Multiscale Description and Upscaling of Fluid Flow in Subsurface Reservoirs

Description multiéchelle des écoulements dans les réservoirs souterrains

Institut français du pétrole

Corresponding author: benoit.noetinger@ifp.fr

Abstract

Natural geological formations are complex objects, involving geological, mechanical, physico-chemical processes occurring over very wide length scales and time scales. Phenomena ranging from the molecular scale to several hundred of kilometers may influence the overall behaviour of fluid transport in a geological formation. For example, wettability properties, themselves due to molecular effects, have a very strong impact on the water/oil displacements in oil reservoirs. Analogously, reservoir heterogeneities that cover a large range of spatial scales play an essential role to channel fluid-flows, especially when they are coupled with non linearities inherent to fluid dynamics. In order to face this complexity, and to be able to hierarchize the influence of the various relevant geological and physico-chemical phenomena, it is thus essential to handle a multiscale description of fluid transport in these reservoirs. This is an essential tool to help reservoir engineers to focus on the crucial phenomena that control the flow. This helps them to integrate data, and this results in a lowering of the uncertainties of the reservoir description that enhances economical decisions. In this paper, we present classical upscaling approaches, as well as more recent multiscale concepts.

Résumé

Les formations géologiques sont des objets naturels complexes, sièges d'innombrables processus géologiques, mécaniques, physico-chimiques se déroulant sur des échelles d'espace et de temps extrêmement larges. Ainsi, des propriétés de mouillabilité directement issues de phénomènes moléculaires influencent directement les déplacements eau-huile, et donc évidemment la récupération finale du pétrole. De même, les hétérogénéités du réservoir, couplées aux non-linéarités de la mécanique des fluides, jouent un rôle essentiel pour localiser les écoulements dans des chenaux préférentiels. De façon à gérer cette complexité, et à hiérarchiser au mieux l'influence des nombreux phénomènes et paramètres, il est essentiel de disposer d'une description multiéchelle du transport de fluides dans ces milieux. Ceci permet aux ingénieurs en géosciences de travailler un modèle de terre partagé, réceptacle du savoir géologique, géophysique, ainsi que des données de gisement permettant l'intégration des divers métiers. On peut ainsi se concentrer sur les principaux phénomènes contrôlant l'écoulement de l'huile, et donc, sa récupération. Ceci aide les ingénieurs à intégrer les données issues de mesures de natures diverses à des échelles différentes et à diminuer les incertitudes, permettant ainsi la prise de meilleures décisions économiques. Dans cet article, nous présentons la philosophie globale des techniques de changement d'échelle, en y incluant la description des concepts les plus récents d'approches multiéchelles.