Numerical modeling of geomechanical effects of steam injection in SAGD heavy oil recovery
Modélisation des effets géomécaniques de l'injection de vapeur dans les réservoirs de bruts lourds
Résumé
The Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) process is a thermal enhanced oil recovery (EOR) method that appears tremendously successful, especially for bitumen. SAGD process results in a complex interaction of geomechanics and multiphase flow in cohesionless porous media. In this process, continuous steam injection changes reservoir pore pressure and temperature, which can increase or decrease the effective stresses in the reservoir. Quantification of the state of deformation and stress in the reservoir is essential for the correct prediction of reservoir productivity, seal integrity, hydro fracturing, well failure and also for the interpretation of 4D seismic used to follow the development of the steam chamber. In SAGD process, the analysis of reservoir-geomechanics is concerned with the simultaneous study of fluid flow and mechanical response of the reservoir. Reservoir-geomechanics coupled simulation is still an important research topic. To perform this kind of simulation, a solution is to use a finite element based simulator to describe geomechanics and a finite volume based simulator to describe fluid flow. In this thesis, the SAGD coupled thermo-hydro-mechanical modelling is conducted using PumaFlow reservoir simulator and Abaqus as the geomechanical simulator. The main issues being investigated in this study were (1) the coupling strategy, (2) the geometry and (3) type of gridding system. This work was performed on synthetic cases.
Le SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage) est un procédé de récupération des huiles lourdes qui remporte énormément de succès, en particulier pour le bitume. Le SAGD génère des interactions complexes entre la géomécanique et les écoulements polyphasiques en milieux poreux. Dans ce procédé, l'injection de vapeur modifie la pression et de la température dans le réservoir, ce qui peut augmenter ou diminuer les contraintes effectives dans le réservoir. La quantification de l'état de contrainte et déformation dans le réservoir est essentielle pour effectuer un bon pronostic de la productivité du réservoir, pour vérifier l'intégrité de la couverture et les risques de fracturation hydraulique, et également pour interpréter correctement la sismique 4D en termes d'évolution de la chambre de vapeur. Dans le procédé SAGD, les effets géomécaniques de l'injection de vapeur dans le réservoir sont liés aux écoulements de fluide.. Le couplage réservoir-géomécanique est un sujet de recherche important. Pour effectuer ce type de simulation, une solution consiste à utiliser un simulateur en éléments finis pour décrire la géomécanique et un simulateur en volumes finis pour décrire les écoulements. Dans cette thèse, une simulation couplée thermo-hydro-mécanique du SAGD a été effectuée à l'aide du simulateur de réservoir PumaFlow et du simulateur de géomécanique Abaqus. Les principaux thèmes étudiés dans cette étude ont été (1) la stratégie de couplage, (2) la géométrie du système et (3) le type de maillage utilisé. Ce travail a été effectué sur des cas synthétiques.