FR2775095A1 - Fluid composition simulation method - Google Patents
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Abstract
Description
Méthode de simulation pour prédire en fonction du temps
une composition détaillée d'un fluide produit par un réservoir
La présente invention concerne une méthode de simulation pour prédire, en fonction du temps, une composition détaillée d'un fluide produit par un réservoir et plus particulièrement une composition détaillée d'un fluide contenu dans et produit par un gisement pétrolier dans lequel sont implantés un ou plusieurs puits de production.Simulation method to predict over time
a detailed composition of a fluid produced by a reservoir
The present invention relates to a simulation method for predicting, as a function of time, a detailed composition of a fluid produced by a reservoir and more particularly a detailed composition of a fluid contained in and produced by a petroleum deposit in which are implanted a or several production wells.
La simulation compositionnelle d'un gisement pétrolier est couramment utilisée pour fournir les profils prévisionnels de production du gisement qui permettent notamment de déterminer le schéma de production le mieux adapté à ce gisement. The compositional simulation of a reservoir is commonly used to provide the deposit's production profiles, which in particular make it possible to determine the production scheme best suited to this deposit.
La simulation compositionnelle d'un gisement pétrolier est mise en oeuvre non pas en utilisant une description réelle du fluide mais en utilisant un fluide modélisé par un nombre de composants plus réduit que le nombre de composants du fluide réel. En effet, le nombre de composants du fluide de gisement étant relativement grand, la modélisation avec tous les composants conduirait à des temps de calcul trop importants. Ce temps de calcul prohibitif a amené les spécialistes à regrouper les composants purs en pseudo-composants, par exemple pseudo-composant regroupant l'azote et le méthane, pseudo-composant regroupant les hydrocarbures en C3 et C4, etc..., et à réaliser la simulation de gisement sur un nombre réduit N de composants purs et de pseudo-composants. Une telle composition réduite est désignée par l'expression "composition regroupée du fluide" ou "fluide regroupé". Généralement N représente 5 à 10 composants et pseudocomposants, ce qui est considéré comme étant suffisant pour bien représenter le comportement du fluide de gisement aux conditions de fond. The compositional simulation of a petroleum deposit is implemented not by using a real description of the fluid but by using a fluid modeled by a smaller number of components than the number of components of the real fluid. Indeed, the number of components of the reservoir fluid being relatively large, the modeling with all the components would lead to too much computation time. This prohibitive calculation time has led the specialists to group the pure components into pseudo-components, for example a pseudo-component comprising nitrogen and methane, a pseudo-component comprising the C3 and C4 hydrocarbons, and the like. perform reservoir simulation on a reduced number N of pure components and pseudo-components. Such a reduced composition is referred to as "pooled fluid composition" or "pooled fluid". Generally N represents 5 to 10 components and pseudo-components, which is considered to be sufficient to properly represent the behavior of the reservoir fluid under background conditions.
Le fluide regroupé est décrit par une des équations d'état bien connues des spécialistes et adaptée audit fluide regroupé.The pooled fluid is described by one of the state equations well known to those skilled in the art and adapted to said pooled fluid.
Avant d'effectuer la simulation compositionnelle de gisement, on représente le réservoir ou gisement sous la forme d'un réseau de mailles dont chacune constitue un volume élémentaire dudit réservoir. Le nombre de mailles peut atteindre plusieurs milliers et chaque maille présente des propriétés qui lui sont propres, comme la géométrie, la porosité, la perméabilité, etc... De plus, à certaines mailles peut correspondre au moins un puits d'injection ou de production qui est implanté dans ledit réservoir. Before conducting the compositional reservoir simulation, we represent the reservoir or reservoir in the form of a mesh network, each of which constitutes an elementary volume of said reservoir. The number of meshes can reach several thousands and each mesh has its own properties, such as geometry, porosity, permeability, etc. Moreover, at certain meshes can correspond to at least one injection well or production which is implanted in said reservoir.
La simulation de gisement permet de calculer pour chaque maille un certain nombre de variables principales du fluide de gisement, lesdites variables pouvant être la quantité (nombre de moles) de fluide, la composition ou fraction molaire de chaque composant et pseudo-composant du fluide regroupé et la pression régnant dans chaque maille. Ces variables sont connues à l'instant t=O (début de l'exploitation du gisement) et sont ensuite calculées par la simulation de gisement à chaque instant t ou pas de temps m. Pour chaque maille, il est possible, à partir de ces variables principales, de calculer toute autre propriété du fluide présent dans la maille, comme le nombre de phases, la composition de chaque phase, etc. The reservoir simulation makes it possible to calculate for each mesh a certain number of principal variables of the reservoir fluid, said variables possibly being the quantity (number of moles) of fluid, the composition or mole fraction of each component and pseudo-component of the grouped fluid. and the pressure prevailing in each mesh. These variables are known at time t = O (start of exploitation of the deposit) and are then calculated by the simulation of deposit at each moment t or no time m. For each cell, it is possible, from these principal variables, to calculate any other property of the fluid present in the mesh, such as the number of phases, the composition of each phase, etc.
Pour chaque maille à laquelle est associé un puits de production, il est possible, à partir de ces variables principales et des contraintes de production imposées, de calculer également le débit de production et la composition du fluide produit par ledit puits.For each mesh with which a production well is associated, it is possible, from these main variables and imposed production constraints, to also calculate the production rate and the composition of the fluid produced by said well.
Les propriétés thermodynamiques du fluide regroupé peuvent être calculées en utilisant l'équation d'état qui lui est associée. The thermodynamic properties of the pooled fluid can be calculated using the equation of state associated with it.
La modélisation à N composants, si elle est suffisante pour représenter le comportement du fluide de gisement aux conditions de fond, n'est plus appropriée pour simuler le comportement du fluide dans les installations pour son exploitation en surface, laquelle exploitation nécessite de connaître une composition plus détaillée à Q composants et/ou pseudocomposants du fluide produit par le gisement, Q étant supérieur à N et par exemple de l'ordre de 16 à 30. The N-component model, if it is sufficient to represent the behavior of the reservoir fluid under background conditions, is no longer appropriate for simulating the behavior of the fluid in the facilities for its surface exploitation, which operation requires knowing a composition. more detailed component Q and / or pseudo-components of the fluid produced by the deposit, Q being greater than N and for example of the order of 16 to 30.
Jusqu'ici, on obtenait cette composition détaillée à Q composants et/ou pseudo-composants à partir de la composition regroupée N en supposant que la composition des pseudo-composants restait constante dans le temps. Heretofore, this detailed component and / or pseudo-component composition was obtained from the pooled composition N assuming that the composition of the pseudo-components remained constant over time.
Une telle manière de procéder est source d'erreurs car la composition des pseudo-composants varie dans le temps. notamment en fonction de la pression du gisement ou suite à l'injection d'un gaz dans le gisement. Such a procedure is a source of errors because the composition of the pseudo-components varies over time. in particular depending on the pressure of the deposit or following the injection of a gas into the deposit.
De ce fait, la composition détaillée obtenue reste très approximative et ne permet pas de prédire de manière satisfaisante le comportement du fluide dans les conditions d'exploitation en surface bien des années après le début de la production. As a result, the detailed composition obtained remains very approximate and does not make it possible to satisfactorily predict the behavior of the fluid in the surface operating conditions for many years after the start of production.
La présente invention a pour but de proposer une méthode de simulation pour prédire une composition détaillée du fluide produit par un réservoir en tenant compte des paramètres du réservoir et qui soit beaucoup plus précise, une telle prédiction étant dénommée "delumping" par les spécialistes. Le "delumping" consiste à prédire quels auraient été les résultats d'une simulation de réservoir si la modélisation détaillée du fluide avait été utilisée et ce, à partir des résultats d'une simulation réalisée en utilisant la modélisation regroupée dudit fluide. The object of the present invention is to propose a simulation method for predicting a detailed composition of the fluid produced by a reservoir taking into account the parameters of the reservoir and which is much more precise, such a prediction being termed "delumping" by the specialists. The "delumping" consists in predicting what would have been the results of a reservoir simulation if the detailed modeling of the fluid had been used and this, from the results of a simulation carried out using the grouped modeling of said fluid.
L'invention a pour objet une méthode du type consistant à:
a) représenter le réservoir sous la forme d'un réseau de mailles (j) dont chacune constitue un volume élémentaire rempli de fluide,
b) définir le fluide par une modélisation regroupée à N composants et pseudo-composants (i) et déterminer une équation d'état décrivant le fluide dans cette modélisation regroupée,
c) définir également le fluide par une modélisation détaillée à Q composants et/ou pseudo-composants, Q étant supérieur à N, et déterminer une autre équation d'état décrivant le fluide dans cette modélisation détaillée,
d) réaliser, de façon connue en soi, une simulation compositionnelle du fluide regroupé à N composants et pseudo-composants (i), ladite simulation compositionnelle permettant de calculer au moins pour chaque maille (j) et à des pas de temps consécutifs (m, m+l, ...) la fraction vaporisée (OJ ), les constantes d'équilibre liquide-vapeur (km) de chaque composant (i), les débits d'injection ou de production (s,J ) et pour chaque paire de mailles (j, h) les débits des phases liquide (Uogh) et vapeur (ugmssh) du fluide à N composants et pseudo-composants, et elle est caractérisée en ce qu elle consiste en outre à:
e) déterminer, à chaque pas de temps (m) et pour chaque maille (j) la composition des phases liquide et vapeur du fluide pour la modélisation détaillée à Q composants et/ou pseudo-composants, à partir des valeurs de la fraction vaporisée (ou ) et des constantes d'équilibre (km) du fluide regroupé,
f) évaluer pour chaque maille, au pas de temps (m+ l ) la quantité molaire de chacun des Q composants et/ou pseudo-composants du fluide détaillé à partir des valeurs correspondantes au pas de temps (m) des débits des phases du fluide regroupé et des compositions des phases liquide et vapeur du fluide détaillé déterminées à l'étape e), et à
g) évaluer, pour chaque puits de production, la composition détaillée du fluide produit entre des instants t et t' correspondant aux pas de temps m et m+l, à partir des débits des phases du fluide regroupé et des compositions des phases liquide et vapeur du fluide détaillé déterminées à l'étape e).The subject of the invention is a method of the type consisting of:
a) representing the reservoir in the form of a network of meshes (j) each of which constitutes an elementary volume filled with fluid,
b) defining the fluid by N component and pseudo-component (i) grouped modeling and determining a state equation describing the fluid in this grouped modeling,
c) also defining the fluid by detailed modeling with Q components and / or pseudo-components, Q being greater than N, and determining another state equation describing the fluid in this detailed modeling,
d) producing, in a manner known per se, a compositional simulation of the fluid grouped with N components and pseudo-components (i), said compositional simulation making it possible to calculate at least for each cell (j) and at consecutive time steps (m , m + 1, ...) the vaporized fraction (OJ), the liquid-vapor equilibrium constants (km) of each component (i), the injection or production flow rates (s, J) and for each pair of meshes (j, h) the flow rates of the liquid (Uogh) and vapor (ugmssh) phases of the N-component fluid and pseudo-components, and is characterized in that it further comprises:
e) determining, at each time step (m) and for each cell (j), the composition of the liquid and vapor phases of the fluid for detailed modeling with Q components and / or pseudo-components, from the values of the vaporized fraction (or) and equilibrium constants (km) of the grouped fluid,
f) evaluating for each mesh, at the time step (m + 1), the molar amount of each of the Q components and / or pseudo-components of the detailed fluid from the values corresponding to the time step (m) of the flow rates of the phases of the fluid combined and detailed liquid and vapor phase fluid compositions determined in step e), and
g) evaluating, for each production well, the detailed composition of the fluid produced between times t and t 'corresponding to time steps m and m + 1, from the flows of the phases of the grouped fluid and the compositions of the liquid phase and detailed fluid vapor determined in step e).
Selon une autre caractéristique de la présente invention, les étapes e, f et g sont mises en oeuvre en meme temps que la réalisation de la simulation compositionnelle du fluide regroupé. According to another characteristic of the present invention, the steps e, f and g are implemented at the same time as performing the compositional simulation of the grouped fluid.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, les résultats de l'étape d sont mémorisés puis utilisés ultérieurement pour la mise en oeuvre des étapes e, f et g. According to another characteristic of the present invention, the results of step d are stored and subsequently used for the implementation of steps e, f and g.
La méthode selon la présente invention est mise en oeuvre pour un réservoir constitué, par exemple, par un gisement pétrolier. De manière connue, on réalise une simulation de gisement. A cet effet, on représente le gisement sous la forme d'un réseau maillé, certaines des mailles ou un groupe de mailles étant associés à un des puits de production implantés dans le gisement pétrolier à exploiter. The method according to the present invention is implemented for a reservoir constituted, for example, by a petroleum deposit. In known manner, a reservoir simulation is performed. For this purpose, the deposit is represented in the form of a mesh network, some of the meshes or a group of meshes being associated with one of the production wells implanted in the oil field to be exploited.
Pour réduire le temps de calcul, la simulation compositionnelle du gisement est effectuée sur un nombre limité N de composants et pseudocomposants, par exemple de 5 à 10, définis de la manière indiquée précédemment, ces composants et pseudo-composants étant sélectionnés en fonction de la nature du gisement. To reduce the calculation time, the compositional simulation of the deposit is performed on a limited number N of components and pseudo-components, for example from 5 to 10, defined in the manner indicated above, these components and pseudo-components being selected according to the nature of the deposit.
Comme indiqué précédemment, le fluide regroupé à N composants et pseudo-composants est décrit par une équation d'état qui pourrait être par exemple celle de PENG-ROBfNSON adaptée à ladite composition regroupée. As indicated above, the fluid grouped with N components and pseudo-components is described by a state equation which could be for example that of PENG-ROBfNSON adapted to said grouped composition.
La simulation compositionnelle du gisement permet de calculer, à chaque pas de temps et pour chaque maille, un certain nombre de variables principales du fluide regroupé, lesquelles variables, dans ce cas, sont: la quantité de fluide: fm la fraction molaire du composant i : 7m avec i < i < N la pression: prn. The compositional simulation of the deposit makes it possible to calculate, at each time step and for each cell, a certain number of principal variables of the grouped fluid, which variables, in this case, are: the quantity of fluid: fm the molar fraction of the component i : 7m with i <i <N the pressure: prn.
Par des mesures effectuées au préalable, on connaît la valeur desdites variables principales au début de l'exploitation du gisement, c'est-àdire à l'insant t=0 ou au pas de temps m=0. By prior measurements, the value of said principal variables is known at the beginning of the exploitation of the deposit, that is to say at the inset t = 0 or at the time step m = 0.
Pour passer du pas de temps m au pas de temps m+l, la simulation compositionnelle comprend plusieurs étapes détaillées ci-après. To go from the time step m to the time step m + 1, the compositional simulation comprises several steps detailed below.
Dans une première étape et pour le pas de temps m, un calcul d'équilibre liquide-vapeur (flash) est effectué sur le fluide regroupé, pour chaque maille j afin de déterminer la fraction vaporisée #jm la fraction molaire de chaque composant i dans la phase liquide (x Jm avec i = 1. .N) et la fraction molaire dudit composant i dans la phase vapeur ou gaz (y" avec i = 1...N). In a first step and for the time step m, a liquid-vapor equilibrium calculation (flash) is performed on the pooled fluid, for each mesh j to determine the vaporized fraction #jm the molar fraction of each component i in the liquid phase (x Jm with i = 1.N) and the molar fraction of said component i in the vapor or gas phase (y "with i = 1 ... N).
Ces diverses fractions sont déterminées avec le système d'équations suivant:
dans lesquelles
'Pi est la fugacité du composant i. These various fractions are determined with the following system of equations:
in which
'Pi is the fugacity of component i.
On mémorise la fraction vaporisée #jm et les constantes
yijm d'équilibre kijm = avec i variant entre 1 et N, afin de les utiliser dans une
xijm autre étape dénommée "delumping" qui sera explicitée ultérieurement.We memorize the vaporized fraction #jm and the constants
equilibrium yijm kijm = with i varying between 1 and N, in order to use them in a
xijm another step called "delumping" which will be explained later.
Dans une deuxième étape et pour chaque maille j, on évalue certaines des propriétés de chaque phase liquide et gaz, à savoir masse volumique (#ojm et #gjm), viscosité, saturation et perméabilité relative. In a second step and for each mesh j, some of the properties of each liquid and gas phase are evaluated, namely density (## EQU1 ##), viscosity, saturation and relative permeability.
Dans une troisième étape, pour chaque maille j et au pas de temps m, on calcule les coefficients de l'équation pour la pression. In a third step, for each mesh j and at time step m, the coefficients of the equation for the pressure are calculated.
Les équations pour la pression d'une maille j à l'instant t+At ou au pas de temps m+l, sont
The equations for the pressure of a mesh j at time t + At or at the time step m + 1, are
Pour résoudre ces équations, les coefficients à calculer sont - la compressibilité totale CTjm (fluide + roche), - les transmissivités généralisées
- le terme source
To solve these equations, the coefficients to calculate are - the total compressibility CTjm (fluid + rock), - the generalized transmissivities
- the source term
Dans ces équations: h sont les mailles voisines de la maille j, h E J(j), αijm est le volume molaire partiel du composant i dans la maille j au pas de temps m, m et #gjm sont les mobilités des phases liquide (o) et gaz (g), t,h est la transmissivité entre les centres des mailles j et h, 1 étant la maille amont. In these equations: h are the meshes close to the mesh j, h EJ (j), where ijm is the partial molar volume of the component i in the mesh j at the time step m, m and #gjm are the mobilities of the phases liquid (o) and gas (g), t, h is the transmissivity between the centers of meshes j and h, 1 being the upstream mesh.
Dans une quatrième étape, on résout pour toutes les mailles les équations pour la pression à l'instant t+At c'est-à-dire au pas de temps m+l. In a fourth step, the equations for the pressure at time t + At, that is to say at the time step m + 1, are solved for all meshes.
Ces équations forment un système linéaire du type
A. où p = (p1m+1,. .pJm+1)T, J étant le nombre de mailles du réseau. These equations form a linear system of the type
A. where p = (p1m + 1, .pjm + 1) T, where J is the number of meshes of the network.
Ces équations sont résolues par un procédé itératif standard. These equations are solved by a standard iterative process.
Dans une cinquième étape, on calcule au pas de temps m+l, les débits des phases entre chaque paire de mailles adjacentes et pour chaque puits associé à partir, par exemple, de la loi de DARCY.
uojhm = -#ojm#olm.tjh(phm+1-pjm+1) ugjhm=-#gjm#glm.tjh(phm+1-pjm+1) p étant la masse volumique et 1 étant la maille amont avec l=j ou h.In a fifth step, the flow rates of the phases between each pair of adjacent meshes and for each well associated with, for example, the law of DARCY, are calculated at the time step m + 1.
uojhm = - # ojm # olm.tjh (phm + 1-pjm + 1) ugjhm = - # gjm # glm.tjh (phm + 1-pjm + 1) p being the density and 1 being the upstream mesh with l = j or h.
Selon une caractéristique de l'invention, on stocke ou mémorise les débits des phases qui seront utilisés dans le delumping. According to one characteristic of the invention, the flow rates of the phases which will be used in the delumping are stored or stored.
Dans une sixième étape, on évalue la quantité f et la composition z du fluide regroupé, dans chaque maille j et au pas de temps m+ l à partir des valeurs au pas de temps m, des débits des phases évalués à la cinquième étape et des compositions des phases calculées à la première étape. Pour ce faire, on applique les lois de conservation définie par les équations suivante s
In a sixth step, the quantity f and the composition z of the grouped fluid are evaluated, in each mesh j and at the time step m + 1, from the values at the time step m, the flow rates of the phases evaluated at the fifth step and the compositions of the phases calculated in the first step. To do this, we apply the conservation laws defined by the following equations:
Par un processus itératif, on répète les étapes ci-dessus pour calculer les variables principales aux temps t+At, t+2At, t+3At, etc... ou encore aux pas de temps correspondants m+l, m+2, m+3, etc..., Incrément
At pouvant être constant ou variable.By an iterative process, the above steps are repeated to calculate the principal variables at times t + At, t + 2At, t + 3At, etc ... or at the corresponding time steps m + 1, m + 2, m + 3, etc ..., increment
At that can be constant or variable.
Comme l'écoulement peut s'effectuer dans n'importe quelle direction entre les mailles voisines, il faut traiter toutes les mailles à chaque pas de temps. Since the flow can take place in any direction between the neighboring meshes, it is necessary to treat all the meshes with each step of time.
Selon la présente invention, on définit une modélisation détaillée à Q composants et/ou pseudo-composants ainsi qu'une autre équation d'état décrivant le fluide ainsi modélisé. According to the present invention, a detailed modeling is defined with Q components and / or pseudo-components as well as another state equation describing the fluid thus modeled.
Pour cela, on choisit préalablement les composants et/ou pseudocomposants dont on veut connaître les caractéristiques et qui sont nécessaires pour représenter le fluide de production dans les conditions de surface. Le nombre Q qui est supérieur au nombre N de la composition regroupée est généralement de l'ordre de 16 à 30. On connaît la composition du fluide détaillé à Q composants et/ou pseudo-composants au pas de temps m=0. For this purpose, the components and / or pseudo-components whose characteristics are to be known and which are necessary to represent the production fluid in the surface conditions are chosen beforehand. The number Q which is greater than the number N of the grouped composition is generally of the order of 16 to 30. The composition of the detailed fluid with Q components and / or pseudo-components is known at the time step m = 0.
Les données stockées aux première et cinquième étapes sont utilisées pour les étendre aux Q composants et/ou pseudo-composants de la composition détaillée, de manière à effectuer l'opération de "delumping". The data stored in the first and fifth steps are used to extend them to the Q components and / or pseudo-components of the detailed composition, so as to perform the "delumping" operation.
Pour l'opération de "delumping", on fait les hypothèses que le fluide du réservoir comporte seulement deux phases non aqueuses (liquide et gaz) et que l'eau ne joue aucun rôle dans l'équilibre liquide-gaz et qu'aucun des autres composants du fluide ne se dissout dans l'eau.For the "delumping" operation, it is assumed that the reservoir fluid has only two non-aqueous phases (liquid and gas) and that the water plays no role in the liquid-gas equilibrium and that none of the other components of the fluid does not dissolve in the water.
Dans ce qui suit, les lettres en majuscule sont utilisées pour représenter le fluide détaillé et les lettres en minuscule sont utilisées pour représenter le fluide regroupé. In the following, uppercase letters are used to represent the detailed fluid and lowercase letters are used to represent the grouped fluid.
Pour réaliser le "delumping", on fait, en outre, l'hypothèse qu'à chaque pas de temps m, - la fraction molaire de la phase vaporisée dans chaque maille est
indépendante du nombre de constituants choisis pour modéliser le fluide, #jm=#jm - le nombre de moles de liquide et de vapeur s'écoulant entre les mailles
(U, u) et dans ou hors des puits (S, s) est indépendant du nombre de
constituants choisis pour modéliser le fluide. To carry out the "delumping", it is furthermore assumed that at each time step m, the molar fraction of the vaporized phase in each mesh is
independent of the number of constituents chosen to model the fluid, # jm = # jm - the number of moles of liquid and vapor flowing between the meshes
(U, u) and in or out of the wells (S, s) is independent of the number of
constituents chosen to model the fluid.
Uogh UOJ;1 et Ugh UgXh
Sn; = Sn; et = = rn
Pour effectuer le "delumping", il est nécessaire de connaître les constantes d'équilibre K pour le fluide détaillé en plus de la fraction molaire O- déjà déterminée par l'égalité #=#. Uogh UOJ; 1 and Ugh UgXh
Sn; = Sn; and = = rn
To perform the "delumping", it is necessary to know the equilibrium constants K for the detailed fluid in addition to the molar fraction O- already determined by the equality # = #.
Le calcul des constantes d'équilibre peut être effectué à partir de l'équation générale
comme indiqué par C. LEIBOVICI dans son article "A Consistent
Procedure for Pseudo-Component Delumping" paru dans FLUID PHASE
EQUILIBRIA, 117 (1996), 225-232.The calculation of equilibrium constants can be done from the general equation
as indicated by C. LEIBOVICI in his article "A Consistent
Procedure for Pseudo-Component Delumping "published in FLUID PHASE
EQUILIBRIA, 117 (1996), 225-232.
Pour une équation d'état à deux paramètres, comme celle de
PENG ROBINSON, l'équation généralisée de LEIBOVICI peut être écrite pour le fluide détaillé de la manière suivante, pour autant qu'il n'y ait pas de coefficient d'interaction binaire
où aI et bI sont les paramètres de l'équation d'état pour le composant I et où les paramètres #jm,ssjm et γjm sont des paramètres calculés à partir des constantes d'équilibre (kjj) pour le fluide regroupé en minimisant la fonction:
Les paramètres rljn,ssjm et γjm ainsi obtenus seront approximativement les mêmes pour les deux modélisations détaillée et regroupée du fluide, lesdits paramètres dépendant seulement des paramètres de phase de la pression et de la température.For a two-parameter state equation, such as
PENG ROBINSON, the generalized equation of LEIBOVICI can be written for the detailed fluid in the following way, as long as there is no binary interaction coefficient
where aI and bI are the parameters of the state equation for component I and where the parameters # jm, ssjm and γ jm are parameters calculated from the equilibrium constants (kjj) for the grouped fluid by minimizing function:
The parameters rljn, ssjm and γ jm thus obtained will be approximately the same for the two detailed and regrouped modelizations of the fluid, said parameters being dependent only on the phase parameters of the pressure and the temperature.
En présence de coefficient d'interaction binaire, les paramètres rl, ss et y peuvent etre déterminés par régression. In the presence of a binary interaction coefficient, the parameters rl, ss and y can be determined by regression.
De ce fait, lorsqu'on connaît la composition détaillée ZIjm dans la maille j au pas de temps m, on peut estimer les compositions détaillées des phases liquide et vapeur dans la même maille j et pour le même pas de temps m.
Therefore, when the detailed composition ZIjm is known in the mesh j at the time step m, it is possible to estimate the detailed compositions of the liquid and vapor phases in the same mesh j and for the same time step m.
I étant le composant et/ou pseudo-composant de la composition détaillée Ces compositions peuvent être normalisées afin que leur somme soit égale à 1 si nécessaire. I being the component and / or pseudo-component of the detailed composition These compositions can be standardized so that their sum is equal to 1 if necessary.
Lorsqu'on connaît les compositions des phases détaillées pour toutes les mailles du réseau au pas de temps m, il est possible d'estimer les compositions détaillées Z1m+I au pas de temps consécutif m+ I à partir des équations ci-après
avecl=1 Q
dans lesquelles j'=j pour un débit de la maille j vers la maille h ou dans le puits et j'=h pour un débit de la maille h vers la maille j, et j' correspondant au fluide injecté dans le cas des puits d'injection, S étant alors négatif, et F est la quantité molaire de fluide dans chaque maille avec F = f.When the compositions of the detailed phases for all the meshes of the network are known at the time step m, it is possible to estimate the detailed compositions Z1m + I at the consecutive time step m + I from the following equations.
withl = 1 Q
in which j '= j for a flow rate from the mesh j to the mesh h or in the well and j' = h for a flow rate from the mesh h to the mesh j, and j 'corresponding to the fluid injected in the case of the wells injection, S being negative, and F is the molar amount of fluid in each mesh with F = f.
Le débit molaire du composant détaillé I produit par le puits W au pas de temps m est donné par:
et la composition détaillée du fluide produit par le puits est obtenu en normalisant les débits ci-dessus
The molar flow rate of the detailed component I produced by the well W at the time step m is given by:
and the detailed composition of the fluid produced by the well is obtained by normalizing the flow rates above
Grâce à la présente invention, on obtient une composition détaillée à Q composants et/ou pseudo-composants qui permet de mieux définir les profils de production prévisionnels et ce, avec une précision accrue comparée aux méthodes antérieures. Cette plus grande précision des profils de production prévisionnels permet un choix de schéma de développement (type et taille d'installations de surface, nombre de puits, etc...) plus fiable, avec pour conséquence une augmentation de la rentabilité et une diminution du risque économique. Thanks to the present invention, a detailed composition with Q components and / or pseudo-components is obtained which makes it possible to better define the predicted production profiles, with greater precision compared with the previous methods. This greater precision of the projected production profiles allows a more reliable choice of development scheme (type and size of surface installations, number of wells, etc.), resulting in an increase in profitability and a decrease in economic risk.
Dans ce qui précède, certaines valeurs obtenues au cours de la simulation de gisement sont stockées ou mémorisées pour être utilisées ultérieurement dans le delumping. Il va de soi que ces mêmes valeurs pourraient être utilisées directement si on décide d'effectuer le delumping en même temps que ladite simulation de gisement. In the foregoing, certain values obtained during the simulation of the deposit are stored or stored for later use in the delumping. It goes without saying that these same values could be used directly if one decides to carry out the delumping at the same time as said simulation of deposit.
Un autre avantage de la présente invention est que la méthode peut être utilisée pour calculer la concentration d'hydrocarbures présents à l'état de trace dans le fluide produit sans avoir à effectuer une simulation de réservoir incorporant ces hydrocarbures, sous réserve que leurs paramètres d'équation d'état soient connus. Another advantage of the present invention is that the method can be used to calculate the concentration of trace hydrocarbons in the fluid produced without having to perform a reservoir simulation incorporating these hydrocarbons, provided that their equation of state are known.
Il est à noter qu'on peut traiter les cas où la composition initiale du fluide varie avec la profondeur ou latéralement à l'intérieur du réservoir, à condition de connaître la composition initiale détaillée en tout point du réservoir. It should be noted that the cases in which the initial composition of the fluid varies with the depth or laterally inside the tank, may be treated provided that the initial composition detailed at any point in the tank is known.
Deux exemples sont donnés ci-dessous pour démontrer la rapidité et la précision de la méthode selon l'invention, les tests ayant été effectués sur un modèle de réservoir parallélépipédique comprenant quatre couches de différentes perméabilités, avec un pendage dans la direction x. Two examples are given below to demonstrate the speed and accuracy of the method according to the invention, the tests having been carried out on a parallelepipedal reservoir model comprising four layers of different permeabilities, with a dip in the x direction.
Les prédictions ont été calculées pour déterminer le comportement du fluide dans les conditions en surface sur une période de 30 ans à partir du début d'exploitation, le fluide étant constitué d'une huile volatile. Predictions were calculated to determine the behavior of the fluid under surface conditions over a 30-year period from the start of operation, the fluid being a volatile oil.
Dans le premier exemple, le réservoir comporte un contact eauhuile, alors que dans le deuxième exemple, le réservoir est dépourvu d'eau et ne contient que de l'huile et du gaz. In the first example, the tank has a water oil contact, while in the second example, the tank is free of water and contains only oil and gas.
Dans la modélisation du fluide détaillé, on définit le fluide par 16 composants et/ou pseudo-composants, comme indiqué dans le tableau 1, et on considère que les coefficients d'interaction binaire sont égaux à zéro. In the detailed fluid modeling, the fluid is defined by 16 components and / or pseudo-components, as shown in Table 1, and it is considered that the binary interaction coefficients are equal to zero.
Dans la modélisation du fluide regroupé, on définit le fluide par 7 pseudo-composants, comme indiqué dans le tableau 2. In the modeling of the grouped fluid, the fluid is defined by 7 pseudo-components, as indicated in Table 2.
A la température du réservoir, la pression du point de bulle de l'huile volatile est de 338,5 bars pour le fluide détaillé et de 336,6 bars pour le fluide regroupé. At the reservoir temperature, the bubble point pressure of the volatile oil is 338.5 bar for the detailed fluid and 336.6 bar for the grouped fluid.
Exemple I
La pression initiale du réservoir est de 400 bars et le réservoir est épuisé à travers un seul puits qui est foré près du sommet du réservoir. La production d'huile du puits est de 300 m3 par jour et la production maximum de gaz est 106 m3 normaux par jour.Example I
The initial pressure of the tank is 400 bar and the tank is exhausted through a single well which is drilled near the top of the tank. The production of oil from the well is 300 m3 per day and the maximum production of gas is 106 normal m3 per day.
Une première simulation compositionnelle du réservoir fut d'abord effectuée en utilisant la modélisation détaillée du fluide à 16 composants et/ou pseudo-composants à l'aide des équations d'état adaptées à chacun des composants. Au début, le puits produit de l'huile au débit précité. Après environ 1250 jours, la pression du point de bulle est atteinte. A first compositional simulation of the reservoir was first performed using detailed modeling of the 16-component fluid and / or pseudo-components using the state equations adapted to each of the components. At the beginning, the well produces oil at the aforementioned flow rate. After about 1250 days, the bubble point pressure is reached.
Le débit de gaz augmente continuellement jusqu'à la valeur maximum de 106 N m3/jour qui est atteinte au bout d'environ 5000 jourS. Le puits débite à ce maximum alors que le débit d'huile diminue jusqu'à ce que la limite de pression au fond du puits soit atteinte au 6500ème jour environ. Après quoi, les deux débits d'huile et de gaz diminuent, la simulation se terminant à la fin de 10950 jours (30 ans). A ce moment là, la pression moyenne du réservoir est juste au-dessus de 50 bars. La production d'eau apparat au bout de 5000 jours.The gas flow rate increases continuously up to the maximum value of 106 N m3 / day which is reached after about 5000 days. The well discharges to this maximum while the oil flow decreases until the pressure limit at the bottom of the well is reached at about 6500th day. After that, the two oil and gas flows decrease, the simulation ending at the end of 10950 days (30 years). At this time, the average pressure of the tank is just above 50 bars. The production of water appears after 5000 days.
Une deuxième simulation compositionelle du réservoir est ensuite répétée avec la modélisation du fluide regroupé à 7 pseudocomposants. Les profils de production réalisés sont sensiblement les mêmes que ceux de la simulation avec le fluide détaillé. Cela suggère que la modélisation à 7 pseudo-composants est adéquate pour modéliser le comportement de phase du fluide dans les conditions du réservoir, tout au moins à des fins d'étude du gisement. A second compositional simulation of the reservoir is then repeated with the modeling of the fluid grouped with 7 pseudocomponents. The production profiles produced are essentially the same as those of the simulation with the detailed fluid. This suggests that pseudo-component modeling is adequate to model the fluid phase behavior under reservoir conditions, at least for reservoir study purposes.
Lorsqu'on applique le "delumping" aux résultats obtenus avec la deuxième simulation effectuée sur le fluide regroupé, on constate qu'il y a concordance entre les résultats obtenus après "delumping" suivant l'invention et ceux obtenus avec la première simulation qui est effectuée à l'aide des équations d'état adaptées à chacun des 16 composants et/ou pseudocomposants. La différence réside dans le fait que la première simulation du fluide détaillé nécessite un temps de calcul de 730 secondes alors que le temps de calcul global pour réaliser la deuxième simulation (232 s) et du delumping (27 s) n'est que de 259 secondes, c'est-à-dire que le temps de calcul est réduit de 65 % tout en ayant d'excellents résultats. When the "delumping" is applied to the results obtained with the second simulation carried out on the grouped fluid, it is found that there is a concordance between the results obtained after "delumping" according to the invention and those obtained with the first simulation which is performed using state equations adapted to each of the 16 components and / or pseudo-components. The difference lies in the fact that the first detailed fluid simulation requires a computation time of 730 seconds while the overall computation time to perform the second simulation (232 s) and the delumping (27 s) is only 259. seconds, that is to say that the calculation time is reduced by 65% while having excellent results.
Exemple 2
Dans cet exemple, le réservoir est au début totalement rempli d'huile. L'huile est produite par un puits débouchant à la partie inférieure du réservoir, avec un débit de 1000 m3/jour.Example 2
In this example, the tank is initially completely filled with oil. The oil is produced by a well opening at the bottom of the tank, with a flow rate of 1000 m3 / day.
Du gaz est injecté à travers un puits, dans la partie supérieure du réservoir, ledit gaz d'injection n'étant pas constitué par un mélange de composants regroupés, mais comprenant, en pourcentage molaire, 80 % C1, 15 % C2 et 5 % C3, cette composition étant utilisée pour la simulation avec le fluide détaillé ainsi que pour le "delumping". Pour la simulation de réservoir avec le fluide regroupé, la composition du gaz injecté est représenté en pourcentage molaire par 80 % N2 C1, 15 % CO2 C2 et 5 % C3C4 ; l'injection de gaz est réalisée à raison de 500 m3/jours pendant les 15 premières années et de 900 m3/jours les 15 années suivantes. Gas is injected through a well in the upper part of the tank, said injection gas not being constituted by a mixture of grouped components, but comprising, in molar percentage, 80% C1, 15% C2 and 5% C3, this composition being used for the simulation with the detailed fluid as well as for the "delumping". For the reservoir simulation with the grouped fluid, the composition of the injected gas is represented in molar percentage by 80% N 2 Cl 2, 15% C 2 O 2 and 5% C 3 C 4; gas injection is carried out at a rate of 500 m3 / day during the first 15 years and 900 m3 / day for the next 15 years.
Comme dans l'exemple 1, une première simulation avec un modèle de fluide détaillé à 16 composants est effectuée. Au début. le débit du gaz d'injection est insuffisant pour maintenir la pression du réservoir, de ce fait, la pression du point de bulle est vite atteinte et le rapport gaz-huile augmente. Après 15 ans, lorsque la pression du réservoir est de 120 bars, on augmente le débit du gaz d'injection de sorte qu'au bout de 30 ans, à la fin de la simulation, la pression du réservoir est d'environ 100 bars. As in Example 1, a first simulation with a detailed 16-component fluid model is performed. In the beginning. the flow rate of the injection gas is insufficient to maintain the pressure of the tank, therefore, the bubble point pressure is quickly reached and the gas-oil ratio increases. After 15 years, when the tank pressure is 120 bar, the injection gas flow is increased so that after 30 years, at the end of the simulation, the tank pressure is about 100 bar. .
Une deuxième simulation avec le modèle du fluide regroupé est effectuée. A second simulation with the grouped fluid model is performed.
On constate les mêmes effets que dans l'exemple 1, c'est-à-dire que le modèle à 7 pseudo-composants est encore adéquat pour modéliser le comportement de phase du fluide dans les conditions du réservoir. The same effects are observed as in Example 1, that is to say that the 7-component model is still adequate for modeling the phase behavior of the fluid under the conditions of the reservoir.
Lorsqu'on applique le "delumping" selon l'invention aux résultats de la deuxième simulation, on constate que, grâce à l'invention, le temps de calcul pour effectuer la deuxième simulation (173 s) et le "delumping" (18 s) est de 191 secondes, ce qui représente environ 15 % du temps de calcul nécessaire pour effectuer la première simulation avec le modèle du fluide détaillé, les résultats étant excellents, comme dans l'exemple 1. When the "delumping" according to the invention is applied to the results of the second simulation, it can be seen that, thanks to the invention, the calculation time for performing the second simulation (173 s) and the "delumping" (18 s ) is 191 seconds, which represents about 15% of the calculation time required to perform the first simulation with the detailed fluid model, the results being excellent, as in Example 1.
Lorsqu'on introduit des coefficients d'interactions binaires, on constate que la concordance est encore satisfaisante, même si elle n'est pas du même ordre que celle des exemples 1 et 2. Pour les composants les plus lourds, la concordance est presque totale. Seuls les pseudo-composants
CO2-C2 du fluide regroupé ont donné une concordance relativement faible.When binary interaction coefficients are introduced, it is found that the concordance is still satisfactory, even if it is not of the same order as that of Examples 1 and 2. For the heavier components, the concordance is almost complete. . Only pseudo-components
CO2-C2 of the pooled fluid gave a relatively low agreement.
Par contre, le gain sur le temps de calcul est encore très appréciable puisqu'il ne représente que 35 % du temps de calcul de la simulation effectuée sur le modèle de fluide détaillé avec des équations d'état. On the other hand, the gain on the computation time is still very appreciable since it represents only 35% of the computation time of the simulation carried out on the fluid model detailed with equations of state.
TABLEAU I
TABLE I
<tb> Composant <SEP> Composition <SEP> huile <SEP> initiale <SEP> (frac. <SEP> mol.) <SEP>
<tb> N2 <SEP> 0,00080
<tb> CO2 <SEP> 0,02929
<tb> C1 <SEP> 0,64641
<tb> C2 <SEP> 0,04165
<tb> C3 <SEP> 0,04649
<tb> 1C4 <SEP> 0,01569
<tb> NC4 <SEP> 0,02690
<tb> IC5 <SEP> 0,01024
<tb> NC5 <SEP> 0,00948
<tb> C8 <SEP> 0,01915
<tb> C7 <SEP> 0,02003
<tb> C8 <SEP> 0;01995 <SEP>
<tb> Cg <SEP> 0,01391
<tb> C10 <SEP> 0,01120
<tb> CNG1* <SEP> 0,06644
<tb> CNH?* <SEP> 0,02309
<tb>
TABLEAU 2
<tb> Component <SEP> Composition <SEP> oil <SEP> initial <SEP> (frac. <SEP> mol.) <SEP>
<tb> N2 <SEP> 0.00080
<tb> CO2 <SEP> 0.02929
<tb> C1 <SEP> 0.64641
<tb> C2 <SEP> 0.04165
<tb> C3 <SEP> 0.04649
<tb> 1C4 <SEP> 0.01569
<tb> NC4 <SEP> 0.02690
<tb> IC5 <SEP> 0.01024
<tb> NC5 <SEP> 0.00948
<tb> C8 <SEP> 0.01915
<tb> C7 <SEP> 0.02003
<tb> C8 <SEP>0; 01995 <SEP>
<tb> Cg <SEP> 0.01391
<tb> C10 <SEP> 0.01120
<tb> CNG1 * <SEP> 0.06644
<tb> CNH? * <SEP> 0.02309
<Tb>
TABLE 2
<tb> Composant <SEP> Composition <SEP> huile <SEP> initiale <SEP> (frac. <SEP> mol.)
<tb> N2C1 <SEP> 0,64721
<tb> C 2C2 <SEP> 0,07094
<tb> C3C4 <SEP> 0,08908
<tb> C5C7 <SEP> 0,05890
<tb> C8C10 <SEP> 0,04435
<tb> CNG1* <SEP> 0,06644
<tb> CNH?* <SEP> 0,02309
<tb> * CNG1 et CNH2 représentent la partie lourde du fluide (C1 1+) divisée en deux pseudo-composants, I'un (CNG1) trouvé principalement dans le gaz et l'autre (CNH2) dans l'huile. <tb> Component <SEP> Composition <SEP> oil <SEP> initial <SEP> (frac. <SEP> mol.)
<tb> N2C1 <SEP> 0.64721
<tb> C 2 C 2 <SEP> 0.07094
<tb> C3C4 <SEP> 0.08908
<tb> C5C7 <SEP> 0.05890
<tb> C8C10 <SEP> 0.04435
<tb> CNG1 * <SEP> 0.06644
<tb> CNH? * <SEP> 0.02309
<tb> * CNG1 and CNH2 represent the heavy part of the fluid (C1 1+) divided into two pseudo-components, one (CNG1) found mainly in the gas and the other (CNH2) in the oil.
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