly referred to as “wormholes", may be created.
  • the method according to the invention is a method for modeling, on a metric scale, acidification in a porous medium following the injection of acid, making it possible to meet the needs of reservoir engineers, to define a scenario adapted from Acid stimulation of wells in the context of carbonated reservoirs.
  • the representative physical parameters of the porous medium can be chosen, for each of the sub-media, from the following parameters: the average porosity, the metric scale permeability and the average total pressure.
  • the physical parameters relating to the acid can be chosen, for each of the sub-media, from among the following parameters: the average concentration of the acid, the average Darcy speed.
  • the description can be performed using equations obtained by averaging the metric scale of equations describing the propagation of an acid in a single-scale model at a centimeter scale.
  • These equations then preferably comprise a dissolution term.
  • the latter can be defined as the product of an average concentration of the acid on the metric scale by a coefficient dependent on a local rate of the acid. It can also be defined as the product of a parameter by the divergence of a product between a concentration of the acid, a fractional flux function and a velocity vector.
  • the parameter of this latter term of dissolution may depend on a standard of a local rate of acid and average porosity on the metric scale.
  • the calibration procedure can be either based on simulations at scales below the metric scale, or based on constant flow rate acid injection studies in a sample of the medium.
  • the initial parameters can be chosen from at least one of the following parameters: the injection rate of the acid, the initial injection speed, the volume of acid injected, the concentration of the acid used during stimulation, the areas to be treated.
  • the method according to the invention makes it possible to model the acidification of a porous medium due to the injection of a chemical product, such as an acid.
  • Acidification includes several phenomena, the main ones being: the dissolution of the medium by the acid and the transport (propagation) of the acid within the medium. To do this we build a dual-medium model to model these phenomena on a metric scale.
  • the description of the invention is carried out as part of the acid stimulation of production wells.
  • This stimulation involves injecting acid around a well to increase hydrocarbon production.
  • the method when applied to a mesh domain representing the surroundings of a well to be stimulated, makes it possible to simulate the evolution of the porosity and the permeability of the rock, and thus to optimize the parameters of the acid stimulation such as the flow rate. injection and the treatment zone, to define the optimum acidification scenario for this well.
  • this space (well + neighborhood) is discretized using a structured radial type mesh.
  • This type of mesh well known specialists, allows to take into account the radial directions of the flows around the wells, and thus improve the accuracy of calculations.
  • This step requires firstly the definition of a dissolution and propagation (acidification) model allowing to model the formation and the behavior of all the dissolution figures at the well scale: compact front, conical wormhole, dominant wormhole, branched wormhole and uniform dissolution.
  • this model is a double-medium model, constructed from a well-scale mean-volume uptake of equations describing the acid propagation in a single-scale model at the carrot scale ( cm-mm).
  • equations at the carrot scale have been developed by Golfier F. et al., "On The ability of a Darcy-scale model to capture wormhole training during the dissolution of a porous media. Journal of Fluid Mechanic. 547, 213-254. 2002 .
  • the model according to the invention thus makes it possible to use a radial mesh whose radial extension is of the order of one centimeter and one meter. Acidification can therefore be simulated on a scale large enough to reproduce the entire acid treatment and to evaluate the increase in permeability around the well. The simulation of the evolution of the permeability then makes it possible to simulate the production and then to optimize the acid injection parameters.
  • the medium H is a medium conducive to the formation of breakthroughs: the injection of acid in such a medium causes the formation of breakthroughs (wormholes) of large sizes, generally greater than the decimeter.
  • Medium M is a medium that is not conducive to the formation of breakthroughs: the injection of acid into such a medium does not cause the formation of large wormholes, and allows, at best, the formation of breakthroughs. small sizes, generally less than the decimetre.
  • g 1H is the dissolution term for the medium H and g 1M that of the medium M.
  • This expression of the coefficients ⁇ 1H and ⁇ 1M has the role of taking into account the evolution of the reaction surface by means of the variation of porosity.
  • boy Wut 1 ⁇ H ' The V 0 ⁇ VS H ⁇ AT ( 1 - ⁇ H ⁇ ) 2 / 3
  • boy Wut 1 ⁇ M ' The V 0 ⁇ VS M ⁇ AT ( 1 - ⁇ M ⁇ ) 2 / 3
  • g 2 H is the dissolution term for medium H and g 2 M that of medium M. Its principle is to define the term of dissolution according to the local balance of acid flows, ie of the convective term. This term is null in cases where there is no acid, no flow or when a wormhole passes right through the elementary volume at the well scale (the principle of elementary volume is linked to the scale to which the equation system refers). On the other hand, if a wormhole finishes growing in this volume, the acid flow balance becomes negative and there is dissolution.
  • the parameters used in our model are determined by a calibration procedure against reference results covering a wide range of flow. These flows must be chosen from the range of flows for which wormholes are formed. These reference results are on the one hand the exact porosity at the scale of the core, averaged at the well scale, and secondly the pressure field, noted ⁇ P (t). These can come from either laboratory experiments, such as constant-flow injection studies in a rock sample, or simple core-scale simulations on small-scale domains (scale of carrot).
  • this procedure makes it possible to determine the parameters n 1 , n 2 , ⁇ , ⁇ H , H M , H H , ⁇ y which appear in the double-medium model using the dissolution terms g 2 M and g 2 H.
  • the value assigned to each parameter for the well-scale model is determined by linear interpolation performed by comparing the speed at the scale of the section averaged with the volume V section , with the speed of the injection simulations simple medium at the carrot scale.
  • This parameter is also determined by a calibration procedure against reference results covering a wide range of selected flow rates in the range. flows for which wormholes are formed. These can come from either laboratory experiments, such as constant-flow injection studies in a rock sample, or simple core-scale simulations on small-scale domains (scale of carrot).
  • K K 0 + K f - K 0 ( ⁇ exact - ⁇ 0 1 - ⁇ 0 ⁇ ) x
  • the permeability thus calculated represents the average permeability (K) at the well scale.
  • U is the injection speed
  • FIGS. 5A, 5B and 5C show the simplified representation of the distribution of volumes V H and V M used in the modeling of the exchange term: FIG. 5A shows the actual dissolution figure, FIG. 5B illustrates the simplified representation, and Figure 5C illustrates the basic pattern. This periodic representation makes it possible to represent the terms of exchanges for the entire domain from its description on a basic pattern.
  • V section contains n times the basic pattern.
  • 1 V section ⁇ AT H - M V ⁇ . not M d s 1 V section ⁇ AT H - M - K ⁇ . ⁇ P ⁇ not M d s ⁇ 1 ⁇ x . not . ⁇ there ⁇ - K eq - ⁇ there ⁇ ⁇ ⁇ P ⁇ there ⁇ 2.
  • the pressure gradient at the interface is evaluated by dividing the difference of the average pressures of the two media by the height ⁇ y / 2 of the base pattern ( Figure 5C).
  • the equivalent permeability K eq_y is a variable calculated by making a harmonic mean of the transverse permeabilities ( K y_H and K y_M ) of the two media. 1 V section ⁇ AT H - M V ⁇ . not M d s ⁇ 4 ⁇ K eq - ⁇ there ⁇ ⁇ P ⁇ ⁇ M M - ⁇ P ⁇ ⁇ H H ⁇ ⁇ there 2
  • the skin S can be calculated from this formula.
  • the skin of a well is evaluated from a well test. When the skin is positive, the well is damaged. The treatment decreases the skin up to sometimes make it negative.
  • a reservoir simulation is carried out, well known to specialists, using a reservoir simulator. This simulation provides, among other things, an estimate of well production.
  • the reservoir simulation thus provides an estimate of the production from the skin, which has itself been obtained from the modeling of the acidification.
  • it is sufficient to modify the input parameters of the acidification model at the well-scale, that is to say, the injection speed, the acid volume, the C 0 concentration of the acid used during the stimulation, and the identification of the zones to be treated defined by their initial porosity ⁇ 0 and their initial permeability K 0 .
  • acid stimulation of the well is carried out by injecting acid under the optimum conditions in terms of injection speed, volume and concentration C 0 of acid used during the stimulation, identification of the zones to be treated ...
  • a well-rate injection of acid is simulated at a constant rate on a rock sample of a length of 2m, 40cm in width and 40cm in height.
  • the well-scale model is then used on a field equivalent to that used on a small scale, applying the same injection conditions.
  • an optimization algorithm is used to determine the equivalent parameters used by our well-scale model for each of these flows. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Table 1 shows the values of the parameters of the model using the dissolution terms g 1 M and g 1 H for different injection speeds.
  • Table 2 shows the values of the parameters of the model using the dissolution terms g 2 M and g 2 H for different injection speeds.
  • the double-medium model according to the invention is used (equations 6 to 15).
  • the sample is homogeneous in sectional porosity and permeability. For this reason the cross-sectional model is applied in one dimension, in the direction and direction of the injection.
  • Figures 6 and 8 show the pressure difference between the input and the output of the sample, ⁇ P expressed in pascal, as a function of time t expressed in seconds.
  • Figures 7 and 9 show the porosity ⁇ of the sample as a function of the abscissa x of the sample in meters.
  • Figures 6 and 7 illustrate the results for the model using the dissolution terms g 1 M and g 1 H.
  • the breakthrough time is 4 hours and 2 minutes.
  • the volume of acid injected is 2.677.10 -1 m 3 .
  • Figures 8 and 9 illustrate the results for the model using the terms g 2 M and g 2 H.
  • the breakthrough time is 3 hours and 53 minutes.
  • the volume of acid injected is 2.244 ⁇ 10 -1 m 3 .
  • Both models show a sharp drop in pressure for a small increase in porosity, which is characteristic of wormholing. They also show that it takes approximately 4 hours of injection at the injection speed 1.10 -4 m / s to obtain a wormhole with a length of two meters, a characteristic length of a well stimulation by acid injection. .

Abstract

The method involves constructing a double medium model by considering two sub-mediums suitable for the formation of respective solution holes, by conserving the mass of one sub-medium and mass of an acid and by depicting a transfer of the acid from one sub-medium to the other sub-medium. The model is initialized from experimental settings, and the acidification is modelized by determining physical parameters representing a porous medium e.g. carbonated reservoir traversed by wells, and physical parameters relative to the acid.

Description

La présente invention concerne une méthode pour modéliser l'acidification au sein d'un milieu poreux suite à l'injection d'un produit chimique, tel qu'un acide.The present invention relates to a method for modeling acidification in a porous medium following the injection of a chemical product, such as an acid.

En particulier l'invention permet d'optimiser des paramètres d'injection d'acide, tels que le débit et les zones à traiter, dans le cadre de stimulation acide de puits en contexte carbonaté.In particular, the invention makes it possible to optimize acid injection parameters, such as the flow rate and the zones to be treated, in the context of acid well stimulation in a carbonated context.

Dans l'industrie pétrolière, la production d'un puits peut être fortement réduite suite à des endommagements au voisinage du puits. Les endommagements se traduisent par une altération de la perméabilité et de la nature de la roche autour du puits. Les opérations endommageant le puits sont multiples : forage, tubage, cimentation, exploitation, complétion et traitement. La conséquence de ces endommagements est le colmatage de la formation, et donc la réduction voir l'arrêt de la production d'hydrocarbure. Il est donc très important pour l'industrie pétrolière, d'identifier d'une part le type d'endommagement, et d'autre part les zones endommagées, pour décider et élaborer un traitement adapté.In the oil industry, the production of a well can be greatly reduced due to damage in the vicinity of the well. The damage results in an alteration of the permeability and the nature of the rock around the well. The operations damaging the well are multiple: drilling, casing, cementing, exploitation, completion and treatment. The consequence of these damages is the clogging of the formation, and therefore the reduction or the cessation of the production of hydrocarbon. It is therefore very important for the oil industry to identify the type of damage on the one hand, and the damaged areas on the other, to decide and develop a suitable treatment.

L'un des traitements couramment utilisés dans l'industrie pétrolière est l'injection d'acide autour d'un puits. Cette injection permet de réduire les endommagements, et donc, d'améliorer la production du puits. L'objectif premier de la stimulation acide est de réduire la résistance à l'écoulement des fluides du réservoir due aux endommagements. L'acide injecté dissout le matériel dans la matrice du réservoir et crée des chenaux qui augmentent la perméabilité de la matrice du réservoir. Ces chenaux sont d'autant plus fréquents dans les roches carbonatées, c'est-à-dire des roches contenant plus de 50% de minéraux carbonés (calcite, dolomie), telles que les calcaires. L'efficacité de ce procédé dépend du type d'acides utilisé, des conditions d'injections, de la structure du milieu, du transfert entre le fluide et le solide, du taux de réactions, etc. Alors que la dissolution augmente la perméabilité, l'augmentation relative de la perméabilité pour l'injection d'un volume d'acide donnée est observé comme étant fortement fonction des conditions d'injections.One of the treatments commonly used in the oil industry is the injection of acid around a well. This injection makes it possible to reduce the damages, and thus, to improve the production of the well. The primary purpose of acid stimulation is to reduce the flow resistance of reservoir fluids due to damage. The injected acid dissolves the material in the reservoir matrix and creates channels that increase the permeability of the reservoir matrix. These channels are all the more frequent in carbonate rocks, ie rocks containing more than 50% of carbonaceous minerals (calcite, dolomite), such as limestones. The efficiency of this process depends on the type of acids used, the conditions of injection, the structure of the medium, the transfer between the fluid and the solid, the rate of reactions, etc. While the dissolution increases the permeability, the relative increase in permeability for injection of a given acid volume is observed to be strongly dependent on the injection conditions.

Dans les réservoirs gréseux, les fronts de réaction tendent à être uniforme et les chenaux d'écoulement ne sont pas observés. Dans les réservoirs carbonatés, en fonction des conditions d'injection, de multiples percées vermiculaires dans la roche, communément appelées « wormholes », peuvent être créées.In sandstone reservoirs, the reaction fronts tend to be uniform and the flow channels are not observed. In carbonate reservoirs, depending on the injection conditions, multiple vermicular breakthroughs in rock, commonly referred to as "wormholes", may be created.

Présentation de l'art antérieurPresentation of the prior art

Il est donc très important pour l'industrie pétrolière, d'identifier d'une part le type d'endommagement, et d'autre part les zones endommagées, pour optimiser les paramètres de la stimulation acide, dans le but de produire des percées vermiculaires (« whormholes ») avec une densité et une profondeur de pénétration dans la formation optimales.It is therefore very important for the oil industry to identify both the type of damage and the damaged areas, to optimize the parameters of acid stimulation, in order to produce vermicular breakthroughs. ("Whormholes") with optimum density and depth of penetration into the formation.

L'étude de la formation et du comportement des percées vermiculaires pour déterminer les paramètres de l'injection acide peut se faire selon quatre échelles différentes :

  • L'échelle du pore qui est l'échelle à laquelle nous décrivons les mécanismes de la réaction chimiques :
  • L'échelle de la carotte à laquelle apparaît l'instabilité des wormholes
  • L'échelle du puits qui est l'échelle à laquelle nous pouvons apprécier la compétition entre les wormholes et l'impacte des hétérogénéités à cette échelle.
  • L'échelle du réservoir à laquelle l'effet de la stimulation est mesuré par le skin.
Les figures 1A à 1D, où le milieu σ représente la roche et le milieu β l'eau et l'acide, illustre ces différentes échelles impliquées dans la stimulation acide :
  • Figure 1A : échelle du pore (µm - mm)
  • Figure 1B : échelle de la carotte (mm - cm)
  • Figure 1C : échelle du puits (cm-m)
  • Figure 1D : échelle du réservoir (m - km)
The study of the formation and behavior of vermicular breakthroughs to determine the parameters of the acid injection can be done according to four different scales:
  • The scale of the pore which is the scale to which we describe the mechanisms of the chemical reaction:
  • The scale of the carrot at which the instability of the wormholes appears
  • The scale of the well which is the scale at which we can appreciate the competition between wormholes and the impact of heterogeneities on this scale.
  • The scale of the reservoir at which the effect of stimulation is measured by the skin.
FIGS. 1A to 1D, where the medium σ represents the rock and the medium β the water and the acid, illustrates these different scales involved in the acid stimulation:
  • Figure 1A: pore scale (μm - mm)
  • Figure 1B: Carrot scale (mm - cm)
  • Figure 1C: well scale (cm-m)
  • Figure 1D: Tank scale (m - km)

De nombreux modèles, tels que celui présenté par Wang, Y., Hill, A. D., et Schechter, R. S., « The Optimum Injection Rate for MAtrix Acidizing of Carbonate Formations », papier SPE 26578, SPE ATCE, Houston, 1993, ont déjà été proposés pour étudier l'effet de fuite de fluides, de réaction cinétiques, etc. sur le taux de propagation des wormholes et l'effet des wormholes voisins sur le taux de croissance des wormholes dominant. La structure simple de ces modèles offre l'avantage d'étudier en détail la réaction, les mécanismes de diffusion et de convection au sein des percées vermiculaires. Ces modèles, cependant, ne peuvent pas être utilisé pour étudier l'initialisation de wormholes et les effets sur les hétérogénéités de la formation.Many models, such as the one presented by Wang, Y., Hill, AD, and Schechter, RS, "The Optimum Injection Rate for MAtrix Acidizing Carbonate Formations," SPE Paper 26578, SPE ATCE, Houston, 1993, have already been proposed to study the effect of fluid leakage, kinetic reaction, etc. on the rate of wormhole spread and the effect of neighboring wormholes on the dominant wormhole growth rate. The simple structure of these models offers the advantage of studying in detail the reaction, the mechanisms of diffusion and convection within vermicular breakthroughs. These models, however, can not be used to study the initialization of wormholes and the effects on the heterogeneities of the formation.

Des modèles décrivant la dissolution lors d'injection d'acide ont été pour la première fois mis en place pour décrire ce phénomène à l'échelle du pore. Une telle méthode est décrite par exemple dans Hoefner, M. L., Fogler, H., S., "Pore Ecolution and Channel Formation During Flow and Reaction in Porous Media", AIChE J, 34, 45-54 (1998) . Cependant la simulation à l'échelle de la carotte à partir de ces modèles est difficile et nécessite une grande capacité de calcul. Or c'est à cette échelle que les instabilités dues aux wormholes apparaissent.Models describing dissolution during acid injection were first set up to describe this phenomenon at the pore scale. Such a method is described for example in Hoefner, ML, Fogler, H., S., "Pore Ecolution and Channel Formation During Flow and Reaction in Porous Media", AIChE J, 34, 45-54 (1998) . However, the carrot-scale simulation from these models is difficult and requires a large computing capacity. But it is at this scale that instabilities due to wormholes appear.

Le premier modèle à l'échelle de la carotte capable de reproduire totalement les mécanismes de la dissolution à été proposé par Golfier,F. et al., "A discussion on a Darcy-Scale modelling of porous media dissolution in homogeneous systems", Computational Methods in Water Resources, 2, 1195-1202 (2002) . Ce modèle simple milieu est construit à partir d'une prise de moyenne volumique des équations à l'échelle du pore. Cette modélisation à été reprise dans la demande internationale WO 03/102362 , qui a élargi le modèle au cas d'une dissolution limitée par la cinétique de réaction. Ces modèles se basent sur une description de la physique à l'échelle de la carotte, ce qui nécessite des tailles de mailles de l'ordre du millimètre.The first model at the scale of the carrot capable of fully reproducing the mechanisms of dissolution has been proposed by Golfier F. et al., "A discussion of Darcy-Scale modeling of porous media dissolution in homogeneous systems", Computational Methods in Water Resources, 2, 1195-1202 (2002). . This simple mid-scale model is constructed from a mean-volume acquisition of the pore-scale equations. This modeling has been included in the international application WO 03/102362 , which extended the model to the case of a dissolution limited by the kinetics of reaction. These models are based on a description of the physics at the scale of the carrot, which requires mesh sizes of the order of a millimeter.

Cependant, un procédé d'injection acide est un procédé à l'échelle du puits. Il apparaît donc nécessaire de modéliser la formation et le comportement des wormholes à cette échelle. D'autant plus que, dans l'industrie pétrolière, la généralisation de puits horizontaux a engendré une augmentation des quantités d'acides injectées dans un seul puits. Les besoins en moyen de simulation afin d'augmenter les chances de réussite du traitement se sont accrus. Or, les modélisations décrites précédemment ne permettent pas de simuler l'acidification sur un domaine représentant la section d'un puits et ses environs (1 à 3m).However, an acidic injection process is a well-scale process. It therefore seems necessary to model the formation and behavior of wormholes on this scale. Especially since, in the oil industry, the generalization of horizontal wells has led to an increase in the quantities of acids injected into a single well. The need for simulation means to increase the chances of successful treatment has increased. However, the modelizations described previously do not make it possible to simulate the acidification on a domain representing the section of a well and its surroundings (1 to 3m).

Des modèles destinés à simuler le traitement acide à une échelle supérieure à celle de la carotte ont déjà été proposés. On peut citer par exemple :

  • Buisje,M.A. Understanding Wormholing Mechanisms Can Improve Acid Treatments in Carbonate Formations. (SPE 38166). 1997. SPE European Formation Damage Conférence.
  • Buisje,M.A. & Glasbergen,G. (SPE 96892). 2005. SPE Annual Technical conference and Exhibition .
  • Gdanski,R. A Fundamentally New Model of Acid Wormholing in Carbonates. (SPE 54719). 1999. SPE European Formation Damage Conference.
Ces méthodes reposent sur des considérations empiriques basées sur des observations faites en laboratoire, très éloignées des conditions et des dimensions réelles.Models designed to simulate acid treatment on a scale greater than that of carrots have already been proposed. For example:
  • Buisje, MA Understanding Wormholing Mechanisms Can Improve Acid Treatments in Carbonate Training. (SPE 38166). 1997. SPE European Training Damage Conference.
  • Buisje, MA & Glasbergen, G. (SPE 96892). 2005. SPE Annual Technical Conference and Exhibition .
  • Gdanski, R. A Fundamentally New Model of Acid Wormholing in Carbonates. (SPE 54719). 1999. SPE European Training Damage Conference.
These methods are based on empirical considerations based on observations made in the laboratory, far removed from actual conditions and dimensions.

La méthode selon l'invention est une méthode pour modéliser à l'échelle métrique l'acidification au sein d'un milieu poreux suite à l'injection d'acide, permettant de répondre aux besoins des ingénieurs réservoir, pour définir un scénario adapté de stimulation acide de puits dans le cadre de réservoirs carbonatés.The method according to the invention is a method for modeling, on a metric scale, acidification in a porous medium following the injection of acid, making it possible to meet the needs of reservoir engineers, to define a scenario adapted from Acid stimulation of wells in the context of carbonated reservoirs.

La méthode selon l'inventionThe method according to the invention

L'invention concerne une méthode pour modéliser l'acidification au sein d'un milieu poreux suite à l'injection d'un acide, dans laquelle on représente ledit milieu par un modèle double milieu, caractérisée en ce que la méthode comporte les étapes suivantes :

  1. a) on construit ledit modèle double milieu
    • en considérant un premier sous-milieu propice à des percées de dissolution, et un second sous-milieu non propice à des percées de dissolution ;
    • en réalisant, pour chacun desdits sous-milieux, une description à l'échelle métrique du transport de l'acide, de la conservation de la masse dudit sous-milieu et de la conservation de la masse dudit acide ;
    • en décrivant un transfert d'acide d'un sous-milieu à l'autre sous-milieu ;
  2. b) on initialise ledit modèle double milieu à partir de calages expérimentaux ;
  3. c) on modélise, à l'aide dudit modèle double milieu, ladite acidification, en déterminant des paramètres physiques représentatifs dudit milieu poreux et des paramètres physiques relatifs à l'acide injecté.
The invention relates to a method for modeling acidification in a porous medium following the injection of an acid, in which said medium is represented by a dual medium model, characterized in that the method comprises the following steps:
  1. a) constructing said dual-medium model
    • considering a first sub-environment conducive to dissolution breakthroughs, and a second sub-medium not conducive to breakthroughs;
    • performing, for each of said sub-media, a metric scale description of the acid transport, the conservation of the mass of said sub-medium and the conservation of the mass of said acid;
    • describing acid transfer from one sub-medium to another sub-medium;
  2. b) initializing said dual-medium model from experimental setups;
  3. c) modeling, using said dual-medium model, said acidification, by determining representative physical parameters of said porous medium and physical parameters relative to the injected acid.

Les paramètres physiques représentatifs du milieu poreux peuvent être choisis, pour chacun des sous-milieux, parmi les paramètres suivants : la porosité moyenne, la perméabilité à l'échelle métrique et la pression totale moyenne. Les paramètres physiques relatifs à l'acide peuvent être choisis, pour chacun des sous-milieux, parmi les paramètres suivants : la concentration moyenne de l'acide, la vitesse de Darcy moyenne.The representative physical parameters of the porous medium can be chosen, for each of the sub-media, from the following parameters: the average porosity, the metric scale permeability and the average total pressure. The physical parameters relating to the acid can be chosen, for each of the sub-media, from among the following parameters: the average concentration of the acid, the average Darcy speed.

Selon l'invention, la description peut être réalisée à l'aide d'équations obtenues en réalisant une moyenne volumique à l'échelle métrique d'équations décrivant la propagation d'un acide dans un modèle simple milieu à une échelle centimétrique. Ces équations comportent alors de préférence un terme de dissolution. Ce dernier peut être défini comme le produit d'une concentration moyenne de l'acide à l'échelle métrique par un coefficient dépendant d'une vitesse locale de l'acide. Il peut également être défini comme le produit d'un paramètre par la divergence d'un produit entre une concentration de l'acide, une fonction de flux fractionnaire et un vecteur vitesse. Le paramètre de ce dernier terme de dissolution peut dépendre d'une norme d'une vitesse locale de l'acide et de la porosité moyenne à l'échelle métrique.According to the invention, the description can be performed using equations obtained by averaging the metric scale of equations describing the propagation of an acid in a single-scale model at a centimeter scale. These equations then preferably comprise a dissolution term. The latter can be defined as the product of an average concentration of the acid on the metric scale by a coefficient dependent on a local rate of the acid. It can also be defined as the product of a parameter by the divergence of a product between a concentration of the acid, a fractional flux function and a velocity vector. The parameter of this latter term of dissolution may depend on a standard of a local rate of acid and average porosity on the metric scale.

Selon l'invention, la procédure de calage peut être soit basée sur des simulations à des échelles inférieures à l'échelle métrique, soit basée sur des études d'injection de l'acide à débit constant dans un échantillon du milieu.According to the invention, the calibration procedure can be either based on simulations at scales below the metric scale, or based on constant flow rate acid injection studies in a sample of the medium.

Selon une réalisation, le milieu poreux peut être un réservoir carbonaté traversé par un puits, l'injection d'acide étant réalisée pour stimuler une production d'hydrocarbure par ledit puits, et dans laquelle on détermine des paramètres optimaux de l'injection acide, en réalisant les étapes suivantes :

  1. a) on construit un maillage dudit puits et de son voisinage ;
  2. b) on définit des paramètres initiaux de l'injection d'acide ;
  3. c) on détermine, en modélisant l'acidification due à l'injection de l'acide, au moins les paramètres physiques représentatifs dudit réservoir suivants : une porosité et une perméabilité dudit réservoir après injection de l'acide ;
  4. d) on simule la production du puits en fonction de ladite porosité et de ladite perméabilité à l'aide d'un simulateur réservoir ;
  5. e) on modifie lesdits paramètres initiaux et l'on réitère à l'étape c) jusqu'à obtenir un maximum de production.
In one embodiment, the porous medium may be a carbonated reservoir traversed by a well, the acid injection being carried out to stimulate hydrocarbon production by said well, and in which optimal parameters of the acid injection are determined, by performing the following steps:
  1. a) constructing a mesh of said well and its vicinity;
  2. b) initial parameters of the acid injection are defined;
  3. c) determining, by modeling the acidification due to the injection of the acid, at least the following representative physical parameters of said tank: a porosity and a permeability of said reservoir after injection of the acid;
  4. d) the production of the well is simulated according to said porosity and said permeability using a reservoir simulator;
  5. e) modifying said initial parameters and repeating in step c) until a maximum production is obtained.

Selon cette réalisation, les paramètres initiaux peuvent être choisis parmi l'un au moins des paramètres suivants : le débit d'injection de l'acide, la vitesse initiale d'injection, le volume d'acide injecté, la concentration de l'acide utilisé lors de la stimulation, les zones à traiter.According to this embodiment, the initial parameters can be chosen from at least one of the following parameters: the injection rate of the acid, the initial injection speed, the volume of acid injected, the concentration of the acid used during stimulation, the areas to be treated.

Présentation sommaire des figuresSummary presentation of figures

  • Les figures 1A à 1D montrent les différentes échelles impliquées dans la stimulation acide.Figures 1A-1D show the different scales involved in acid stimulation.
  • La figure 2 illustre les différentes étapes de la méthode selon l'invention.Figure 2 illustrates the different steps of the method according to the invention.
  • La figure 3 illustre les différentes étapes de calage du paramètre χ.Figure 3 illustrates the different stages of calibration of the parameter χ.
  • La figure 4 montre la répartition des volumes VH et VM dans l'approche double milieu selon l'invention.FIG. 4 shows the distribution of volumes V H and V M in the double medium approach according to the invention.
  • Les figures 5A à 5C montrent la représentation simplifiée de la répartition des volumes VH et VM utilisée dans la modélisation du terme d'échange.FIGS. 5A to 5C show the simplified representation of the distribution of volumes V H and V M used in the modeling of the exchange term.
  • La figure 6 illustre des résultats en utilisant les termes de dissolution g 1H et g 1M . Elle montre la chute de pression dans l'échantillon au cours du temps.Figure 6 illustrates results using the dissolution terms g 1 H and g 1 M. It shows the pressure drop in the sample over time.
  • La figure 7 illustre des résultats en utilisant les termes de dissolution g 1H et g 1M . Elle montre la porosité de l'échantillon en fonction de l'abscisse.Figure 7 illustrates results using the dissolution terms g 1 H and g 1 M. It shows the porosity of the sample as a function of the abscissa.
  • La figure 8 illustre des résultats en utilisant les termes de dissolution g 2H et g 2 M. Elle montre la chute de pression dans l'échantillon au cours du temps.Figure 8 illustrates results using the dissolution terms g 2 H and g 2 M. It shows the pressure drop in the sample over time.
  • La figure 9 illustre des résultats en utilisant les termes de dissolution g 2H et g 2 M . Elle montre la porosité de l'échantillon en fonction de l'abscisse.Figure 9 illustrates results using the dissolution terms g 2 H and g 2 M. It shows the porosity of the sample as a function of the abscissa.
Description détaillée de la méthodeDetailed description of the method

La méthode selon l'invention permet de modéliser l'acidification d'un milieu poreux due à l'injection d'un produit chimique, tel qu'un acide. L'acidification comprend plusieurs phénomènes, dont les principaux sont : la dissolution du milieu par l'acide et le transport (propagation) de l'acide au sein du milieu. Pour ce faire on construit un modèle double milieu permettant de modéliser ces phénomènes à une échelle métrique.The method according to the invention makes it possible to model the acidification of a porous medium due to the injection of a chemical product, such as an acid. Acidification includes several phenomena, the main ones being: the dissolution of the medium by the acid and the transport (propagation) of the acid within the medium. To do this we build a dual-medium model to model these phenomena on a metric scale.

La description de l'invention est réalisée dans le cadre de la stimulation acide de puits de production. Cette stimulation consiste à injecter de l'acide autours d'un puits pour en augmenter la production d'hydrocarbure. La méthode, une fois appliquée à un domaine maillé représentant les abords d'un puits à stimuler, permet de simuler l'évolution de la porosité et de la perméabilité de la roche, et ainsi optimiser les paramètres de la stimulation acide tels que le débit d'injection et la zone de traitement, pour définir le scénario d'acidification optimum pour ce puits.The description of the invention is carried out as part of the acid stimulation of production wells. This stimulation involves injecting acid around a well to increase hydrocarbon production. The method, when applied to a mesh domain representing the surroundings of a well to be stimulated, makes it possible to simulate the evolution of the porosity and the permeability of the rock, and thus to optimize the parameters of the acid stimulation such as the flow rate. injection and the treatment zone, to define the optimum acidification scenario for this well.

La figure 2 illustre les différentes étapes de la méthode appliquée à l'injection acide autours d'un puits :

  1. 1- Maillage du puits et de son voisinage (MAI)
  2. 2- Modélisation de l'acidification due à la stimulation acide (MOD → ε, K)
  3. 3- Simulation de la production du puits (SIM → Prod)
  4. 4- Optimisation des paramètres d'injection d'acide (OPT)
  5. 5- Stimulation acide optimisée du puits pour augmenter sa productivité (STIM)
Figure 2 illustrates the different steps of the method applied to acid injection around a well:
  1. 1- Meshing of the well and its neighborhood (MAI)
  2. 2- Modeling acidification due to acid stimulation (MOD → ε, K )
  3. 3- Simulation of well production (SIM → Prod)
  4. 4- Optimization of acid injection parameters (OPT)
  5. 5- Optimized acid stimulation of the well to increase its productivity (STIM)

1- Maillage du puits et de son voisinage1- Meshing of the well and its neighborhood

Pour permettre de modéliser les effets de la stimulation acide sur un puits et son environnement direct, on discrétise cet espace (puits + voisinage) à l'aide d'un maillage structuré de type radial. Ce type de maillage, bien connu des spécialistes, permet de prendre en compte les directions radiales des écoulements autours des puits, et donc d'améliorer la précision des calculs.To allow the effects of acid stimulation on a well and its direct environment to be modeled, this space (well + neighborhood) is discretized using a structured radial type mesh. This type of mesh, well known specialists, allows to take into account the radial directions of the flows around the wells, and thus improve the accuracy of calculations.

2- Modélisation de l'acidification due à la stimulation2- Modeling of acidification due to stimulation

Cette étape nécessite dans un premier temps la définition d'un modèle de dissolution et propagation (acidification) permettant de modéliser la formation et le comportement de toutes les figures de dissolution à l'échelle du puits : front compact, wormhole conique, wormhole dominant, wormhole ramifié et dissolution uniforme.This step requires firstly the definition of a dissolution and propagation (acidification) model allowing to model the formation and the behavior of all the dissolution figures at the well scale: compact front, conical wormhole, dominant wormhole, branched wormhole and uniform dissolution.

3.1- Modèle d'acidification à l'échelle du puits3.1- Acidification model at the well scale

Pour modéliser les phénomènes de dissolution et de propagation de l'acide à l'échelle du puits, on construit un modèle basé sur des équations de la mécanique des fluides et des lois de conservation de la masse de roche, de fluide et d'acide. Selon l'invention, ce modèle est un modèle double milieu, construit à partir d'une prise de moyenne volumique à l'échelle du puits des équations décrivant la propagation d'acide dans un modèle simple milieu à l'échelle de la carotte (cm-mm). Ces équations à l'échelle de la carotte ont été développées par Golfier,F. et al., « On The ability of a Darcy-scale model to capure wormhole formation during the dissolution of a porous media. », Journal of Fluid Mechanic. 547, 213-254. 2002 .To model the dissolution and propagation phenomena of the acid at the well scale, we build a model based on equations of fluid mechanics and laws of conservation of rock mass, fluid and acid. . According to the invention, this model is a double-medium model, constructed from a well-scale mean-volume uptake of equations describing the acid propagation in a single-scale model at the carrot scale ( cm-mm). These equations at the carrot scale have been developed by Golfier F. et al., "On The ability of a Darcy-scale model to capture wormhole training during the dissolution of a porous media. Journal of Fluid Mechanic. 547, 213-254. 2002 .

Le modèle selon l'invention permet ainsi d'utiliser un maillage radial dont l'extension radiale est de l'ordre du centimètre et du mètre. On peut donc simuler l'acidification à une échelle suffisamment grande pour reproduire l'ensemble d'un traitement acide et évaluer l'augmentation de la perméabilité aux abords du puits. La simulation de l'évolution de la perméabilité permet ensuite de simuler la production puis d'optimiser les paramètres d'injection acide.The model according to the invention thus makes it possible to use a radial mesh whose radial extension is of the order of one centimeter and one meter. Acidification can therefore be simulated on a scale large enough to reproduce the entire acid treatment and to evaluate the increase in permeability around the well. The simulation of the evolution of the permeability then makes it possible to simulate the production and then to optimize the acid injection parameters.

Le modèle double milieu est défini en considérant que la roche du réservoir est constituée de deux milieux, notés H et M, de volumes respectifs VH et VM, caractérisés par deux régimes de dissolutions différents. La figure 4 illustre ces deux milieux où VSection représente le volume d'une section d'un puits, et la courbe noire représente les percées vermiculaires (« wormholes »). Selon l'invention, les deux régimes associés aux deux milieux sont définis de la manière suivante :

  • le volume VM contient la forte densité de wormholes dont la croissance s'achève rapidement et qui sont de petites tailles (mm-cm) (courbe noire sur la figure 4). Ce milieu est représentatif d'un régime compact dans lequel les wormholes ont une croissance courte ;
  • le volume VH contient les wormholes dominants, c'est-à-dire les wormholes pour lesquels la compétition s'étend sur des distances (dm-m) et des temps longs (figure 4). Ce milieu est propice au développement de wormholes et par conséquent est caractérisé par un front de dissolution rapide.
The double-medium model is defined by considering that the rock of the reservoir consists of two media, denoted H and M, of respective volumes V H and V M , characterized by two different dissolution regimes. Figure 4 illustrates these two environments where V Section represents the volume of a section of a well, and the black curve represents vermicular breakthroughs (wormholes). According to the invention, the two regimes associated with the two media are defined as follows:
  • the volume V M contains the high density of wormholes whose growth ends rapidly and which are small (mm-cm) (black curve in Figure 4). This medium is representative of a compact diet in which the wormholes have a short growth;
  • the volume V H contains the dominant wormholes, that is to say the wormholes for which the competition extends over distances (dm-m) and long times (Figure 4). This medium is conducive to the development of wormholes and is therefore characterized by a rapid dissolution front.

Ainsi, le milieu H est un milieu propice à la formation de percées de dissolution : l'injection d'acide dans un tel milieu provoque la formation de percées (wormholes) de grandes tailles, en générale supérieures au décimètre. Le milieu M est un milieu non propice à la formation de percées de dissolution : l'injection d'acide dans un tel milieu ne provoque pas la formation de percées (wormholes) de grandes tailles, et permet, au mieux, la formation de percées de petites tailles, en générale inférieures au décimètre.Thus, the medium H is a medium conducive to the formation of breakthroughs: the injection of acid in such a medium causes the formation of breakthroughs (wormholes) of large sizes, generally greater than the decimeter. Medium M is a medium that is not conducive to the formation of breakthroughs: the injection of acid into such a medium does not cause the formation of large wormholes, and allows, at best, the formation of breakthroughs. small sizes, generally less than the decimetre.

Pour décrire les phénomènes d'acidification à l'échelle du puits, on réalise une prise de moyenne volumique à l'échelle du puits des équations décrivant la propagation d'acide dans un modèle simple milieu à l'échelle de la carotte. Ainsi, pour une variable quelconque ϕ, permettant de décrire l'acidification à l'échelle de la carotte, l'application du théorème de prise de moyenne permet de calculer les variables suivantes, permettant de décrire l'acidification à l'échelle du puits : { φ } H = 1 V Section V H φ V et { φ } M = 1 V Section V M φ V

Figure imgb0001
{ φ } H H = 1 V H V H φ V et { φ } M M = 1 V M V M φ V
Figure imgb0002
ϕ H = V H V Section et ϕ H = V M V Section , soit ϕ H = 1 - ϕ M
Figure imgb0003
{ φ } H = φ H { φ } H H et { φ } M = φ M { φ } M M avec ϕ wh = V wh V Section
Figure imgb0004
φ = φ H { φ } H H + φ M { φ } M M
Figure imgb0005
To describe the well-scale acidification phenomena, a well-scale mean gain is taken from equations describing acid propagation in a single-scale model at the core scale. Thus, for any variable φ, which makes it possible to describe the acidification at the carrot scale, the application of the averaging theorem allows to calculate the following variables, allowing to describe the acidification on the scale of the well: { φ } H = 1 V Section V H φ V and { φ } M = 1 V Section V M φ V
Figure imgb0001
{ φ } H H = 1 V H V H φ V and { φ } M M = 1 V M V M φ V
Figure imgb0002
φ H = V H V Section and φ H = V M V Section , be φ H = 1 - φ M
Figure imgb0003
{ φ } H = φ H { φ } H H and { φ } M = φ M { φ } M M with φ wh = V wh V Section
Figure imgb0004
φ = φ H { φ } H H + φ M { φ } M M
Figure imgb0005

Le modèle d'acidification double milieu à l'échelle du puits selon l'invention comporte pour chacun des deux milieux M et H :

  • une équation de transport de l'espèce acide composée :
    • de termes convectifs contenant une fonction de type flux fractionnaire permettant de reproduire en partie la dispersion liée au wormholing
    • de termes réactifs
    • d'un terme d'accumulation
  • une équation de Darcy
  • une équation de conservation de la masse de roche
  • une équation de conservation de la masse fluide.
  • Une équation de fermeture du système reliant la perméabilité et la porosité.
The well-scale double-well acidification model according to the invention comprises for each of the two media M and H:
  • a transport equation of the compound acid species:
    • of convective terms containing a fractional flow type function allowing to partially reproduce the dispersion related to wormholing
    • reactive terms
    • a term of accumulation
  • an equation of Darcy
  • a conservation equation of the mass of rock
  • an equation of conservation of the fluid mass.
  • A system closure equation linking permeability and porosity.

Le modèle double milieu selon l'invention s'écrit ainsi :

  • Milieu H
    Équation du transport de l'espèce acide dans le milieu H ϕ H ε H H t + . ϕ H H H - ψʹC H - M M - H = - ϕ H g H ʹ
    Figure imgb0006

    Équation de Darcy appliquée au milieu H H = - H . H
    Figure imgb0007

    Équation de conservation de la masse de roche dans le milieu H ε H t = N ac g H ʹ
    Figure imgb0008

    Équation de conservation de la masse fluide dans le milieu H . ϕ H H - ψʹ M - H = 0
    Figure imgb0009

    Équation reliant la perméabilité et la porosité dans le milieu H K H = K 0 + K f - K 0 ( ε H - ε 0 1 - ε 0 ) x
    Figure imgb0010
  • Milieu M
    Équation du transport de l'espèce acide dans le milieu M ϕ M ε M M t + . ϕ M M M + ψʹC H - M M - H = - ϕ M g M ʹ
    Figure imgb0011

    Équation de Darcy appliquée au milieu M M = - M . M
    Figure imgb0012

    Équation de conservation de la masse de roche dans le milieu M ε M t = N ac g M ʹ
    Figure imgb0013

    Équation de conservation de la masse fluide dans le milieu M . ϕ M M + ψʹ M - H = 0
    Figure imgb0014

    Équation reliant la perméabilité et la porosité dans le milieu M K M = K 0 + K f - K 0 ( ε M - ε 0 1 - ε 0 ) x
    Figure imgb0015
The double-medium model according to the invention is thus written as follows:
  • Middle H
    Equation of the transport of the acidic species in the medium H φ H ε H VS H t + . φ H V' H f' H - ψ'C H - M P' M - P' H = - φ H boy Wut H '
    Figure imgb0006

    Darcy's equation applied to H medium V' H = - K' H . P' H
    Figure imgb0007

    Conservation equation of the mass of rock in the medium H ε H t = NOT ac boy Wut H '
    Figure imgb0008

    Conservation equation of the fluid mass in the medium H . φ H V' H - ψ' P' M - P' H = 0
    Figure imgb0009

    Equation linking permeability and porosity in H medium K H = K 0 + K f - K 0 ( ε H - ε 0 1 - ε 0 ) x
    Figure imgb0010
  • Middle M
    Equation of the transport of the acid species in the medium M φ M ε M VS M t + . φ M V' M f' M + ψ'C H - M P' M - P' H = - φ M boy Wut M '
    Figure imgb0011

    Darcy's equation applied to medium M V' M = - K' M . P' M
    Figure imgb0012

    Conservation equation of the mass of rock in the medium M ε M t = NOT ac boy Wut M '
    Figure imgb0013

    Conservation equation of the fluid mass in the medium M . φ M V' M + ψ' P' M - P' H = 0
    Figure imgb0014

    Equation linking permeability and porosity in the medium M K M = K 0 + K f - K 0 ( ε M - ε 0 1 - ε 0 ) x
    Figure imgb0015

Avec les variables suivantes utilisées pour adimensionnaliser le système : = V 0 L t = x L

Figure imgb0016
H = { C } H H C 0 M = { C } M M C 0
Figure imgb0017
H = { V β } H H V 0 M = { V β } M M V 0
Figure imgb0018
f H { C } H H = { C } H H { C } H H C 0 + 1 - { C } H H C 0 / H H f M { C } M M = { C } M M { C } M M C 0 + 1 - { C } M M C 0 / H M
Figure imgb0019
H = f H C 0 M = f M C 0
Figure imgb0020
H = K 0 μ V 0 L { P } H H M = K 0 μ V 0 L { P } M M
Figure imgb0021
H = K H K 0 M = K M K 0
Figure imgb0022
g H ʹ = g H L V 0 C 0 g M ʹ = g M L V 0 C 0
Figure imgb0023
N ac = νC 0 ρ σ ψʹ = ψμL 2 K 0
Figure imgb0024
With the following variables used to adimensionalize the system: t ' = V 0 The t x ' = x The
Figure imgb0016
VS H = { VS } H H VS 0 VS M = { VS } M M VS 0
Figure imgb0017
V' H = { V β } H H V 0 V' M = { V β } M M V 0
Figure imgb0018
f H { VS } H H = { VS } H H { VS } H H VS 0 + 1 - { VS } H H VS 0 / H H f M { VS } M M = { VS } M M { VS } M M VS 0 + 1 - { VS } M M VS 0 / H M
Figure imgb0019
f' H = f H VS 0 f' M = f M VS 0
Figure imgb0020
P' H = K 0 μ V 0 The { P } H H P' M = K 0 μ V 0 The { P } M M
Figure imgb0021
K' H = K H K 0 K' M = K M K 0
Figure imgb0022
boy Wut H ' = boy Wut H The V 0 VS 0 boy Wut M ' = boy Wut M The V 0 VS 0
Figure imgb0023
NOT ac = νC 0 ρ σ ψ' = ψμL 2 K 0
Figure imgb0024

Les sorties du modèle d'acidification sont : { C } M M = concentration moyenne dʹacide dans le milieu M Kg / m 3 { C } H H = concentration moyenne dʹacide dans le milieu H Kg / m 3

Figure imgb0025
{ V β } M M = vitesse de Darcy moyenne dans le milieu M m / s { V β } H H = vitesse de Darcy moyenne dans le milieu H m / s
Figure imgb0026
{ P } M M = pression totale moyenne dans le milieu M Pa { P } H H = pression totale moyenne dans le milieu H Pa
Figure imgb0027
{ ε β } M M = porosité moyenne dans le milieu M { ε β } H H = porosité moyenne dans le milieu H
Figure imgb0028
K M = perméabilité dans le milieu M à lʹéchelle de la section m 2 K H = perméabilité dans le milieu M à lʹéchelle de la section m 2
Figure imgb0029
The outputs of the acidification model are: { VS } M M = average concentration of acid in the medium M kg / m 3 { VS } H H = average concentration of acid in the medium H kg / m 3
Figure imgb0025
{ V β } M M = average Darcy speed in the middle M m / s { V β } H H = average Darcy speed in the middle H m / s
Figure imgb0026
{ P } M M = average total pressure in the medium M Pa { P } H H = average total pressure in the medium H Pa
Figure imgb0027
{ ε β } M M = average porosity in the medium M { ε β } H H = average porosity in the medium H
Figure imgb0028
K M = permeability in the medium M at the section level m 2 K H = permeability in the medium M at the section level m 2
Figure imgb0029

Les entrées du modèle d'acidification sont :

V 0 =
vitesse initiale d'injection de l'acide
C 0 =
concentration de l'acide utilisé lors de la stimulation
ε0 =
porosité initiale
K 0 =
perméabilité initiale
L =
longueur caractéristique du problème (rayon de la zone acidifié)
µ =
viscosité cinématique (Pa.s)
ν =
coefficient stoechiométrique de la réaction de dissolution
ρσ =
masse volumique de la roche(Kg/m3)
Kf =
perméabilité dans le milieu dissout (m2)
The inputs of the acidification model are:
V 0 =
initial rate of injection of the acid
C 0 =
concentration of the acid used during the stimulation
ε 0 =
initial porosity
K 0 =
initial permeability
L =
characteristic length of the problem (radius of the acidified zone)
μ =
kinematic viscosity (Pa.s)
ν =
stoichiometric coefficient of the dissolution reaction
ρ σ =
density of the rock (Kg / m 3 )
K f =
permeability in the dissolved medium (m 2 )

Ces données sont obtenues à partir de mesures diagraphiques, mesures sur carotte ou mesures en laboratoire. Ces paramètres peuvent également provenir de la connaissance géologique du spécialiste ou de simulations. La porosité et la perméabilité initiales sont ensuite optimisées au cours d'un processus d'optimisation basé sur la modélisation de l'acidification suite à une injection d'acide dans le puits.These data are obtained from logs, core measurements or laboratory measurements. These parameters can also come from the geological knowledge of the specialist or from simulations. The initial porosity and permeability are then optimized during an optimization process based on acidification modeling following acid injection into the well.

Kf correspond à la perméabilité dans le wormhole et sa valeur est donc très grande. Elle est calculée par analogie avec un écoulement de Poiseuille dans un wormhole. En prenant comme rayon b caractéristique du wormholes égale à 1 millimètre, nous obtenons : K f = b 2 12 = 8 , 33.10 - 8 m 2 en 2 D écoulement entre deux plaques parallèles K f = b 2 8 = 1 , 25.10 - 7 m 2 en 3 D écoulement dans un tube

Figure imgb0030
K f corresponds to the permeability in the wormhole and its value is therefore very large. It is calculated by analogy with a Poiseuille flow in a wormhole. Taking as characteristic wormholes b characteristic of 1 millimeter, we obtain: K f = b 2 12 = 8 , 33.10 - 8 m 2 in 2 D flow between two parallel plates K f = b 2 8 = 1 , 25.10 - 7 m 2 in 3 D flow in a tube
Figure imgb0030

La précision de la valeur affectée à Kf n'a que peu d'importance dès l'instant où elle est très supérieure à K0. The accuracy of the value assigned to K f is of little importance from the moment it is much greater than K 0 .

Certains paramètres du modèle d'acidification doivent être déterminés avant la modélisation de l'acidification.Some parameters of the acidification model need to be determined prior to acidification modeling.

Concernant les coefficient de dissolution gM et gH, deux formulations différentes peuvent être construites à travers deux approches différentes : g 1 M, g 1H d'une part et g 2 M, g 2H d'autre part. L'une est fonction de la concentration et de la porosité, et l'autre est dépendante de la vitesse, de la porosité et du bilan local du flux d'acide.Concerning the dissolution coefficients g M and g H , two different formulations can be constructed through two different approaches: g 1 M , g 1 H on the one hand and g 2 M , g 2 H on the other hand. One is a function of concentration and porosity, and the other is dependent on velocity, porosity and local flux of acid.

Terme de dissolutionTerm of dissolution gboy Wut 1H1H et gand g 1M1M ..

La prise de moyenne volumique donne des termes de dissolution gH et gM non-linéaire qu'il est donc nécessaire de modéliser. Une première approche consiste à linéariser ces termes. On obtient ainsi les termes g 1M et g 1H qui ne dépendent que du paramètre A. g 1 H = α 1 H { C } H H g 1 M = α 1 M { C } M M

Figure imgb0031
Taking average volume gives dissolution terms g H and g M non-linear that it is therefore necessary to model. A first approach is to linearize these terms. The terms g 1 M and g 1 H are thus obtained which depend only on the parameter A. boy Wut 1 H = α 1 H { VS } H H boy Wut 1 M = α 1 M { VS } M M
Figure imgb0031

Avec α 1 H = A ( 1 - ε H ) 2 / 3 α 1 M = A ( 1 - ε H ) 2 / 3

Figure imgb0032
With α 1 H = AT ( 1 - ε H ) 2 / 3 α 1 M = AT ( 1 - ε H ) 2 / 3
Figure imgb0032

g1H est le terme de dissolution pour le milieu H et g1M celui du milieu M. Cette expression des coefficients α 1H et α 1M a pour rôle de prendre en compte l'évolution de la surface de réaction par le biais de la variation de porosité. g 1H is the dissolution term for the medium H and g 1M that of the medium M. This expression of the coefficients α 1H and α 1M has the role of taking into account the evolution of the reaction surface by means of the variation of porosity.

Après adimensionalisation on obtient : g 1 H ʹ = L V 0 H A ( 1 - ε H ) 2 / 3 g 1 M ʹ = L V 0 M A ( 1 - ε M ) 2 / 3

Figure imgb0033
After adimensionalisation we obtain: boy Wut 1 H ' = The V 0 VS H AT ( 1 - ε H ) 2 / 3 boy Wut 1 M ' = The V 0 VS M AT ( 1 - ε M ) 2 / 3
Figure imgb0033

Terme de dissolutionTerm of dissolution gboy Wut 2H2H etand gboy Wut 2M2M ..

Selon un autre mode de réalisation, une autre modélisation (terme g 2M et g 2H ) basée sur l'observation du mécanisme de wormholing est présentée. Le coefficient g 2H est le terme de dissolution pour le milieu H et g 2M celui du milieu M. Son principe est de définir le terme de dissolution en fonction du bilan local des flux d'acide, c'est à dire du terme convectif. Ce terme est nul dans les cas où il n'y a pas d'acide, pas d'écoulement ou lorsqu'un wormhole traverse de part en part le volume élémentaire à l'échelle du puits (le principe de volume élémentaire est lié à l'échelle à laquelle se rapporte le système d'équation). Par contre si un wormhole finit sa croissance dans ce volume, le bilan de flux d'acide devient négatif et il y a donc dissolution. g 2 M ʹ = α 2 M ʹ ϕ M . ϕ M M M

Figure imgb0034
g 2 H ʹ = α 2 H ʹ ϕ H . ϕ H H H
Figure imgb0035
According to another embodiment, another modeling (term g 2 M and g 2 H ) based on the observation of the wormholing mechanism is presented. The coefficient g 2 H is the dissolution term for medium H and g 2 M that of medium M. Its principle is to define the term of dissolution according to the local balance of acid flows, ie of the convective term. This term is null in cases where there is no acid, no flow or when a wormhole passes right through the elementary volume at the well scale (the principle of elementary volume is linked to the scale to which the equation system refers). On the other hand, if a wormhole finishes growing in this volume, the acid flow balance becomes negative and there is dissolution. boy Wut 2 M ' = α 2 M ' φ M . φ M V' M f' M
Figure imgb0034
boy Wut 2 H ' = α 2 H ' φ H . φ H V' H f' H
Figure imgb0035

Avec α 2 M ʹ = ( ε M ) n 1 ( 1 γ V M ʹ ) n 2

Figure imgb0036
α 2 H ʹ = ( ε H ) n 1 ( 1 γ V H ʹ ) n 2
Figure imgb0037
With α 2 M ' = ( ε M ) not 1 ( 1 γ V M ' ) not 2
Figure imgb0036
α 2 H ' = ( ε H ) not 1 ( 1 γ V H ' ) not 2
Figure imgb0037

Ainsi, les paramètres du modèle qu'il est nécessaire de déterminer sont :Thus, the parameters of the model that must be determined are:

Ainsi, les paramètres du modèle d'acidification double milieu qu'il est nécessaire de déterminer sont les suivants :

  • A, φH, HM, HH, Δy qui apparaissent dans le modèle double milieu lorsque l'on utilise les termes de dissolution g 1M et g 1H .
  • n1, n2, γ, φH, HM, HH, Δy qui apparaissent lorsque l'on utilise les termes de dissolution g 2M et g 2 H.
  • χ qui apparaît dans l'équation perméabilité / porosité
  • ψ le coefficient d'échange entre les deux milieux
  • CH-M la concentration à l'interface entre les deux milieux (Kg/m3)
Thus, the parameters of the dual-medium acidification model that need to be determined are:
  • A, φ H , H M , H H , Δy which appear in the double-medium model when the terms of dissolution g 1 M and g 1 H are used .
  • n 1 , n 2 , γ, φ H , H M , H H , Δy appearing when the terms of dissolution g 2 M and g 2 H are used .
  • χ that appears in the permeability / porosity equation
  • ψ the exchange coefficient between the two environments
  • C HM concentration at the interface between the two media (Kg / m 3 )

3.2- Déterminations des paramètres du modèle3.2- Determinations of model parameters

Tous ces paramètres sont déterminés par calage par rapport à des résultats de simulation à l'échelle de la carotte ou des essais en laboratoire. Ces calages sont présentés ci-après :All of these parameters are determined by calibration against core-scale simulation results or laboratory tests. These adjustments are presented below:

Calage des paramètres des coefficients de dissolutionCalibration of the parameters of the dissolution coefficients

Les paramètres utilisés dans notre modèle sont déterminés par une procédure de calage par rapport à des résultats de références couvrant une large gamme de débit. Ces débits doivent être choisis dans la gamme des débits pour lesquels des wormholes se forment. Ces résultats de références sont d'une part la porosité exacte à l'échelle de la carotte, moyennée à l'échelle du puits, et d'autre part le champ de pression, noté ΔP(t). Ceux-ci peuvent provenir soit d'expériences en laboratoire, telles que des études d'injection à débit constant dans un échantillon de roche, soit des simulations simple milieu à l'échelle de la carotte sur des domaines de petites tailles (échelle de la carotte).The parameters used in our model are determined by a calibration procedure against reference results covering a wide range of flow. These flows must be chosen from the range of flows for which wormholes are formed. These reference results are on the one hand the exact porosity at the scale of the core, averaged at the well scale, and secondly the pressure field, noted ΔP (t). These can come from either laboratory experiments, such as constant-flow injection studies in a rock sample, or simple core-scale simulations on small-scale domains (scale of carrot).

La détermination des paramètres à l'échelle du puits, permettant de reproduire les résultats obtenus à l'échelle de la carotte, est réalisée à travers une méthode d'inversion utilisant un algorithme de Levenberg-Maquart ( K. Madsen, H.B. Nielsen, O. Tingleff, Methods for Non-Linear Least Squares Problems. 2004. Informatics and Mathematical Modelling. Technical University of Denmark . Cette procédure permet de déterminer les paramètres A, φH, HM, HH, Δy qui apparaissent dans le modèle double milieu utilisant les termes de dissolution g 1M et g 1 H . De la même manière cette procédure permet de déterminer les paramètres n1, n2, γ, φH, HM, HH, Δy qui apparaissent dans le modèle double milieu utilisant les termes de dissolution g 2M et g 2H .The determination of the parameters at the scale of the well, making it possible to reproduce the results obtained on the scale of the core, is carried out through an inversion method using a Levenberg-Maquart algorithm ( K. Madsen, HB Nielsen, O. Tingleff, Methods for Non-Linear Least Squares Problems. 2004. Informatics and Mathematical Modeling. Technical University of Denmark . This procedure makes it possible to determine the parameters A, φH, H M , H H , Δy that appear in the double-medium model using the dissolution terms g 1 M and g 1 H. In the same manner, this procedure makes it possible to determine the parameters n 1 , n 2 , γ , φ H , H M , H H , Δy which appear in the double-medium model using the dissolution terms g 2 M and g 2 H.

Ces déterminations de paramètres sont réalisées par rapport à des résultats de références couvrant une large gamme de débit. Pour un débit autre, on détermine la valeur affectée à chaque paramètre pour le modèle à l'échelle du puits, par une interpolation linéaire réalisée en comparant la vitesse à l'échelle de la section moyennée sur le volume Vsection, avec la vitesse d'injection des simulations simple milieu à l'échelle de la carotte.These parameter determinations are performed against reference results covering a wide range of flow rates. For a different flow rate, the value assigned to each parameter for the well-scale model is determined by linear interpolation performed by comparing the speed at the scale of the section averaged with the volume V section , with the speed of the injection simulations simple medium at the carrot scale.

L'interpolation de ces valeurs en fonction du débit nous permet de réaliser des simulations à grande échelle sur un domaine de grande taille (échelle du puits).The interpolation of these values as a function of flow allows us to perform large-scale simulations over a large area (well scale).

Calage du paramètre χ Setting the parameter χ

Ce paramètre est également déterminé par une procédure de calage par rapport à des résultats de références couvrant une large gamme de débit choisis dans la gamme des débits pour lesquels des wormholes se forment. Ceux-ci peuvent provenir soit d'expériences en laboratoire, telles que des études d'injection à débit constant dans un échantillon de roche, soit des simulations simple milieu à l'échelle de la carotte sur des domaines de petites tailles (échelle de la carotte).This parameter is also determined by a calibration procedure against reference results covering a wide range of selected flow rates in the range. flows for which wormholes are formed. These can come from either laboratory experiments, such as constant-flow injection studies in a rock sample, or simple core-scale simulations on small-scale domains (scale of carrot).

Cette méthode de calage est illustrée sur la figure 3. Pour déterminer le coefficient χ, on peut utiliser un calage par rapport à des résultats de simulations à l'échelle de la carotte à un débit constant (SimuC). Le débit imposé à un échantillon de la taille d'une carotte doit être choisi dans la gamme des débits pour lesquels des wormholes se forment. De ces résultats obtenus à l'échelle de la carotte, la porosité et le champ de pression (ΔP(t)) sont extraits, servant ainsi de résultats de références. Pour différents instants de la dissolution, la moyenne à l'échelle du puits, de la porosité obtenue à l'échelle de la carotte, est calculée. Cette nouvelle porosité εexact est appliquée à la relation reliant la perméabilité et la porosité décrite précédemment, K(ε, χ): K = K 0 + K f - K 0 ( ε exact - ε 0 1 - ε 0 ) x

Figure imgb0038
This calibration method is illustrated in Figure 3. To determine the coefficient χ, a calibration can be used with respect to results of simulations at the core scale at a constant rate (SimuC). The flow rate imposed on a sample of the size of a core must be chosen from the range of flows for which wormholes are formed. From these results obtained at the core scale, the porosity and the pressure field (ΔP (t)) are extracted, thus serving as reference results. For different instants of the dissolution, the average at the well scale, of the porosity obtained at the scale of the core, is calculated. This new exact porosity ε is applied to the relationship between the permeability and the porosity described previously, K (ε, χ): K = K 0 + K f - K 0 ( ε exact - ε 0 1 - ε 0 ) x
Figure imgb0038

La perméabilité ainsi calculée représente la perméabilité moyenne (K) à l'échelle du puits. Le champ de pression (P) induit par cette perméabilité est résolu en utilisant la relation suivante : . K P = 0

Figure imgb0039
The permeability thus calculated represents the average permeability (K) at the well scale. The pressure field (P) induced by this permeability is solved using the following relation: . K P = 0
Figure imgb0039

Pour simplifier la détermination du paramètre χ, on peut également utiliser des essais sur un écoulement linéaire dans un milieu homogène de manière à pouvoir résoudre l'équation (41) en 1D de façon analytique en utilisant la relation suivante : P L - P 0 = 0 L 1 K x x

Figure imgb0040
To simplify the determination of the parameter χ, one can also use tests on a linear flow in a homogeneous medium so as to be able to solve the equation (41) in 1D analytically by using the following relation: P The - P 0 = 0 The 1 K x x
Figure imgb0040

U correspond à la vitesse d'injection.U is the injection speed.

Ainsi on obtient ainsi la différence de pression entre les limites du domaine à différents instants, c'est-à-dire le gradient de pression aux bornes de l'échantillon (ΔP(t)exp). On calcule ensuite la différence entre ce gradient et le résultat de référence ΔP(t). En fonction de l'erreur alors mesurée, le paramètre χ est modifié (Δχ) par conséquent.Thus one obtains the pressure difference between the limits of the domain at different times, that is to say the pressure gradient across the sample (ΔP (t) exp ). The difference between this gradient and the reference result is then calculated .DELTA.P (t). Depending on the error then measured, the parameter χ is modified (Δχ) accordingly.

De manière itérative on obtient une valeur optimum de χ qui minimise cette erreur. Cette valeur optimale de χ est obtenue pour un débit donné. On répète l'opération pour différents débits, choisi dans la gamme des débits pour lesquels des wormholes se forment. On utilise alors la relation K(ε) ainsi paramétrée pour tous les débits lors des simulations à l'échelle du puits. Si le débit donné n'a pas servi à l'évaluation, on réalise une interpolation de valeur pour les débits utilisés encadrant le débit donné.Iteratively, an optimum value of χ is obtained which minimizes this error. This optimum value of χ is obtained for a given flow rate. The operation is repeated for different flow rates, chosen from the range of flows for which wormholes are formed. The K (ε) relationship thus parameterized is used for all flow rates during well-scale simulations. If the given flow rate was not used for the evaluation, a value interpolation is performed for the flow rates used to control the given flow rate.

Calage du paramètre d'échange ψ entre les deux milieux H et MSetting of the exchange parameter ψ between the two media H and M

Les deux milieux H et M interagissent par le biais d'un terme d'échange dépendant de la différence de pression entre ces deux milieux. Ce terme permet de modéliser le détournement du flux d'acide vers les wormholes dominants au détriment de ceux qui se trouve dans le milieu M.Both H and M backgrounds interact through an exchange term depending on the pressure difference between these two media. This term makes it possible to model the diversion of the flow of acid towards the dominant wormholes to the detriment of those which is in the medium M.

Pour déterminer le terme d'échange ψ on applique le modèle à un cas particulier. On représente le volume par un milieu dans lequel on injecte linéairement de l'acide. Des wormholes de formes cylindriques s'y développent, disposés de manière périodique en fonction de leur taille. L'équivalence entre cette représentation et la réalité est assurée par un paramètre Δy qui doit être déterminé par calage. Δy défini ici la distance entre deux wormholes dominants. Les figures 5A, 5B et 5C montrent la représentation simplifiée de la répartition des volumes VH et VM utilisé dans la modélisation du terme d'échange : la figure 5A montre la figure de dissolution réelle, la figure 5B illustre la représentation simplifiée, et la figure 5C illustre le motif de base. Cette représentation périodique permet de représenter les termes d'échanges pour tout le domaine à partir de sa description sur un motif de base. Dans cette description le volume Vsection contient n fois le motif de base. 1 V section A H - M V β . n M s = 1 V section A H - M - K μ . P n M s 1 Δ x . n . Δ y - K eq - y μ P y 2. n . Δ x

Figure imgb0041
To determine the exchange term ψ the model is applied to a particular case. The volume is represented by a medium in which acid is injected linearly. Cylindrical wormholes develop there, arranged periodically according to their size. The equivalence between this representation and reality is provided by a parameter Δy which must be determined by calibration. Δy here defines the distance between two dominant wormholes. FIGS. 5A, 5B and 5C show the simplified representation of the distribution of volumes V H and V M used in the modeling of the exchange term: FIG. 5A shows the actual dissolution figure, FIG. 5B illustrates the simplified representation, and Figure 5C illustrates the basic pattern. This periodic representation makes it possible to represent the terms of exchanges for the entire domain from its description on a basic pattern. In this description the volume V section contains n times the basic pattern. 1 V section AT H - M V β . not M s = 1 V section AT H - M - K μ . P not M s 1 Δ x . not . Δ there - K eq - there μ P there 2. not . Δ x
Figure imgb0041

On évalue le gradient de pression à l'interface en divisant l'écart des pressions moyennes des deux milieux par la hauteur Δy/2 du motif de base (Figure 5C). La perméabilité équivalente Keq_y est une variable calculée en faisant une moyenne harmonique des perméabilités transversales (Ky_H et Ky_M ) des deux milieux. 1 V section A H - M V β . n M s 4 K eq - y { P } M M - { P } H H μ Δ y 2

Figure imgb0042
The pressure gradient at the interface is evaluated by dividing the difference of the average pressures of the two media by the height Δ y / 2 of the base pattern (Figure 5C). The equivalent permeability K eq_y is a variable calculated by making a harmonic mean of the transverse permeabilities ( K y_H and K y_M ) of the two media. 1 V section AT H - M V β . not M s 4 K eq - there { P } M M - { P } H H μ Δ there 2
Figure imgb0042

Avec K eq - y = K y - H . K y - M ϕ M K y - H + ϕ H K y - H

Figure imgb0043
With K eq - there = K there - H . K there - M φ M K there - H + φ H K there - H
Figure imgb0043

Il faut maintenant définir les perméabilités transversales. Pour cela on utilise une représentation idéale de chaque milieu, en les modélisant comme des blocs traversés par une certaine quantité de wormholes de section constante. En appliquant la loi de Darcy à cette représentation pour déterminer Ky_M et Ky_H,, on obtient : K y - H = K 0 . K f 1 - A H K f + A H K 0 , A H = ε H - ε 0 1 - ε 0

Figure imgb0044
K y - M = K 0 . K f 1 - A M K f + A M K 0 , A M = ε M - ε 0 1 - ε 0
Figure imgb0045
We must now define the transverse permeabilities. For this we use an ideal representation of each medium, modeling them as blocks crossed by a certain amount of wormholes of constant section. By applying Darcy's law to this representation to determine K y_M and K y_H , we obtain: K there - H = K 0 . K f 1 - AT H K f + AT H K 0 , AT H = ε H - ε 0 1 - ε 0
Figure imgb0044
K there - M = K 0 . K f 1 - AT M K f + AT M K 0 , AT M = ε M - ε 0 1 - ε 0
Figure imgb0045

On peut enfin écrire le terme Ψ sous la forme suivante, en fonction du paramètre Δy. ψ = 4 K eq - y μ Δ y 2

Figure imgb0046
One can finally write the term Ψ in the following form, according to the parameter Δy. ψ = 4 K eq - there μ Δ there 2
Figure imgb0046

Calage de la concentration à l'interface entre les deux milieux CH-M Calibration of the concentration at the interface between the two media C HM

En ce qui concerne la concentration CH-M utilisée avec le terme d'échange dans le modèle double milieu, on utilise soit la concentration C'M soit la concentration C'H selon les valeurs de P'M et P'H : Si M H alors C H - M = M

Figure imgb0047
Si M < H alors C H - M = H
Figure imgb0048
With regard to the C HM concentration used with the exchange term in the double-medium model, either the concentration C ' M or the concentration C' H are used according to the values of P ' M and P' H : Yes P' M P' H so VS H - M = VS M
Figure imgb0047
Yes P' M < P' H so VS H - M = VS H
Figure imgb0048

A chaque pas de temps, on commence par résoudre le champ de pression. On peut donc déterminer CH-M avant le calcul du transport de l'espèce acide.At each time step, we start by solving the pressure field. It is therefore possible to determine C HM before calculating the transport of the acid species.

3.3- Modélisation de l'acidification3.3- Modeling of acidification

Les équations 6 à 15 définissent le modèle d'acidification selon l'invention, les données d'entrée et les paramètres de ce modèle sont déterminés expérimentalement. Ce modèle permet alors de déterminer la porosité et la perméabilité du milieu après l'injection d'acide dans le puits. A partir de ces nouvelles porosité et perméabilité, on détermine un facteur appelé « skin ». Le skin mesure la perte de charge provoquée par l'endommagement d'un puits de rayon rw. En Considérons ces pertes de charges limitées à un rayon rs dans lequel la perméabilité vaut ks tandis que la perméabilité du réservoir vaut k. Le skin S se calcule à partir de la formule suivante : Q = 2 πkh Δ P ln r e r w + S

Figure imgb0049

avec :

- Q =
débit injecté dans la formation (m3.s-1)
- k =
perméabilité dans le réservoir (m2)
- B =
facteur de volume
- r w =
rayon du puits (m)
- re =
rayon du réservoir
- S =
skin
- ΔP =
différence de pression entre le puits et le réservoir
- µ =
viscosité cinématique (Pa.s)
Equations 6 to 15 define the acidification model according to the invention, the input data and the parameters of this model are determined experimentally. This model then makes it possible to determine the porosity and the permeability of the medium after the injection of acid into the well. From these new porosity and permeability, a factor called "skin" is determined. The skin measures the loss of load caused by the damage of a well of radius r w . Consider these losses of loads limited to a radius r s in which the permeability is worth k s while the permeability of the reservoir is worth k. The skin S is calculated from the following formula: Q = 2 πkh Δ P ln r e r w + S
Figure imgb0049

with:
- Q =
flow injected into the formation (m 3 .s -1 )
- k =
permeability in the tank (m 2 )
- B =
volume factor
- r w =
well radius (m)
- r e =
tank radius
- S =
skin
- Δ P =
pressure difference between the well and the reservoir
- μ =
kinematic viscosity (Pa.s)

Les paramètres k, B, rw, re de cette équation étant supposés connus, et le simulateur permettant de connaître le débit injecté Q et le champ de pression ΔP, le skin S peut être calculé à partir de cette formule. En générale le skin d'un puits est évalué à partir de test de puits. Lorsque le skin est positif, le puits est endommagé. Le traitement diminue le skin jusqu'à parfois le rendre négatif.The parameters k, B, r w , r e of this equation being assumed to be known, and the simulator making it possible to know the injected flow rate Q and the pressure field ΔP, the skin S can be calculated from this formula. In general, the skin of a well is evaluated from a well test. When the skin is positive, the well is damaged. The treatment decreases the skin up to sometimes make it negative.

3- Simulation de la production du puits3- Simulation of the production of the well

A partir du skin ainsi obtenu, on réalise une simulation réservoir, bien connue des spécialistes, à l'aide d'un simulateur réservoir. Cette simulation fournit, entre autre, une estimation de la production du puits.From the skin thus obtained, a reservoir simulation is carried out, well known to specialists, using a reservoir simulator. This simulation provides, among other things, an estimate of well production.

4- Optimisation des paramètres d'injection d'acide4- Optimization of acid injection parameters

La simulation réservoir fournit donc une estimation de la production à partir du skin, qui a lui-même été obtenu à partir de la modélisation de l'acidification. Pour améliorer la production il suffit de modifier les paramètres d'entrée du modèle d'acidification à l'échelle du puits, c'est-à-dire, la vitesse d'injection, le volume d'acide, la concentration C 0 de l'acide utilisé lors de la stimulation, et l'identification des zones à traiter définies par leur porosité initiale ε0 et leur perméabilité initiale K 0.The reservoir simulation thus provides an estimate of the production from the skin, which has itself been obtained from the modeling of the acidification. To improve the production, it is sufficient to modify the input parameters of the acidification model at the well-scale, that is to say, the injection speed, the acid volume, the C 0 concentration of the acid used during the stimulation, and the identification of the zones to be treated defined by their initial porosity ε 0 and their initial permeability K 0 .

5- Stimulation acide optimisée du puits pour augmenter sa productivité5- Optimized acid stimulation of the well to increase its productivity

A partir des paramètres ainsi optimisés, c'est-à-dire permettant d'obtenir une production maximale du puits, on réalise une stimulation acide du puits en injectant de l'acide dans les conditions optimales en termes de vitesse d'injection, de volume et concentration C 0 d'acide utilisé lors de la stimulation, d'identification des zones à traiter...On the basis of the parameters thus optimized, that is to say, making it possible to obtain maximum production of the well, acid stimulation of the well is carried out by injecting acid under the optimum conditions in terms of injection speed, volume and concentration C 0 of acid used during the stimulation, identification of the zones to be treated ...

Exemple d'applicationApplication example

Selon un exemple d'application de la méthode selon l'invention, on simule à l'échelle du puits une injection d'acide à débit constant sur un échantillon de roche d'une longueur de 2m, 40cm de largeur et 40cm de hauteur.According to an exemplary application of the method according to the invention, a well-rate injection of acid is simulated at a constant rate on a rock sample of a length of 2m, 40cm in width and 40cm in height.

Maillage et initialisation :Meshing and initialization:

Après avoir maillé l'échantillon à l'aide d'un maillage cartésien (dans ce cas d'application le maillage est cartésien et non radial comme dans le cas d'un puits par exemple), on détermine ou définit les données d'entrée du modèle :

  • Vitesse initiale d'injection V0 = 1.10-4 m/s
  • Concentration initiale C0 = 210 Kg/m3
  • Porosité initiale ε0 = 0,36
  • Perméabilité initiale K0 = 2.318.10-12 m2
  • Viscosité cinématique µ = 1.10-3 Pa/s
  • Masse volumique de la roche ρσ = 2160 Kg/m3
  • Perméabilité dans le milieu dissout Kf = 8,331.10-8 m2
  • Coefficient stoechiométrique massique ν = 1
  • Longueur caractéristique du problème L = 0,1 m
After having meshed the sample using a Cartesian mesh (in this case of application the mesh is cartesian and non-radial as in the case of a well for example), one determines or defines the data of entry of the model:
  • Injection initial speed V 0 = 1.10 -4 m / s
  • Initial concentration C 0 = 210 Kg / m3
  • Initial porosity ε 0 = 0.36
  • Initial permeability K 0 = 2.318.10 -12 m 2
  • Kinematic viscosity μ = 1.10 -3 Pa / s
  • Density of the rock ρ σ = 2160 Kg / m3
  • Permeability in the dissolved medium K f = 8,331.10 -8 m 2
  • Massive stoichiometric coefficient ν = 1
  • Characteristic length of the problem L = 0.1 m

Détermination expérimentale des paramètres :Experimental determination of the parameters:

On détermine des résultats de références à l'aide de simulations à l'échelle de la carotte grâce au modèle développé par Golfier,F. et al., « On The ability of a Darcyscale model to capure wormhole formation during the dissolution of a porous media. », Journal of Fluid Mechanic. 547, 213-254. 2002 . Ces simulations encadrent le débit utilisé ultérieurement pour la simulation à l'échelle du puits. Une série de simulations est ainsi réalisée en utilisant un modèle simple milieu à l'échelle de la carotte sur un domaine qui représente une petite portion du domaine à simuler, sur une gamme de débit suffisamment large pour reproduire les différents types de figures de dissolution possibles (front compact, wormhole conique, wormhole dominant, wormholes ramifiés et dissolution uniforme). Les dimensions du domaine sont 25 cm de longueur, 40cm de hauteur et 1 mm de hauteur.Reference results are determined using core-scale simulations using the model developed by Golfier F. et al., "On The ability of a Darcyscale model to capture wormhole training during the dissolution of a porous media. Journal of Fluid Mechanic. 547, 213-254. 2002 . These simulations frame the flow rate used later for the well-scale simulation. A series of simulations is thus performed by using a single core-scale model on a domain that represents a small portion of the domain to be simulated over a range of flow sufficiently large to reproduce the different types of possible dissolution patterns. (compact front, conical wormhole, dominant wormhole, branched wormholes and uniform dissolution). The dimensions of the domain are 25 cm long, 40 cm high and 1 mm high.

Pour déterminer le coefficient χ lié à la relation perméabilité/porosité, on utilise les résultats de pression et de porosité issus des simulations à l'échelle de la carotte auxquels on applique la procédure détaillée précédemment. On obtient ainsi la valeur optimale χ = 3,08.To determine the coefficient χ related to the permeability / porosity relationship, the pressure and porosity results from the carrot-scale simulations to which the procedure detailed above is applied are used. This gives the optimum value χ = 3.08.

On utilise ensuite le modèle à l'échelle du puits sur un domaine équivalent à celui utilisé à petite échelle, en appliquant les mêmes conditions d'injection. Pour chaque simulation à l'échelle de la carotte à un débit donné, on utilise un algorithme d'optimisation afin de déterminer les paramètres équivalents utilisés par notre modèle à l'échelle du puits pour chacun de ces débits. Les résultats sont présentés dans les tableaux 1 et 2.The well-scale model is then used on a field equivalent to that used on a small scale, applying the same injection conditions. For each core-scale simulation at a given rate, an optimization algorithm is used to determine the equivalent parameters used by our well-scale model for each of these flows. The results are shown in Tables 1 and 2.

Le tableau 1 montre les valeurs des paramètres du modèle utilisant les termes de dissolution g 1M et g 1H pour différentes vitesses d'injections. V0 (m/s) A φH Δy (m) HM HH 9,27E-08 0,0023 0,5 0,2 1 1 4,64E-06 0,001 0,05 0,0041 1,1 1,48 9,27E-06 0,0023 0,08459 0,005 1,1939 1,461 2,32E-05 0,04 0,08459 0,005884 1,16373 1,2 4,64E-05 0,04 0,0769 0,006 1,13 1,207 9,27E-05 0,04 0,07 0,006 1,13 1,3 1,85E-04 0,04773 0,0697 0,01 1 1,226 9,27E-04 0,3936 0,136 0,1 1,0012 2,99 9,27E-03 7 0,2 0,1366 1,5105 3 Table 1 shows the values of the parameters of the model using the dissolution terms g 1 M and g 1 H for different injection speeds. V 0 (m / s) AT φ H Δy (m) H M H H 9,27E-08 0.0023 0.5 0.2 1 1 4,64E-06 0,001 0.05 0.0041 1.1 1.48 9,27E-06 0.0023 0.08459 0.005 1.1939 1,461 2,32E-05 0.04 0.08459 0.005884 1.16373 1.2 4,64E-05 0.04 0.0769 0.006 1.13 1,207 9,27E-05 0.04 0.07 0.006 1.13 1.3 1,85E-04 0.04773 0.0697 0.01 1 1,226 9,27E-04 .3936 0,136 0.1 1.0012 2.99 9,27E-03 7 0.2 .1366 1.5105 3

Le tableau 2 montre les valeurs des paramètres du modèle utilisant les termes de dissolution g 2M et g 2H pour différentes vitesses d'injections. V0 (m/s) n1 φH Δy (m) HM HH γ n2 9,27E-08 0 0,5 10 1 1 0,667 0 4,64E-06 0,265 0,499 0,1783 3,8 4,3 0,755 0,83 9,27E-06 0,345 0,499 0,143 2,9722 3,962 0,71 0,8 2,32E-05 0,345 0,5 0,0938 2,5 3,5 0,68 0,55 4,64E-05 0,339 0,5 0,04859 2,47 3,35 0,667 0,5 9,27E-05 0,3 0,5 0,0344 2,479 3,3 0,705 0,45 1,85E-04 0,2918 0,48 0,0678 2,522 3,15 0,8 0,35 9,27E-04 0,149 0,4537 0,1157 2,5742 2,8547 0,8858 0,2902 9,27E-03 0,0454 0,4148 0,1852 2,797 2,623 0,902 0,2728 Table 2 shows the values of the parameters of the model using the dissolution terms g 2 M and g 2 H for different injection speeds. V 0 (m / s) n 1 φ H Δy (m) H M H H γ n 2 9,27E-08 0 0.5 10 1 1 0.667 0 4,64E-06 0,265 0.499 .1783 3.8 4.3 0.755 0.83 9,27E-06 0,345 0.499 0.143 2.9722 3,962 0.71 0.8 2,32E-05 0,345 0.5 0.0938 2.5 3.5 0.68 0.55 4,64E-05 0.339 0.5 0.04859 2.47 3.35 0.667 0.5 9,27E-05 0.3 0.5 0.0344 2,479 3.3 0.705 0.45 1,85E-04 .2918 0.48 0.0678 2,522 3.15 0.8 0.35 9,27E-04 0.149 .4537 .1157 2.5742 2.8547 .8858 .2902 9,27E-03 0.0454 .4148 .1852 2,797 2,623 0.902 .2728

Pour déterminer les paramètres à l'échelle du puits à utiliser pour l'injection d'acide, une interpolation des valeurs obtenues dans l'étape précédente est réalisée. Pour une vitesse d'injection de 1.10-4 m/s, on obtient les paramètres suivants :
- Avec les termes de dissolution g 1M et g 1H : A = 0.0406 φH = 0.07 HM = 1.192 HH = 1.447 Δy = 0.006314 - Avec les termes de dissolution g 2M et g 2H : n1 = 0.299 n2 = 0.4421 γ = 0.7124 φH = 0.498 HM = 2.482 HH = 3.288 Δy = 0.037
To determine the well-scale parameters to be used for the acid injection, interpolation of the values obtained in the previous step is performed. For an injection speed of 1.10-4 m / s, the following parameters are obtained:
- With the terms of dissolution g 1 M and g 1 H : A = 0.0406 φ H = 0.07 H M = 1.192 H H = 1.447 Δy = 0.006314 - With the terms of dissolution g 2 M and g 2 H : n 1 = 0.299 n 2 = 0.4421 γ = 0.7124 φ H = 0.498 H M = 2482 H H = 3.288 Δy = 0.037

Modélisation de l'acidification à l'échelle du puits :Well-scale acidification modeling:

Pour modéliser l'acidification, on utilise le modèle double milieu selon l'invention (équations 6 à 15). L'échantillon est homogène en porosité et perméabilité à l'échelle de la section. Pour cette raison le modèle à l'échelle de la section est appliqué sur une seule dimension, dans le sens et la direction de l'injection.To model the acidification, the double-medium model according to the invention is used (equations 6 to 15). The sample is homogeneous in sectional porosity and permeability. For this reason the cross-sectional model is applied in one dimension, in the direction and direction of the injection.

Les figures 6 et 8 montrent la différence de pression entre l'entrée et la sortie de l'échantillon, ΔP exprimé en pascal, en fonction du temps t exprimé en seconde.Figures 6 and 8 show the pressure difference between the input and the output of the sample, ΔP expressed in pascal, as a function of time t expressed in seconds.

Les figures 7 et 9 montrent la porosité ε de l'échantillon en fonction de l'abscisse x de l'échantillon en mètre.Figures 7 and 9 show the porosity ε of the sample as a function of the abscissa x of the sample in meters.

Les figures 6 et 7 illustrent les résultats pour le modèle utilisant les termes de dissolution g 1M et g 1 H. Le temps de percée est de 4 heures et 2 minutes. Le volume d'acide injecté est de 2.677.10-1 m3.Figures 6 and 7 illustrate the results for the model using the dissolution terms g 1 M and g 1 H. The breakthrough time is 4 hours and 2 minutes. The volume of acid injected is 2.677.10 -1 m 3 .

Les figures 8 et 9 illustrent les résultats pour le modèle utilisant les termes g 2M et g 2H . Le temps de percée est de 3 heures et 53 minutes. Le volume d'acide injecté est de 2.244.10-1 m3.Figures 8 and 9 illustrate the results for the model using the terms g 2 M and g 2 H. The breakthrough time is 3 hours and 53 minutes. The volume of acid injected is 2.244 × 10 -1 m 3 .

Les deux modèles montrent une forte chute de la pression pour une faible augmentation de la porosité, ce qui est caractéristique du wormholing. Ils montrent également qu'il faut environ 4 heures d'injection à la vitesse d'injection 1.10-4 m/s pour obtenir un wormhole d'une longueur de deux mètres, longueur caractéristique d'une stimulation de puits par injection d'acide.Both models show a sharp drop in pressure for a small increase in porosity, which is characteristic of wormholing. They also show that it takes approximately 4 hours of injection at the injection speed 1.10 -4 m / s to obtain a wormhole with a length of two meters, a characteristic length of a well stimulation by acid injection. .

Claims (12)

Méthode pour modéliser l'acidification au sein d'un milieu poreux suite à l'injection d'un acide, dans laquelle on représente ledit milieu par un modèle double milieu, caractérisée en ce que la méthode comporte les étapes suivantes : a) on construit ledit modèle double milieu - en considérant un premier sous-milieu propice à des percées de dissolution, et un second sous-milieu non propice à des percées de dissolution ; - en réalisant, pour chacun desdits sous-milieux, une description à l'échelle métrique du transport de l'acide, de la conservation de la masse dudit sous-mileu et de la conservation de la masse dudit acide ; - en décrivant un transfert d'acide d'un sous-milieu à l'autre sous-milieu ; b) on initialise ledit modèle double milieu à partir de calages expérimentaux ; c) on modélise, à l'aide dudit modèle double milieu, ladite acidification, en déterminant des paramètres physiques représentatifs dudit milieu poreux et des paramètres physiques relatifs à l'acide injecté. A method for modeling acidification in a porous medium following the injection of an acid, wherein said medium is represented by a dual medium model, characterized in that the method comprises the following steps: a) constructing said dual-medium model considering a first sub-environment conducive to dissolution breakthroughs, and a second sub-medium that is not conducive to breakthroughs; by carrying out, for each of said sub-media, a description on a metric scale of the acid transport, the conservation of the mass of said sub-mileu and the conservation of the mass of said acid; by describing an acid transfer from one sub-medium to the other sub-medium; b) initializing said dual-medium model from experimental setups; c) modeling, using said dual-medium model, said acidification, by determining representative physical parameters of said porous medium and physical parameters relative to the injected acid. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle lesdits paramètres physiques représentatifs dudit milieu poreux sont choisis, pour chacun desdits sous-milieux, parmi les paramètres suivants : la porosité moyenne, la perméabilité à l'échelle métrique et la pression totale moyenne.The method of claim 1, wherein said representative physical parameters of said porous medium are selected, for each of said sub-media, from the following parameters: average porosity, metric scale permeability, and average total pressure. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits paramètres physiques relatifs à l'acide sont choisis, pour chacun desdits sous-milieux, parmi les paramètres suivants : la concentration moyenne de l'acide, la vitesse de Darcy moyenne.Method according to one of the preceding claims, wherein said physical parameters relating to the acid are selected, for each of said sub-media, from among the following parameters: the average concentration of the acid, the mean Darcy velocity. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite description est réalisée à l'aide d'équations obtenues en réalisant une moyenne volumique à l'échelle métrique d'équations décrivant la propagation d'un acide dans un modèle simple milieu à une échelle centimétrique.The method according to one of the preceding claims, wherein said description is performed using equations obtained by averaging the metric scale of equations describing the propagation of an acid in a single medium model to a centimeter scale. Méthode selon la revendication 4, dans laquelle lesdites équations comportent un terme de dissolution.The method of claim 4, wherein said equations include a dissolution term. Méthode selon la revendication 5, dans laquelle ledit terme de dissolution est défini comme le produit d'une concentration moyenne de l'acide à l'échelle métrique par un coefficient dépendant d'une vitesse locale de l'acide.The method of claim 5, wherein said dissolution term is defined as the product of an average concentration of the acid at the metric scale by a coefficient dependent on a local rate of the acid. Méthode selon la revendication 5, dans laquelle ledit terme de dissolution est défini comme le produit d'un paramètre par la divergence d'un produit entre une concentration de l'acide, une fonction de flux fractionnaire et un vecteur vitesse.The method of claim 5, wherein said dissolution term is defined as the product of a parameter by the divergence of a product between a concentration of the acid, a fractional flow function and a velocity vector. Méthode selon la revendication 5, dans laquelle ledit paramètre dudit terme de dissolution dépend d'une norme d'une vitesse locale de l'acide et de la porosité moyenne à l'échelle métrique.The method of claim 5, wherein said parameter of said dissolution term is dependent on a standard of local acid velocity and metric scale average porosity. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite procédure de calage est basée sur des simulations à des échelles inférieures à l'échelle métrique.Method according to one of the preceding claims, wherein said calibration procedure is based on simulations at scales smaller than the metric scale. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite procédure de calage est basée sur des études d'injection de l'acide à débit constant dans un échantillon dudit milieu.Method according to one of the preceding claims, wherein said calibration procedure is based on constant flow rate acid injection studies in a sample of said medium. Méthode selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit milieu poreux est un réservoir carbonaté traversé par un puits, l'injection d'acide étant réalisée pour stimuler une production d'hydrocarbure par ledit puits, et dans laquelle on détermine des paramètres optimaux de l'injection acide, en réalisant les étapes suivantes : a) on construit un maillage dudit puits et de son voisinage ; b) on définit des paramètres initiaux de l'injection d'acide ; c) on détermine, en modélisant l'acidification due à l'injection de l'acide, au moins les paramètres physiques représentatifs dudit réservoir suivants : une porosité et une perméabilité dudit réservoir après injection de l'acide ; d) on simule la production du puits en fonction de ladite porosité et de ladite perméabilité à l'aide d'un simulateur réservoir ; e) on modifie lesdits paramètres initiaux et l'on réitère à l'étape c) jusqu'à obtenir un maximum de production. Method according to one of the preceding claims, wherein said porous medium is a carbonated reservoir traversed by a well, the acid injection being carried out to stimulate hydrocarbon production by said well, and in which optimal parameters are determined. of the acid injection, by carrying out the following steps: a) constructing a mesh of said well and its vicinity; b) initial parameters of the acid injection are defined; c) determining, by modeling the acidification due to the injection of the acid, at least the following representative physical parameters of said tank: a porosity and a permeability of said reservoir after injection of the acid; d) the production of the well is simulated according to said porosity and said permeability using a reservoir simulator; e) modifying said initial parameters and repeating in step c) until a maximum production is obtained. Méthode selon la revendication 11, dans laquelle lesdits paramètres initiaux sont choisis parmi l'un au moins des paramètres suivants : le débit d'injection de l'acide, la vitesse initiale d'injection, le volume d'acide injecté, la concentration de l'acide utilisé lors de la stimulation, les zones à traiter.The method according to claim 11, wherein said initial parameters are selected from at least one of the following parameters: the injection rate of the acid, the initial injection rate, the volume of acid injected, the concentration of the acid used during the stimulation, the areas to be treated.
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