The Mechanism of Sand Production Caused by Pore Pressure Fluctuations
Le mécanisme de production de sable provoqué par des fluctuations de la pression de pore
King Saud University
Corresponding author: malawwad@ksu. edu. sa
Sandstone core samples cored from an outcrop layer of a Saudi sand producer reservoir were tested under simulated bottomhole stress-fluid flow conditions to investigate the process of increased sand production after well shut-in or work-over jobs (i. e. pore fluid pressure fluctuation). Bottomhole stress-state was simulated by using an experimental set-up consisting of a stiff compression machine equipped with a high-pressure Hoek cell, a servo-controlled confining pressure system and a pore pressure and flow generation system. This set-up enables the measurement of fluid flow and sand movement under simulated in situ stresses. In this work, 3% saline water and 1. 5 cP light oil were used as pore filling fluids as well as displacement fluids. Displaced fluid and sand were produced through the outlet port of the Hoek cell (diameter = 4. 25 mm). It has been found that an increased amount of sand was produced when the production process was restarted after a shut-in period of 24 h. Higher amounts of sand were produced when successive shut-in processes were performed. Furthermore, the amounts of produced sand decreased when the pore fluid pressure was brought to its initial value (i. e. immediately before the next shut-in). This decline is attributed to the increase of the effective confining pressure which tends to hold sand grains together as a replacement for the damaged cementing material. As indicated by the compressive tests, about 8% to 15% reduction in the strength of the tested sandstone was recorded after the conduction of three successive cycles of production using light oil and saline water. This reduction in rock strength was caused by the fluctuation in the pore fluid pressure during sand production process.
Résumé
Des échantillons sableux, issus d'une couche de surface d'un réservoir saoudien, ont été testés sous des conditions similaires à celles existant dans le réservoir afin d'étudier l'accroissement de la production de sable avec la fluctuation de pression. L'état de contrainte en fond de puits a été simulé en laboratoire à l'aide d'une presse équipée d'une cellule haute pression Hoek, avec contrôle de la pression de confinement, de la pression de pore et du système d'injection. On a pu ainsi mesurer l'écoulement du fluide dans les conditions in situ. Dans cette étude, une eau salée à 3 % et du pétrole léger de faible viscosité (1,5 cP) ont été utilisés comme fluides de remplissage et fluides de déplacement. Le fluide déplacé et le sable ont été collectés à la sortie de la cellule de Hoek (diamètre = 4,25 mm). On obtient que la production de sable augmente lorsque le processus de production est stoppé pendant 24 h puis redémarré ; elle augmente avec la répétition de l'ensemble de ce processus. Par ailleurs, la quantité de sable produite diminue lorsque la pression de fluide se rapproche de la pression initiale : ce déclin est attribué à la hausse de la pression effective de confinement, qui a tendance à contenir les grains sableux et à contrebalancer ainsi les dommages causés au ciment. Les essais de compression indiquent que la résistance du grès est réduite de 8 à 15 % par la succession de trois cycles de production utilisant eau salée et huile légère. Cette réduction de la résistance de la roche est due aux fluctuations de la pression de pore pendant le processus de production de sable.
© IFP, 2001