Simulation Study of Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) in Fractured Systems

Étude de simulation du drainage gravitaire assisté par injection de vapeur dans les systèmes fracturés

Department of Chemical & Petroleum Engineering, Sharif University of Technology, Tehran - Iran

Corresponding author: mobeen.fatemi@gmail.com

Abstract

The Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) process, a developed Enhanced Oil Recovery (EOR) process to recover oil and bitumen, has been studied theoretically and experimentally in conventional reservoirs and models and is found a promising EOR method for certain heavy oil reservoirs. In this work simulation studies of the SAGD process were made on different fractured models consisting of fractures in both Near Well Region (NWR) and Above Well Region (AWR) and even in the presence of networked fractures. At early stage of the SAGD process in fractured system, steam moves through the fractures first and then the matrix blocks are heated primarily by conduction and possibly some steam invasion. The steam-oil interface forms and develops from all sides of the matrix and oil chamber rather than a steam chamber forms and shrinks in the center of each block. SAGD process recovery enhanced in the presence of vertical fractures but horizontal fractures were harmful on the recovery. Fracture spacing was not a very important parameter in the performance of steam processes in fractured models. High fracture frequency improved SAGD performance since it reduced the time period necessary for heating the matrix block and enhanced heating process by conduction. Horizontal fractures between injector-producer wells had an insignificant effect on the process since SAGD production mechanism is based on steam chamber development in AWR rather than NWR. Horizontal fractures extension increase reduced ultimate oil recovery attainable by SAGD. In the networked fracture model the presence of vertical fractures improved the recovery achieved in the case of horizontal fractures alone.

Résumé

Le drainage gravitaire assisté par injection de vapeur (Steam Assisted Gravity Drainage, SAGD), procédé de récupération améliorée du pétrole (Enhanced Oil Recovery, EOR) mis au point pour la production assistée du pétrole et de bitume, est étudié de manière théorique et de manière expérimentale avec des modèles et dans des réservoirs conventionnels et se révèle être une méthode d'EOR prometteuse dans certains réservoirs d'huile lourde. Dans le présent travail, des études par simulation du SAGD ont été réalisées sur différents modèles fracturés, les fractures se trouvant à la fois dans la zone voisine du puits et dans la zone au-dessus du puits, et même en présence de réseaux de fractures. À un stade précoce du processus de SAGD dans un système fracturé, la vapeur se déplace d'abord à travers les fractures, puis les blocs de la matrice sont chauffés principalement par conduction et éventuellement par une certaine pénétration de la vapeur. L'interface huile-vapeur se forme et se développe à partir de tous les côtés de la matrice et de la chambre de vapeur et non par formation et rétrécissement d'une chambre de vapeur au centre de chaque bloc. La récupération par SAGD augmente en présence de fractures verticales mais elle est gênée par les fractures horizontales. L'espacement des fractures n'est pas un paramètre très important dans la mise en œuvre des procédés par vapeur dans les modèles fracturés. Une fréquence de fracture élevée améliore les résultats par SAGD en réduisant la durée nécessaire pour le chauffage du bloc de matrice et en améliorant le processus de chauffage par conduction. L'effet des fractures horizontales entre les puits d'injection et les puits de production est insignifiant dans la mesure où le mécanisme de réalisation de SAGD dépend de la formation d'une chambre de vapeur dans la zone au-dessus du puits plutôt que dans la zone voisine du puits. Une augmentation de l'extension des fractures horizontales réduit la récupération finale de pétrole qui peut être obtenue par SAGD. Dans le modèle de réseau de fractures, la présence de fractures verticales améliore la récupération par rapport à ce qui est obtenu dans le cas de fractures horizontales seules.