Iterative Coupled Analysis of Geomechanics and Fluid Flow for Rock Compaction in Reservoir Simulation
Couplage itératif de la géomécanique et des écoulements pour modifier la compaction des roches en simulation de gisements
Phillips Petroleum Company
Corresponding author: lychin@ppco. com
Conventional reservoir simulators calculate the effect of rock compaction on pore volume change through the concept of rock compressibility under a defined loading condition (hydrostatic or uniaxial strain). This approach usually is appropriate for reservoirs with competent rock. For weaker formations and complicated rock compaction behavior, however, a coupled analysis of geomechanics and multiphase fluid flow may be required for obtaining more rigorous and accurate solutions from reservoir simulation. In general, computational efficiency and convergence of numerical solutions are two critical factors in order to make coupled analysis economically and numerically feasible for practical field applications. In this paper, an iterative procedure for coupled analysis of geomechanics and multi-phase flow in reservoir simulation is proposed for large-scale, full-field, 3D problems. The proposed procedure isgeneral and effective for handling reservoir rock with complicated constitutive behavior of rockcompaction and permeability change as well as for simulating various reservoir production scenarios. Descriptions of model formulations, constitutive equations, solution procedures, and strategies for enhancement of computational efficiency are presented in the paper. To demonstrate the capability of the developed procedure for iterative coupled analysis, several problems including a large-scale field example were studied and are presented.
Résumé
Les méthodes conventionnelles de simulation des réservoirsexpriment l'effet de la compaction des roches sur la réduction du volume poreux grâce à la notion de compressibilité de la roche soumise à une condition de charge donnée (déformation hydrostatique ou uniaxiale). Cette approche est d'ordinaire satisfaisante dans le cas de gisements formés de roches compétentes. Cependant, pour des formations plus déformables ainsi que pour des mécanismes de compaction de roche plus complexes, un couplage des modèles géomécanique et d'écoulement des fluides est nécessaire afin d'obtenir une simulation numérique du réservoir plus rigoureuse et plus précise. En général, l'efficacité du calcul numérique et la convergence de la solution sont deux facteurs clés du succès de la méthode d'un point de vue économique et numérique pour que celle-ci puisse être appliquée à l'échelle d'un réservoir. Le présent article propose une procédure itérative pour le couplage du modèle géomécanique et des écoulements polyphasiques pour la simulation numérique des gisements, applicable à des champs 3D de grande taille. La méthode proposée est générale et efficace pour la modélisation des roches ayant des lois de compaction et de changement de perméabilité complexes, ainsi que pour la simulation de divers scénarios de production. Les descriptions des modèles, des lois de comportements, des méthodes de résolution ainsi que des stratégies de réduction des temps de calcul sont présentées. Afin de faire la démonstration des capacités de la méthode de couplage itératif proposée, plusieurs problèmes sont étudiés, parmi lesquels un exemple de réservoir à l'échelle du champ.
© IFP, 2002