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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- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods 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
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.
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.
- 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 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.
- 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
Le premier modèle à l'échelle de la carotte capable de reproduire totalement les mécanismes de la dissolution à été proposé par
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.
-
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.
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.
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 :
- 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 ;
- 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) 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;
- 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.
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 :
- 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.
- 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.
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.
- 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.
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- Maillage du puits et de son voisinage (MAI)
- 2- Modélisation de l'acidification due à la stimulation acide (MOD → ε, K)
- 3- Simulation de la production du puits (SIM → Prod)
- 4- Optimisation des paramètres d'injection d'acide (OPT)
- 5- Stimulation acide optimisée du puits pour augmenter sa productivité (STIM)
- 1- Meshing of the well and its neighborhood (MAI)
- 2- Modeling acidification due to acid stimulation (MOD → ε, K )
- 3- Simulation of well production (SIM → Prod)
- 4- Optimization of acid injection parameters (OPT)
- 5- Optimized acid stimulation of the well to increase its productivity (STIM)
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.
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.
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
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 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 :
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.
- 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
Équation de Darcy appliquée au milieu H
Équation de conservation de la masse de roche dans le milieu H
Équation de conservation de la masse fluide dans le milieuH
Équation reliant la perméabilité et la porosité dans le milieu H - Milieu M
Équation du transport de l'espèce acide dans le milieu M
Équation de Darcy appliquée au milieu M
Équation de conservation de la masse de roche dans le milieu M
Équation de conservation de la masse fluide dans le milieu M
Équation reliant la perméabilité et la porosité dans le milieu M
- Middle H
Equation of the transport of the acidic species in the medium H
Darcy's equation applied to H medium
Conservation equation of the mass of rock in the medium H
Conservation equation of the fluid mass in the mediumH
Equation linking permeability and porosity in H medium - Middle M
Equation of the transport of the acid species in the medium M
Darcy's equation applied to medium M
Conservation equation of the mass of rock in the medium M
Conservation equation of the fluid mass in the medium M
Equation linking permeability and porosity in the medium M
Avec les variables suivantes utilisées pour adimensionnaliser le système :
Les sorties du modèle d'acidification sont :
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)
- 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 :
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.
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.
Avec
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 :
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.
Avec
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)
- 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 )
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:
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 (
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).
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):
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 :
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 :
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.
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.
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.
Avec
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 :
On peut enfin écrire le terme Ψ sous la forme suivante, en fonction du paramètre Δy.
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 :
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.
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 :
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)
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.
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.
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 .
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 ...
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.
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
- 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
On détermine des résultats de références à l'aide de simulations à l'échelle de la carotte grâce au modèle développé par
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.
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.
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 :
- With the terms of dissolution g 1 M and g 1 H :
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 (
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. .
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