EP1889999B1 - Method of optimising the assisted recovery of a fluid placed in a porous medium by front follow-up - Google Patents
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- EP1889999B1 EP1889999B1 EP07290895A EP07290895A EP1889999B1 EP 1889999 B1 EP1889999 B1 EP 1889999B1 EP 07290895 A EP07290895 A EP 07290895A EP 07290895 A EP07290895 A EP 07290895A EP 1889999 B1 EP1889999 B1 EP 1889999B1
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- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
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- E21B43/20—Displacing by water
Definitions
- the present invention relates to a method for optimizing the exploitation of a heterogeneous porous medium in the assisted fluid recovery framework in place, by determining the position of the front separating a sweeping fluid and the fluid in place.
- the method according to the invention makes it possible to determine the position of a front separating two immiscible fluids in motion, without systematic updating of the pressure field, so as to obtain a simulation of the multiphase flows in the porous medium sufficiently fast and precise to obtain quantitative information allowing an optimal exploitation of the medium.
- the method finds applications in particular for the exploitation of oil or gas deposits, or the exploitation of underground storage of gas for example.
- the discontinuity is characterized by a saturation in water passing from S wi to S f , the saturation at the front whose value is given by a Rankine-Hugoniot type condition.
- the construction of Welge's tangent makes it possible to determine S f graphically. Behind this front, a "rarefaction wave" ensures the transition between S f and the water saturation at the injection.
- the method according to the invention makes it possible to determine the position of a front separating two immiscible fluids in motion in a heterogeneous porous medium, without systematic updating of the pressure field so as to obtain a simulation of the multiphase flows in the sufficiently fast porous medium. to obtain quantitative information allowing an optimal exploitation of the reservoir, by the determination of technical operating parameters and / or economic parameters.
- the method according to the invention makes it possible to optimize the exploitation of a heterogeneous porous medium in the framework of enhanced oil recovery (EOR) for example.
- This technique consists in injecting, in a petroleum tank, a sweeping fluid (CO 2 , water) to cause a flow of a fluid in place (oil) contained in the reservoir and that one seeks to extract. These two fluids must of course be immiscible.
- the discretization of the medium is a classic step and well known to specialists. It makes it possible to represent the structure of the medium in a set of meshes, characterized by their dimensions and their geographical positions. The calculations are done for each mesh. This step is essential to use flow simulators (the simulator is a dedicated software). This set of mesh is called "grid”. This grid, discretizing the medium can be rectangular size L x ⁇ L y meshes.
- a heterogeneous velocity field is determined in the context of a monophasic flow.
- the basic idea is therefore to avoid recalculating at each iteration in time the flow in the whole computational domain, by restricting itself to the description of the movement of the front, described by the function ⁇ h ( y , t ). This is made possible by an approximation making it possible to relate the modification of the pressure field ⁇ p ( x, y, t ), and thus of the velocities, to the distortion of the front ⁇ h ( y , t ). We can eliminate the pressure of the problem and we are then brought to the resolution of a differential system involving ⁇ h ( y, t ).
- the problem is more complex.
- the heterogeneities of the permeability field initiate perturbations of the front, that is to say that the front is deformed according to the permeability of the strata.
- these disturbances can increase or decrease depending on the ratio of viscosities.
- This is the problem of viscous coupling.
- the problem is non-linear and a mathematical analysis proves very complicated.
- the invention it is proposed to take into account the heterogeneities, on the one hand by avoiding the viscous coupling with the aid of the perturbation theory, and on the other hand taking into account the transverse fluctuations of the speed, that is to say the fluctuations in a Y axis perpendicular to the X axis of advance of the front.
- the method according to the invention estimates the coupling between the disturbances of velocities ⁇ u and the fluctuation of the position of the front ⁇ h semi analytically. In this sense, the method uses the perturbation theory.
- the mathematical equation ( E ⁇ ) can be an algebraic equation, a differential equation, an equation with eigenvalues, ...
- the method consists in looking for the approximate solution of the equation ( E ⁇ ) in the form of a development in series of the powers of the parameter ⁇ , this approximate solution being supposed to be a better approximation of the exact solution, but unknown, that the absolute value of the parameter ⁇ is "smaller".
- the first term, ⁇ u describes the disturbance due to the saturation variation
- the second term ⁇ u b describes the perturbation due to the heterogeneity of the medium.
- the propagation of the front in a heterogeneous medium is simulated by modeling the influence of the viscous effects analytically.
- the heterogeneous velocity field was obtained using monophasic flow simulation (step 2 of the method).
- the next step in the method is to propose a technique for solving the full-frontal equation.
- a heterogeneous velocity field in the context of a monophasic flow was established in step 2 of the method according to the invention by numerical resolution (with the aid of a monophasic flow simulator) of the equation in pressure.
- equation (21) is discretized on the grid discretizing the medium. Then this discretized equation is used to obtain the perturbations of the front for each step of time. An explicit numerical scheme is then used, described below.
- the index i is introduced to number the meshes in the direction of the X axis, the index j to number the meshes along the Y axis, and n to number the time steps.
- ⁇ x the size of a mesh in the X direction
- ⁇ y the size of a mesh in the Y direction
- ⁇ t the time step.
- FIG. 1A shows the simulated interface front with the method
- Figure 1B shows the front of the simulated interface using a market-current simulator.
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Description
La présente invention concerne une méthode pour optimiser l'exploitation d'un milieu poreux hétérogène dans le cadre de récupération assistée d'un fluide en place, par détermination de la position du front séparant un fluide de balayage et le fluide en place.The present invention relates to a method for optimizing the exploitation of a heterogeneous porous medium in the assisted fluid recovery framework in place, by determining the position of the front separating a sweeping fluid and the fluid in place.
En particulier la méthode selon l'invention permet de déterminer la position d'un front séparant deux fluides immiscibles en mouvement, sans remise à jour systématique du champ de pression, de façon à obtenir une simulation des écoulements polyphasiques dans le milieu poreux suffisamment rapide et précise pour obtenir des informations quantitatives permettant une exploitation optimale du milieu.In particular, the method according to the invention makes it possible to determine the position of a front separating two immiscible fluids in motion, without systematic updating of the pressure field, so as to obtain a simulation of the multiphase flows in the porous medium sufficiently fast and precise to obtain quantitative information allowing an optimal exploitation of the medium.
La méthode trouve des applications notamment pour l'exploitation de gisements de pétrole ou de gaz, ou l'exploitation de stockages souterrains de gaz par exemple.The method finds applications in particular for the exploitation of oil or gas deposits, or the exploitation of underground storage of gas for example.
Toutes les notations utilisées pour décrire l'art antérieur et l'invention sont définies en fin de description.All the notations used to describe the prior art and the invention are defined at the end of the description.
Savoir décrire et simuler les écoulements polyphasiques dans les réservoirs souterrains est à la base du métier des ingénieurs de gisement dans les compagnies pétrolières ou gazières (et de façon analogue dans des compagnies d'adduction d'eau). La présence des hétérogénéités du sous-sol, et la complexité croissante des systèmes de drainage rendent impossible toute solution analytique simple, ce qui impose le développement de solutions numériques utilisant un modèle maillé. La simulation des écoulements polyphasiques en milieu poreux hétérogène peut alors requérir d'importantes ressources informatiques, en particulier lorsque le modèle numérique du milieu considéré est fortement détaillé. C'est le cas notamment en ingénierie de réservoirs, dans le domaine pétrolier. Ce coût provient principalement de la résolution des systèmes linéaires de grande taille issus de l'équation gouvernant la pression, qu'il convient de réactualiser en suivant le déplacement des fluides, si l'on désire disposer d'une solution possédant une bonne précision.Knowing how to describe and simulate multiphase flows in underground reservoirs is the basis of the job of reservoir engineers in oil and gas companies (and similarly in water supply companies). The presence of heterogeneities in the subsoil and the increasing complexity of drainage systems make any simple analytical solution impossible, which imposes the development of digital solutions using a mesh model. The simulation of multiphase flows in a heterogeneous porous medium can then require large computer resources, in particular when the numerical model of the medium in question is highly detailed. This is particularly the case in tank engineering, in the oil field. This cost comes mainly from the resolution of the large linear systems resulting from the equation governing the pressure, which must be updated by following the displacement of the fluids, if one wishes to have a solution having a good precision.
Dans le cadre d'un écoulement diphasique dans un milieu poreux hétérogène, on considère le déplacement d'un fluide en place (par exemple l'huile) sous l'effet de l'injection d'un autre fluide (par exemple de l'eau). La loi de Darcy généralisée gouvernant le mouvement des fluides s'écrit, moyennant des hypothèses et notations standard, de la façon suivante :
où les indices nw et w note respectivement les fluides non mouillant et mouillant. La différence des pressions entre les deux fluides est notée pc (S) = pnw - pw. On a la relation :
where the indices nw and w respectively note the non-wetting and wetting fluids. The difference in the pressures between the two fluids is noted p c ( S ) = p nw - p w . We have the relationship:
De ce fait, on peut écrire toutes les fonctions dépendant de la saturation S en terme de la saturation Sw .As a result, one can write all the functions dependent on the saturation S in terms of the saturation S w .
En négligeant la pression capillaire, on a
La vitesse totale prend alors la forme
avec
with
Ce système d'équations (6) et (7) définit l'équation en pression.This system of equations (6) and (7) defines the pressure equation.
Dans les équations (1) et (2), les fonctions kr sont les perméabilités relatives. On a kr = kr (Sw ). Les fonctions λ nw , λ w sont les mobilités respectives des fluides, et λ(Sw ) = λ nw (Sw ) + λ w (Sw ) est la mobilité totale, qui dépend donc explicitement de Sw .In equations (1) and (2), the functions k r are the relative permeabilities. We have k r = k r ( S w ). The functions λ nw , λ w are the respective mobilities of the fluids, and λ ( S w ) = λ nw ( S w ) + λ w ( S w ) is the total mobility, which therefore depends explicitly on S w .
Les lois de conservation de la masse relatives à chacun des fluides s'écrivent
Ce système d'équations (8) et (9) définit l'équation en saturation. Ici φ est la porosité (supposée uniforme dans le réservoir), t le temps, et u n,nw est la vitesse du fluide considéré.This system of equations (8) and (9) defines the saturation equation. Here φ is the porosity (assumed to be uniform in the tank), t is the time, and u n, nw is the velocity of the fluid considered.
Une des difficultés pour la résolution de ces équations vient du couplage entre les équations (6) à (9) qui couplent la saturation au champ de pression. Ces effets sont bien connus et pilotent le développement d'éventuelles instabilités visqueuses. En particulier, dans le cas 1D, en considérant le balayage d'un milieu initialement saturé en huile par de l'eau, ce système d'équations peut être résolu par la méthode des caractéristiques, dont les solutions sont caractérisées par l'existence d'oscillations, correspondant à des saut de saturation se propageant dans le milieu.One of the difficulties in solving these equations comes from the coupling between equations (6) to (9) which couple the saturation to the pressure field. These effects are well known and drive the development of possible viscous instabilities. In particular, in the case 1D, considering the scanning of a medium initially saturated with oil by water, this system of equations can be solved by the method of the characteristics, whose solutions are characterized by the existence of oscillations, corresponding to saturation leaps propagating in the medium.
La discontinuité est caractérisée par une saturation en eau passant de Swi à Sf, la saturation au front dont la valeur est donnée par une condition de type Rankine-Hugoniot. Dans le contexte pétrolier, la construction de la tangente de Welge permet de déterminer Sf graphiquement. En arrière de ce front, une "onde de raréfaction" assure la transition entre Sf et la saturation en eau à l'injection.The discontinuity is characterized by a saturation in water passing from S wi to S f , the saturation at the front whose value is given by a Rankine-Hugoniot type condition. In the oil context, the construction of Welge's tangent makes it possible to determine S f graphically. Behind this front, a "rarefaction wave" ensures the transition between S f and the water saturation at the injection.
On connaît plusieurs techniques pour déterminer la simulation des écoulements polyphasiques en milieu poreux hétérogène. Ces méthodes reposent toutes sur la résolution du système d'équations suivant :
Les techniques se différencient par la méthode utilisée pour résoudre ce système. Dans le cas général, en milieu hétérogène complexe, ce type de système d'équations doit être résolu numériquement dont une référence est :
Les compagnies pétrolières utilisent le plus souvent les techniques de discrétisation classiques, de type volumes finis (
Quelque soit la méthode retenue, des remises à jour régulières de l'équation en pression sont nécessaires, de façon à estimer les vitesses avec précision.Whatever the method chosen, regular updates of the equation in pressure are necessary, so as to estimate the speeds with precision.
Dans une autre classe de techniques, qui deviennent de plus en plus employées dans les compagnies opératrices, on trouve les techniques dites de lignes de courant, dont une référence est :
Dans ces méthodes les saturations sont mises à jour en suivant le déplacement des fluides dans leur mouvement le long des lignes de courant, courbes paramétrées définies par dx/dt = u(x,t). Un changement de variable permet de se ramener à la théorie de Buckley-Leverett précédemment évoquée. Toutefois, afin de bien calculer la vitesse u(x, t) la pression est résolue autant de fois que la précision l'exige, sur une grille cartésienne. Ces méthodes sont plus rapides que les méthodes classiques. Elles n'en possèdent pas non plus la versatilité et la robustesse pour traiter des problèmes compositionnels complexes, où la méthode traditionnelle reste la seule issue possible. Les mises à jour onéreuses du champ de pression ne sont pas évitées.In these methods the saturations are updated by following the movement of fluids in their movement along the streamlines, parametric curves defined by dx / dt = u (x, t). A change of variable can be reduced to the Buckley-Leverett theory previously mentioned. However, in order to correctly calculate the velocity u ( x , t) the pressure is solved as many times as precision requires, on a Cartesian grid. These methods are faster than conventional methods. Nor do they possess the versatility and robustness to deal with complex compositional problems, where the traditional method remains the only possible solution. Expensive updates of the pressure field are not avoided.
Enfin, il existe les techniques de suivi de front (
L'évolution du front dans le réservoir au cours de l'écoulement est considérablement influencée par le couplage (appelé couplage visqueux par les ingénieurs réservoirs) entre le champ de pression et le champ de saturation (
En particulier, lorsque le fluide injecté est moins visqueux et par conséquent plus mobile au niveau du front que le fluide en place, les instabilités visqueuses favoriseront toujours l'écoulement des fluides dans les couches les plus perméables du milieu. Le temps de percée au travers de celles-ci est beaucoup plus rapide que dans le reste du réservoir. Au contraire, si le fluide injecté est moins mobile, le couplage visqueux peut le ralentir dans les couches initialement plus rapides, compensant ainsi les différences de perméabilité dues à la stratification. Un front stationnaire apparaît alors (
Il est connu que la stabilité du front suite à de petites perturbations est déterminée par le rapport des viscosités des fluides. Si le fluide le moins visqueux est déplacé par le fluide le plus visqueux, alors le front est stable, et vice versa. Si la situation est instable, alors des phénomènes, appelés « doigts visqueux », se développent avec le temps.It is known that the stability of the front following small disturbances is determined by the ratio of the viscosities of the fluids. If the less viscous fluid is displaced by the more viscous fluid, then the front is stable, and vice versa. If the situation is unstable, then phenomena, called "viscous fingers", develop over time.
Les effets de la perméabilité relative sont pris en compte en considérant les déplacements de type Bucley-Leverett dans un milieu homogène. De tels déplacements sont décrits par une équation en saturation hyperbolique. Une solution à cette équation par la méthode des caractéristiques fournis des solutions qui ont des oscillations caractérisées par une condition de Rankine Hugoniot. Il a été montré que la stabilité du front où la saturation a un « choc » est déterminée par un rapport de mobilité frontal, noté Mf : si Mf < 1, alors le front est stable au regard des petites perturbations, et vice versa. Ce rapport de mobilité frontal peut être rapproché du rapport de viscosité en utilisant la fonction de perméabilité relative.The effects of relative permeability are taken into account when considering Bucley-Leverett displacements in a homogeneous medium. Such displacements are described by a hyperbolic saturation equation. A solution to this equation by the method of the provided characteristics of solutions that have oscillations characterized by a condition of Rankine Hugoniot. It has been shown that the stability of the front where the saturation has a "shock" is determined by a frontal mobility ratio, noted M f : if M f <1, then the front is stable with regard to small perturbations, and vice versa . This frontal mobility ratio can be approximated to the viscosity ratio using the relative permeability function.
Plus récemment, ce résultat a été confirmé dans le cadre d'analyses de stabilité linéarisées du procédé d'injection d'eau. Dans ce cadre, il a été montré que l'évolution de la transformée de Fourier des fluctuations de la position du front, fluctuations notées δh(q, t), dans un milieu homogène est donnée par :
où
- Mf :
- le rapport de mobilité frontal
- u 0 :
- la vitesse de filtration moyenne le long de la direction de l'axe X
- φ :
- la porosité
- fw :
- la fonction de Buckley-Leverett représentant le flux fractionnaire en eau.
- Sf :
- Saturation en eau au front
- Swr :
- Saturation maximale en eau
or
- M f :
- the frontal mobility report
- u 0 :
- the average filtration rate along the direction of the X axis
- φ:
- porosity
- f w :
- the Buckley-Leverett function representing the fractional flow of water.
- S f :
- Water saturation at the front
- S wr :
- Maximum water saturation
Pour résumer, toutes les techniques numériques précitées ont un coût en temps de calcul très important qui provient principalement du grand nombre de résolutions des systèmes linéaires de grande taille issus de l'équation gouvernant la pression, qu'il convient de réactualiser en suivant le déplacement des fluides avec une bonne précision.To summarize, all the aforementioned numerical techniques have a very high cost of computation time which comes mainly from the large number of resolutions of large linear systems from the equation governing the pressure, which must be updated by following the displacement fluids with good accuracy.
De ce fait, les solutions existantes ne permettent pas d'obtenir des réponses quantitatives à des questions pratiques que l'ingénieur pétrolier se pose dès lors que l'on procède à des études de simulation de réservoir, à savoir :
- 1 Échantillonner rapidement l'espace des paramètres d'étude sur lesquels porte la modélisation, de façon à optimiser un ou plusieurs critères économiques et techniques d'exploitation (décision d'exploitation, choix de la position des puits, d'un procédé de récupération etc.).
- 2 Savoir modifier de façon cohérente le modèle géologique afin de caler au mieux les données de production observées, y compris des données de sismique répétée. Ceci peut permettre de forer en s'adaptant aux hétérogénéités géologiques, de localiser les fluides, et donc de mieux contrôler le scénario de récupération.
- 3 Pouvoir estimer des incertitudes en effectuant des simulations de Monte Carlo, de façon à tester le rôle d'hétérogénéités, ou de paramètres mal connus caractérisant le sous-sol. Ceci permet de quantifier le niveau de risque lié à l'exploitation d'un réservoir et donc de redéfinir des paramètres d'exploitation voire les paramètres économiques.
- 1 Quickly sample the space of the study parameters being modeled, in order to optimize one or more economic and technical criteria exploitation (exploitation decision, choice of the position of the wells, a recovery process, etc.).
- 2 Knowing how to modify the geological model in a coherent way in order to better calibrate the observed production data, including repeated seismic data. This can make it possible to drill by adapting to the geological heterogeneities, to locate the fluids, and thus to better control the recovery scenario.
- 3 To be able to estimate uncertainties by carrying out Monte Carlo simulations, so as to test the role of heterogeneities, or poorly known parameters characterizing the subsoil. This makes it possible to quantify the level of risk associated with the operation of a reservoir and thus to redefine operating parameters or even the economic parameters.
Une étude exhaustive incorporant ces divers aspects (étude de sensibilité, calage aux données et estimation d'incertitudes) peut alors nécessiter potentiellement de nombreux appels à un simulateur d'écoulement (logiciel dédié), d'où l'intérêt de disposer d'outils de calcul rapides, de précision compatible avec la précision des données d'entrée.An exhaustive study incorporating these various aspects (sensitivity study, data calibration and estimation of uncertainties) can then potentially require numerous calls to a flow simulator (dedicated software), hence the interest of having tools fast calculation, accuracy compatible with the accuracy of the input data.
La méthode selon l'invention permet de déterminer la position d'un front séparant deux fluides immiscibles en mouvement en milieu poreux hétérogène, sans remise à jour systématique du champ de pression de façon à obtenir une simulation des écoulements polyphasiques dans le milieu poreux suffisamment rapide pour obtenir des informations quantitatives permettant une exploitation optimale du réservoir, par la détermination de paramètres techniques d'exploitation et/ou de paramètres économiques.The method according to the invention makes it possible to determine the position of a front separating two immiscible fluids in motion in a heterogeneous porous medium, without systematic updating of the pressure field so as to obtain a simulation of the multiphase flows in the sufficiently fast porous medium. to obtain quantitative information allowing an optimal exploitation of the reservoir, by the determination of technical operating parameters and / or economic parameters.
L'invention concerne une méthode pour optimiser l'exploitation d'un milieu poreux hétérogène contenant un fluide, dit fluide en place. L'exploitation est réalisée par injection dans le milieu d'un second fluide, dit fluide de balayage, pour provoquer un écoulement du fluide en place. Ces deux fluides sont immiscibles. Selon la méthode, on discrétise le milieu en une grille constituée d'un ensemble de mailles. La méthode comporte les étapes suivantes :
- on détermine une vitesse et une direction d'écoulement d'au moins un desdits fluides, en utilisant un simulateur d'écoulement pour résoudre une équation en pression ;
- on définit une relation décrivant une position d'un front séparant lesdits fluides, en s'affranchissant d'un couplage visqueux à l'aide de la théorie des perturbations, et en prenant en compte des fluctuations de vitesse dans la direction d'avancée du front et des fluctuations de vitesse dans la direction perpendiculaire à celle d'avancée du front ; et pour différents pas de temps,
- on reconstruit la position du front dans ladite grille à l'aide d'une discrétisation de ladite relation et d'une transformée de Fourier rapide ; et
- on optimise l'injection dudit fluide de balayage en fonction de la position dudit front.
- determining a velocity and a flow direction of at least one of said fluids, using a flow simulator to solve a pressure equation;
- defining a relationship describing a position of a front separating said fluids, dispensing with a viscous coupling using the perturbation theory, and taking into account speed fluctuations in the direction of advance of the forehead and velocity fluctuations in the direction perpendicular to that of advancing the front; and for different time steps,
- the position of the front in said grid is reconstructed by means of a discretization of said relation and a fast Fourier transform; and
- the injection of said scanning fluid is optimized as a function of the position of said front.
Selon la méthode, la relation définie peut comporter notamment les deux termes suivants :
- un premier terme représentant un couplage visqueux décrivant la perturbation due à la variation de saturation ;
- un second terme décrivant les perturbations de la position du front provoquées par les hétérogénéités du milieu.
Ce premier terme peut être obtenu en considérant le milieu homogène et les déplacements du front de type Bucley-Leverett. Le second terme peut quant à lui, être obtenu en utilisant le fait que le front est une surface matérielle, et en représentant la vitesse comme une somme d'une vitesse moyenne avec des fluctuations de vitesses dues aux hétérogénéités.
Le premier terme peut être fonction d'au moins les paramètres suivants : un rapport de mobilité frontal, une vitesse de filtration moyenne le long d'une direction d'avancée du front, une porosité du milieu, une fonction de Buckley-Leverett représentant un flux fractionnaire en eau, une saturation en eau au front, une saturation maximale en eau, le vecteur d'onde dans l'espace de Fourier.
Le second terme peut être fonction d'au moins les paramètres suivants : une vitesse du front non perturbé, une vitesse totale moyenne, des perturbations des composantes de la vitesse totale dans la direction d'avancée du front et perpendiculaire à cette direction.
Enfin pour optimiser l'injection, on peut déterminer en chaque maille et pour différents pas de temps la saturation d'au moins un desdits fluides à partir de la position dudit front.
D'autres caractéristiques et avantages de la méthode selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
- a first term representing a viscous coupling describing the disturbance due to saturation variation;
- a second term describing the disturbances of the position of the front caused by the heterogeneities of the medium.
This first term can be obtained by considering the homogeneous medium and displacements of the Bucley-Leverett type front. The second term can be obtained by using the fact that the front is a material surface, and representing the speed as a sum of an average speed with velocity fluctuations due to heterogeneities.
The first term may be a function of at least the following parameters: a frontal mobility ratio, an average filtration rate along a direction of advance of the front, a medium porosity, a Buckley-Leverett function representing a fractional flow of water, water saturation at the front, maximum saturation in water, the wave vector in the Fourier space.
The second term may be a function of at least the following parameters: an undisturbed front velocity, an average total velocity, disturbances of the components of the total velocity in the forward direction of the front and perpendicular to this direction.
Finally, to optimize the injection, it is possible to determine in each mesh and for different time steps the saturation of at least one of said fluids from the position of said front.
Other characteristics and advantages of the method according to the invention will appear on reading the following description of nonlimiting examples of embodiments, with reference to the appended figures and described below.
-
Les
figures 1A et 1B montrent une comparaison entre le résultat fourni par la méthode selon l'invention (fig. 1A ), et une simulation par lignes de courant (fig. 1B ).TheFigures 1A and 1B show a comparison between the result provided by the method according to the invention (Fig. 1A ), and a current line simulation (Fig. 1B ).
La méthode selon l'invention permet d'optimiser l'exploitation d'un milieu poreux hétérogène dans le cadre de récupération assistée de pétrole (EOR) par exemple. Cette technique consiste à injecter, dans un réservoir pétrolier, un fluide de balayage (CO2, eau) pour provoquer un écoulement d'un fluide en place (huile) contenu dans le réservoir et que l'on cherche à extraire. Ces deux fluides doivent bien évidemment être immiscibles.The method according to the invention makes it possible to optimize the exploitation of a heterogeneous porous medium in the framework of enhanced oil recovery (EOR) for example. This technique consists in injecting, in a petroleum tank, a sweeping fluid (CO 2 , water) to cause a flow of a fluid in place (oil) contained in the reservoir and that one seeks to extract. These two fluids must of course be immiscible.
Dans ce cadre de récupération assistée, on considère une situation où il existe une interface, appelée front, séparant ces deux fluides. A l'échelle du réservoir la largeur de ce front est petite comparée à la taille du réservoir pétrolier étudié, et par souci de simplicité on suppose que ce front est étroit relativement à la taille du réservoir. On focalise l'étude sur la dynamique de ce front dans un milieu poreux hétérogène, en négligeant les effets capillaires et la gravité.In this framework of assisted recovery, we consider a situation where there is an interface, called a front, separating these two fluids. At the scale of the tank the width of this front is small compared to the size of the oil tank studied, and for the sake of simplicity it is assumed that this front is narrow relative to the size of the tank. We focus the study on the dynamics of this front in a heterogeneous porous medium, neglecting capillary effects and gravity.
La méthode selon l'invention permet d'optimiser l'injection en déterminant, pour différents instants, appelés pas de temps, la position du front séparant les deux fluides en mouvement en milieu poreux hétérogène (le réservoir par exemple). La méthode s'appuie sur une technique originale de remise à jour systématique du champ de pression qui procure l'avantage d'être à la fois précise et rapide, dans la mesure où la méthode ne nécessite qu'un appel très limité à un simulateur effectuant des calculs à la fois longs et complexes. Pour ce faire, la mise à jour du champ de pression, due au changement de géométrie du front, est effectuée de façon semi analytique à l'aide de techniques de Transformées de Fourier Rapide (FFT). On économise ainsi l'essentiel du coût de calcul dû à ces mises à jour du champ de pression, d'où la rapidité de la méthode. La méthode comporte principalement les étapes suivantes :
- on discrétise le milieu en un ensemble de maille ;
- on détermine le champ de vitesse pour chacun des fluides ;
- on définit une relation décrivant la position du front en milieu hétérogène ;
- on estime la position du front à l'aide de la relation et des vitesses ;
- on optimise l'injection du fluide de balayage en fonction de la position du front.
- the medium is discretized into a set of stitches;
- the velocity field is determined for each of the fluids;
- a relation describing the position of the front in a heterogeneous medium is defined;
- the position of the forehead is estimated using relation and velocities;
- the injection of the sweeping fluid is optimized as a function of the position of the front.
La discrétisation du milieu est une étape classique et bien connue des spécialistes. Elle permet de représenter la structure du milieu en un ensemble de mailles, caractérisées par leurs dimensions et leurs positions géographiques. Les calculs sont effectués pour chaque maille. Cette étape est indispensable pour utiliser des simulateurs d'écoulement (le simulateur est un logiciel dédié). Cet ensemble de maille est appelé « grille ». Cette grille, discrétisant le milieu peut être rectangulaire de taille Lx × Ly mailles.The discretization of the medium is a classic step and well known to specialists. It makes it possible to represent the structure of the medium in a set of meshes, characterized by their dimensions and their geographical positions. The calculations are done for each mesh. This step is essential to use flow simulators (the simulator is a dedicated software). This set of mesh is called "grid". This grid, discretizing the medium can be rectangular size L x × L y meshes.
Au cours de cette étape, on détermine un champ de vitesse hétérogène dans le cadre d'un écoulement monophasique. Pour ce faire on résout numériquement l'équation en pression (équations (6) et (7)), qui est obtenue en combinant la loi de Darcy et l'équation d'incompressibilité à l'aide d'un simulateur d'écoulement monophasique. On peut déterminer ainsi le vecteur vitesse de chacun des fluides, c'est-à-dire, leur vitesse et leur direction d'écoulement, à un instant t = 0.During this step, a heterogeneous velocity field is determined in the context of a monophasic flow. To do this, we solve numerically the pressure equation (equations (6) and (7)), which is obtained by combining Darcy's law and the incompressibility equation using a monophasic flow simulator. . The velocity vector of each of the fluids, i.e., their velocity and direction of flow, can be determined at a time t = 0.
Pour un domaine 2D (le cas 3D se traite exactement de la même façon.) de taille Lx × Ly dont la carte de perméabilité est K(x, y) et pour lequel l'écoulement principal est parallèle à un axe X, y repérant la coordonnée transverse (sur l'axe Y), la résolution de l'équation en pression consiste à résoudre l'équation suivante :
On déduit donc de ces équations le champ de vitesse total u : u nw , le vecteur vitesse du fluide non-mouillant, et u w , le vecteur vitesse du fluide mouillant.From these equations, we deduce the total velocity field u : u nw , the velocity vector of the non-wetting fluid, and u w , the velocity vector of the wetting fluid.
Cette résolution, qui fait appel à un simulateur, est effectuée une seule fois selon la méthode. L'équation en pression est résolue au début, c'est-à-dire pour t = 0, elle ne l'est plus aux pas de temps ultérieurs (t>0).This resolution, which uses a simulator, is performed only once according to the method. The pressure equation is solved at the beginning, that is to say for t = 0, it is no longer solved at subsequent time steps ( t > 0).
On peut utiliser une discrétisation de type volumes finis cinq points standard pour résoudre cette équation à l'aide du simulateur : la pression est estimée au centre des mailles, les flux entre mailles faisant intervenir des transmissivités calculées comme moyenne harmonique des perméabilités des deux mailles. La loi de Darcy permet alors de déterminer les flux et les vitesses.We can use a standard five-point finite volume discretization to solve this equation using the simulator: the pressure is estimated at the center of the meshes, the fluxes between meshes involving transmissivities calculated as the harmonic mean of the permeabilities of the two meshes. Darcy's law then makes it possible to determine fluxes and speeds.
La carte de perméabilité K(x, y) peut être générée à l'aide d'un générateur de champs aléatoire, comme décrit dans le document suivant par exemple :
-
Le Ravalec, M., Noetinger, B., and Hu, L.Y. [2000] The FFT moving average (FFT-MA) generator: An efficient numerical method for generating and conditioning Gaussian simulations. Mathematical Geology 32(6), 701-723
-
The Ravalec, M., Noetinger, B., and Hu, LY [2000] The FFT moving average (FFT-MA) generator: An efficient numerical method for generating and conditioning Gaussian simulations. Mathematical Geology 32 (6), 701-723
L'idée de base consiste donc à éviter de recalculer à chaque itération en temps l'écoulement dans tout le domaine de calcul, en se restreignant à la description du mouvement du front, décrit par la fonction δh(y, t). Ceci est rendu possible par une approximation permettant de relier la modification du champ de pression δp(x, y, t), et donc des vitesses, à la distorsion du front δh(y, t). On peut ainsi éliminer la pression du problème et on est alors amenés à la résolution d'un système différentiel impliquant δh(y, t).The basic idea is therefore to avoid recalculating at each iteration in time the flow in the whole computational domain, by restricting itself to the description of the movement of the front, described by the function δ h ( y , t ). This is made possible by an approximation making it possible to relate the modification of the pressure field δ p ( x, y, t ), and thus of the velocities, to the distortion of the front δ h ( y , t ). We can eliminate the pressure of the problem and we are then brought to the resolution of a differential system involving δ h ( y, t ).
On a vu que dans un milieu homogène, l'évolution de la transformée de Fourier des fluctuations de la position du front, fluctuations notées δh(q, t), est donnée par :
où
Avec :
- Mf :
- le rapport de mobilité frontal
- u 0 :
- la vitesse de filtration moyenne le long de la direction de l'axe x
- φ :
- la porosité
- fw :
- la fonction de Buckley-Leverett représentant le flux fractionnaire en eau.
- Sf :
- Saturation en eau au front
- Swr :
- Saturation maximale en eau
- q :
- vecteur d'onde dans l'espace de Fourier
or
With:
- M f :
- the frontal mobility report
- u 0 :
- the average filtration rate along the direction of the x- axis
- φ:
- porosity
- f w :
- the Buckley-Leverett function representing the fractional flow of water.
- S f :
- Water saturation at the front
- S wr :
- Maximum water saturation
- q :
- wave vector in Fourier space
En milieu hétérogène, le problème est plus complexe. Les hétérogénéités du champ de perméabilité initient des perturbations du front, c'est-à-dire que le front se déforme en fonction de la perméabilité des strates. Ainsi, ces perturbations peuvent grossir ou diminuer en fonction du rapport des viscosités. C'est le problème du couplage visqueux. Le problème est non linéaire et une analyse mathématique s'avère très compliquée.In a heterogeneous medium, the problem is more complex. The heterogeneities of the permeability field initiate perturbations of the front, that is to say that the front is deformed according to the permeability of the strata. Thus, these disturbances can increase or decrease depending on the ratio of viscosities. This is the problem of viscous coupling. The problem is non-linear and a mathematical analysis proves very complicated.
Selon l'invention, on propose de tenir compte des hétérogénéités, d'une part en s'affranchissant du couplage visqueux à l'aide de la théorie des perturbations, et d'autre part en prenant en compte les fluctuations transversales de la vitesse, c'est-à-dire les fluctuations dans un axe Y perpendiculaire à l'axe X d'avancée du front.According to the invention, it is proposed to take into account the heterogeneities, on the one hand by avoiding the viscous coupling with the aid of the perturbation theory, and on the other hand taking into account the transverse fluctuations of the speed, that is to say the fluctuations in a Y axis perpendicular to the X axis of advance of the front.
La méthode selon l'invention estime le couplage entre les perturbations de vitesses δu et la fluctuation de la position du front δh de façon semi analytique. En ce sens, la méthode utilise la théorie des perturbations.The method according to the invention estimates the coupling between the disturbances of velocities δ u and the fluctuation of the position of the front δ h semi analytically. In this sense, the method uses the perturbation theory.
D'un point de vue heuristique, la théorie des perturbations est une méthode mathématique générale qui permet de trouver une solution approchée d'une équation mathématique (E λ) dépendante d'un paramètre λ lorsque la solution de l'équation (E 0), correspondant à la valeur λ = 0, est connue exactement. L'équation mathématique (E λ) peut être une équation algébrique, une équation différentielle, une équation aux valeurs propres, ... La méthode consiste à chercher la solution approchée de l'équation (E λ) sous la forme d'un développement en série des puissances du paramètre λ, cette solution approchée étant supposée être une approximation d'autant meilleure de la solution exacte, mais inconnue, que la valeur absolue du paramètre λ est plus « petite ».From a heuristic point of view, the perturbation theory is a general mathematical method that allows to find an approximate solution of a mathematical equation ( E λ ) dependent on a parameter λ when the solution of the equation ( E 0 ) , corresponding to the value λ = 0, is exactly known. The mathematical equation ( E λ ) can be an algebraic equation, a differential equation, an equation with eigenvalues, ... The method consists in looking for the approximate solution of the equation ( E λ ) in the form of a development in series of the powers of the parameter λ, this approximate solution being supposed to be a better approximation of the exact solution, but unknown, that the absolute value of the parameter λ is "smaller".
Ainsi, selon l'invention, la théorie des perturbations conduit à considérer localement la perturbation de vitesse comme une somme de deux perturbations :
Le premier terme, δu a décrit la perturbation due à la variation de saturation, et le second terme δu b décrit la perturbation due à l'hétérogénéité du milieu.The first term, δ u , describes the disturbance due to the saturation variation, and the second term δ u b describes the perturbation due to the heterogeneity of the medium.
Selon cette décomposition, on peut décrire la position du front au cours de son avancée dans un milieu poreux hétérogène par l'équation suivante :
- δubx :
- les fluctuations de la vitesse de filtration dans la direction d'avancée du front (axe X)
- xf :
- l'abscisse de la position du front sur l'axe X
- δ u bx :
- the fluctuations of the filtration speed in the forward direction of the front ( X axis)
- x f :
- the abscissa of the position of the front on the X axis
Ainsi, à l'aide de cette formulation de la position du front, il est possible de découpler le problème. De cette façon, pour des champs de perméabilité à petites variances, la stabilité du front subissant de petites perturbations est déterminée par le rapport de mobilité frontal.Thus, using this formulation of the position of the front, it is possible to decouple the problem. In this way, for patency fields with small variances, the stability of the front undergoing small disturbances is determined by the frontal mobility ratio.
Selon l'invention, on simule la propagation du front dans un milieu hétérogène, c'est-à-dire dans un champ de vitesse hétérogène, en modélisant l'influence des effets visqueux de façon analytique. Le champ de vitesse hétérogène a été obtenu en utilisant une simulation d'écoulement monophasique (étape 2 de la méthode).According to the invention, the propagation of the front in a heterogeneous medium, that is to say in a heterogeneous speed field, is simulated by modeling the influence of the viscous effects analytically. The heterogeneous velocity field was obtained using monophasic flow simulation (step 2 of the method).
Pour simplifier les explications, on se place en deux dimensions. Le front séparant les deux fluides immiscibles est alors décrit par une fonction 2D, x(y, t) = h(y, t). On peut écrire cette équation sous la forme :
En la résolvant par rapport à x, on a :
Puis, en utilisant le fait que la surface en question est matérielle, i.e. composée d'éléments de fluide qui suivent le mouvement local du fluide, et en utilisant l'expression pour la vitesse de propagation du front pour les déplacements de type Buckley-Leverett, on obtient :
En considérant maintenant l'hétérogénéité du champ de vitesse, on représente la vitesse comme une somme de deux termes. Le premier représente la moyenne, et le second les fluctuation dues aux hétérogénéités :
Les perturbations du champ de vitesse provoquent les perturbations du front h(y,t) = h 0(t)+δh(y,t). En substituant cette décomposition dans l'équation (19) et en extrayant le terme moyen en utilisant la relation ∂ th 0(t) = c 0, qui est valable pour les déplacement de type Buckley-Leverett, on obtient l'équation suivante, décrivant les perturbations de la position du front provoquées par les hétérogénéités du milieu :
Ainsi, par application de la théorie des perturbations, de la théorie des surfaces matérielles, et en utilisant l'expression de la vitesse de propagation du front pour les déplacement de type Buckley-Leverett, on peut décrire la position du front dans un milieu poreux hétérogène de la façon suivante (δh a été substituée par h dans cette expression par soucis de clarté) :
L'étape suivante de la méthode consiste à proposer une technique de résolution de l'équation du front complet.The next step in the method is to propose a technique for solving the full-frontal equation.
Un champ de vitesse hétérogène dans le cadre d'un écoulement monophasique, a été établit à l'étape 2 de la méthode selon l'invention par résolution numérique (à l'aide d'un simulateur d'écoulement monophasique) de l'équation en pression.A heterogeneous velocity field in the context of a monophasic flow was established in step 2 of the method according to the invention by numerical resolution (with the aid of a monophasic flow simulator) of the equation in pressure.
Ensuite, l'équation (21) est discrétisée sur la grille discrétisant le milieu. Puis cette équation discrétisée est utilisée pour obtenir les perturbations du front pour chaque pas de temps. On utilise alors un schéma numérique explicite, décrit ci-après.Then, equation (21) is discretized on the grid discretizing the medium. Then this discretized equation is used to obtain the perturbations of the front for each step of time. An explicit numerical scheme is then used, described below.
On introduit l'indexe i pour numéroter les mailles selon la direction de l'axe X, l'indexe j pour numéroter les mailles selon l'axe Y, et n pour numéroter les pas de temps. On note Δx la taille d'une maille selon la direction X, Δy la taille d'une maille selon la direction Y, et Δt le pas de temps.The index i is introduced to number the meshes in the direction of the X axis, the index j to number the meshes along the Y axis, and n to number the time steps. We denote Δ x the size of a mesh in the X direction, Δ y the size of a mesh in the Y direction, and Δ t the time step.
La méthode de résolution de l'équation (21) discrétisée se présente alors comme suit.
- 1- Tout d'abord on effectue une transformée de Fourier rapide pour les perturbations du front. En effet, l'approximation par un développement en série de perturbation possède une formulation explicite simple dans l'espace de Fourier. Ainsi, selon la méthode, on effectue le calcul dans le domaine où celui-ci est le plus simple, puisque le coût d'une Transformée de Fourier Rapide (FFT) est considéré comme négligeable. Un algorithme de Transformée de Fourier Rapide (FFT) en y permet d'estimer rapidement le premier membre de l'équation (21).
- 2- Puis on multiplie les modes de Fourier des fluctuations de la position du front par un module du vecteur d'onde dans l'espace de Fourier, et l'on utilise une transformée de Fourier inverse pour revenir dans l'espace réel. Pour obtenir une approximation de la dérivée de la vitesse selon y, on utilise la différence centrale, bien connue des spécialistes. On obtient donc le schéma explicite suivant :
- 1- Firstly, a fast Fourier transform is carried out for the disturbances of the front. Indeed, the approximation by a serial disturbance development has a simple explicit formulation in the Fourier space. Thus, according to the method, the calculation is carried out in the field where it is the simplest, since the cost of a Fast Fourier Transform (FFT) is considered negligible. A transform Fourier algorithm (FFT) y allows to quickly estimate the first member of equation (21).
- 2- Then we multiply the Fourier modes of the fluctuations of the position of the front by a modulus of the wave vector in the Fourier space, and we use an inverse Fourier transform to return to the real space. To get an approximation of the derivative of the velocity according to y , we use the central difference, well known to the specialists. We thus obtain the following explicit scheme:
Ayant calculé les fluctuations du front pour un pas de temps donné Nt , on reconstruit la position du front dans la grille de discrétisation du milieu à l'aide de la formule suivante :
On rappelle que l'approximation de la vitesse u a été réalisée une fois pour toute, puisque le couplage visqueux est modélisé via le terme de convolution (premier terme de l'équation (21)).It is recalled that the approximation of the velocity u was carried out once and for all, since the viscous coupling is modeled via the convolution term (first term of the equation (21)).
On peut donc déterminer de façon explicite la position du front pour chaque pas de temps, après avoir déterminer une seule fois, à l'instant t = 0, les vitesses des fluides par résolution de l'équation en pression à l'aide d'un simulateur d'écoulement.It is therefore possible to determine explicitly the position of the front for each time step, after having determined once, at time t = 0, the velocities of the fluids by solving the pressure equation with the help of a flow simulator.
On notera que la technique proposée n'a besoin que d'une seule résolution numérique complète de l'équation en pression, contrairement aux techniques du marché qui en demande autant qu'il y a de pas de temps. Une comparaison entre la méthode selon l'invention (
A partir de la position du front, il est connu de déterminer les saturations en chaque maille du milieu et pour chaque pas de temps. On peut par exemple utiliser la méthode des tubes de courant (bien connue des spécialistes) loin du front, et interpoler les saturations près du front dont la position est maintenant bien déterminée.From the position of the front, it is known to determine the saturations in each mesh of the medium and for each time step. One can for example use the current tube method (well known to specialists) far from the front, and interpolate saturations near the front whose position is now well determined.
En suivant l'évolution géographique et temporelle des saturations on peut déterminer à quel moment et où le fluide injecté pour faciliter la récupération va atteindre le puits. Lorsque l'on utilise de l'eau pour « pousser » l'huile en place d'un réservoir, la connaissance des saturations permet de déterminer le temps de percée de l'eau, qui une donnée clef de l'exploitation d'un champ pétrolier.By following the geographical and temporal evolution of the saturations one can determine when and where the fluid injected to facilitate the recovery will reach the well. When water is used to "push" the oil in place of a reservoir, the knowledge of the saturations makes it possible to determine the time of breakthrough of the water, which a key data of the exploitation of a oil field.
Du fait d'une détermination rapide des saturations, l'homme du métier est en mesure :
- 1 D'échantillonner rapidement l'espace des paramètres d'étude sur lesquels porte la modélisation, de façon à optimiser un ou plusieurs critères économiques d'exploitation (décision d'exploitation, choix de la position des puits, d'un procédé de récupération etc.).
- 2 De modifier de façon cohérente le modèle géologique afin de caler au mieux les données de production observées, y compris des données de sismiques répétées. Ceci peut permettre de forer en s'adaptant aux hétérogénéités géologiques, de localiser les fluides, et donc de mieux contrôler le scénario de récupération.
- 3 D'estimer des incertitudes en effectuant des simulations de Monte Carlo, de façon à tester le rôle d'hétérogénéités, ou de paramètres mal connus caractérisant le sous-sol. Ceci permet de quantifier le niveau de risque lié à l'exploitation d'un réservoir et donc de redéfinir des paramètres d'exploitation voire les paramètres économiques.
- 1 To rapidly sample the space of the study parameters to which the modeling relates, so as to optimize one or more economic criteria of exploitation (exploitation decision, choice of the position of the wells, a recovery process etc.).
- 2 To consistently modify the geological model to best fit the observed production data, including repeated seismic data. This can make it possible to drill by adapting to the geological heterogeneities, to locate the fluids, and thus to better control the recovery scenario.
- 3 To estimate uncertainties by carrying out Monte Carlo simulations, in order to test the role of heterogeneities, or poorly known parameters characterizing the subsoil. This makes it possible to quantify the level of risk associated with the operation of a reservoir and thus to redefine operating parameters or even the economic parameters.
Une étude exhaustive incorporant ces divers aspects (étude de sensibilité, calage aux données et estimation d'incertitudes) nécessite potentiellement de nombreux appels à un simulateur d'écoulement (logiciel dédié). De ce fait, les solutions existantes ne permettent pas d'obtenir des réponses quantitatives à des questions pratiques que l'ingénieur pétrolier se pose dès lors que l'on procède à des études de simulation de réservoir. D'où l'intérêt de la méthode selon l'invention qui propose un d'outil de calcul rapide, de précision compatible avec la précision des données d'entrée.
Les notations suivantes sont utilisées au cours de la description de l'invention :
- u nw :
- Vecteur vitesse du fluide non-mouillant
- u w :
- Vecteur vitesse du fluide mouillant
- u :
- Vitesse totale des fluides.
- λ nw :
- Mobilité du fluide non-mouillant
- λ w :
- Mobilité du fluide mouillant
- pnw :
- Pression du fluide non-mouillant
- pw :
- Pression du fluide mouillant
- K :
- Tenseur perméabilité absolue du milieu
- k rnw :
- Perméabilité relative du fluide non-mouillant
- k rw :
- Perméabilité relative du fluide mouillant
- µ nw :
- Viscosité du fluide non-mouillant
- µ w :
- Viscosité du fluide mouillant
- pc (S) :
- Pression capillaire
- Snw :
- Saturation du fluide non-mouillant
- Sw :
- Saturation du fluide mouillant
- p :
- Pression commune des deux fluides, si pc (S) = 0.
- φ :
- Porosité (supposée uniforme dans le réservoir)
- t :
- Temps
- S wi :
- Saturation irréductible en eau
- Sf :
- Saturation en eau au front
- Mf :
- Rapport de mobilité totale au front.
- q :
- vecteur d'onde dans l'espace de Fourier
- c0 :
- Vitesse du front non perturbé
- u 0 :
- Vitesse constante de référence
- Swr :
- Saturation maximale en eau
- fw' :
- Dérivée du flux fractionnaire en eau
- h 0 :
- Position de référence du front
- h(y, t) :
- Position du front
- δh(y, t) :
- Fluctuation de la position du front.
- n :
- Vecteur normal au front
- u 0 :
- Vitesse totale moyenne.
- δu nw :
- Perturbation du vecteur vitesse du fluide non-mouillant
- δu w :
- Perturbation du vecteur vitesse du fluide mouillant
- δu :
- Perturbation du vecteur vitesse totale des fluides.
- δux :
- Perturbation de la composante x de la vitesse totale.
- δuy :
- Perturbation de la composante y de la vitesse totale.
- F :
- Équation du front.
- Fl :
- Équation du front sous forme canonique
- Lx, Ly :
- Taille en x et en y du domaine.
- Vn :
- Vitesse normale au front
- f(S) :
- Flux fractionnaire en eau
- l1 :
- Aire d'injection
- Q :
- Débit total injecté.
- V :
- Volume du milieu poreux
- x :
- Coordonnée longitudinale.
- y :
- Coordonnée transverse.
- k :
- Vecteur d'onde discrétisé
- tD :
- Temps adimensionné par le temps de percée moyen.
The following notations are used during the description of the invention:
- u nw :
- Vector velocity of non-wetting fluid
- u w :
- Vector speed of the wetting fluid
- u :
- Total speed of the fluids.
- λ nw :
- Mobility of the non-wetting fluid
- λ w :
- Mobility of the wetting fluid
- p nw :
- Non-wetting fluid pressure
- p w :
- Wetting fluid pressure
- K :
- Tensor absolute permeability of the medium
- k rnw :
- Relative permeability of the non-wetting fluid
- k rw :
- Relative permeability of the wetting fluid
- μ nw :
- Viscosity of the non-wetting fluid
- μ w :
- Viscosity of the wetting fluid
- p c ( S ):
- Hair pressure
- S nw :
- Saturation of the non-wetting fluid
- S w :
- Saturation of the wetting fluid
- p:
- Common pressure of the two fluids, if p c ( S ) = 0.
- φ:
- Porosity (supposedly uniform in the tank)
- t :
- Time
- S wi :
- Irreducible saturation in water
- S f :
- Water saturation at the front
- M f :
- Total mobility ratio at the front.
- q:
- wave vector in Fourier space
- c 0 :
- Front speed undisturbed
- u 0 :
- Constant reference speed
- S wr :
- Maximum water saturation
- f w ' :
- Derived from the fractional flow of water
- h 0 :
- Reference position of the front
- h (y, t) :
- Front position
- δ h (y, t) :
- Fluctuation of the position of the forehead.
- n :
- Normal vector at the front
- u 0 :
- Average total speed.
- δ u nw :
- Disturbance of the velocity vector of the non-wetting fluid
- δ u w :
- Disturbance of the speed vector of the wetting fluid
- δ u :
- Disturbance of the vector total velocity of the fluids.
- δ u x :
- Disturbance of the x component of the total speed.
- δ u y :
- Disturbance of the y component of the total speed.
- F :
- Forehead equation.
- F l :
- Equation of the front in canonical form
- L x , L y :
- Size in x and y of the domain.
- V n :
- Normal speed at the front
- f (S) :
- Fractional flow of water
- l 1 :
- Injection area
- Q :
- Total flow injected.
- V :
- Volume of the porous medium
- x:
- Longitudinal coordinate.
- y:
- Transverse coordinate.
- k:
- Discretized wave vector
- t D :
- Time scaled by average breakthrough time.
Claims (6)
- A method of optimizing the recovery of a fluid in place in a heterogeneous porous medium, by injecting into said medium a sweeping fluid intended to cause the fluid in place to flow, said fluids being immiscible, wherein said medium is discretized into a grid consisting of a set of cells, the method being characterized in that it comprises the following stages:- determining a velocity and a direction of flow for at least one of said fluids, using a flow simulator to solve a pressure equation,- defining a relation describing a position of a front separating said fluids, by disregarding a viscous coupling using the perturbation theory, and by taking into account the velocity fluctuations in the front advance direction and the velocity fluctuations in the direction perpendicular to the front advance direction, and for different time intervals, and wherein said relation comprises a first term representing a viscous coupling describing the perturbation due to the saturation variation, and a second term describing the front position perturbations caused by the medium heterogeneities,- reconstructing the position of the front in said grid by means of a discretization of said relation and of a fast Fourier transform ; and- optimizing the injection of said sweeping fluid according to the position of said front.
- A method as claimed in claim 1, wherein said first term is obtained by considering said homogeneous medium and the Buckley-Leverett type displacements of said front.
- A method as claimed in claim 1, wherein said second term is obtained using the fact that the front is a material surface, and by representing the velocity as a sum of a mean velocity with velocity fluctuations due to the heterogeneities.
- A method as claimed in claim 2, wherein said first term depends on at least the following parameters: a frontal mobility ratio, a mean filtration rate along a front advance direction, a porosity of the medium, a Buckley-Leverett function representing a fractional water flow, a water saturation at the front, a maximum water saturation, the wave vector in the Fourier space.
- A method as claimed in claim 3, wherein said second term depends on at least the following parameters: a nonperturbed front velocity, a mean total velocity, perturbations of the components of the total velocity in the front advance direction and in the direction perpendicular thereto.
- A method as claimed in any one of the previous claims, wherein injection is optimized by determining at each cell and for different time intervals the saturation of at least one of said fluids from the position of said front.
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