An Effective Criterion to Prevent Injection Test Numerical Simulation from Spurious Oscillations

Un critère efficace pour prévenir les oscillations parasites dans la simulation numérique du test d’injection

Politecnico di Torino, Department of Environment, Land and Infrastructure Engineering, 24, Corso Duca Degli Abruzzi, 10129 Torino – Italy
e-mail: francesca.verga@polito.it – dario.viberti@polito.it – eloisa.salinaborello@polito.it – cristina.serazio@polito.it

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Abstract

Injection/fall-off tests are one of the most promising alternatives to the conventional production/build-up sequence because they eliminate surface emissions and can significantly reduce testing costs. This kind of test is characterized by the presence of two mobile phases, the fluid originally in place (hydrocarbon) and the injected fluid (Diesel, brine or nitrogen). The conventional analytical approach used to describe the transient pressure behavior is no longer suitable due to the variations in fluid saturations during the test. Although applicable in theory, the analytical approach often implies excessive simplifications of the real system behavior, such as piston-like displacement. Thus only numerical simulations can thoroughly describe the phenomena occurring during the injection process. However, the pressure and pressure derivative response calculated numerically often shows non-physical oscillations during the radial flow phase, when the pressure derivative is expected to be horizontal. It was found that these spurious oscillations arise in convection-dominated problems and are associated with sharp saturation fronts. In this paper, an effective methodology, based on an adaptive time-step calculation, is presented so as to avoid pressure oscillations. The proposed time-step selection is both computationally efficient and suitable to capture the physics of the system.

Résumé

Les tests d’injection/fall-off sont une des alternatives les plus prometteuses à la conventionnelle séquence de production/build-up, car ils éliminent les émissions de surface et peuvent réduire considérablement les coûts des essais. Ce type de test est caractérisé par la présence de deux phases mobiles, le fluide initialement en place (hydrocarbure) et le fluide injecté (Diesel, eau ou azote). L’approche classique d’analyse utilisée pour décrire le comportement transitoire de pression n’est plus appropriée en raison des variations de la saturation en fluide pendant le test. Bien qu’applicable en théorie, l’approche analytique implique souvent des simplifications excessives du comportement du système réel comme la description du déplacement des fluides en forme de piston. Ainsi, seules les simulations numériques peuvent complètement décrire les phénomènes qui se produisent lors de l’injection. Cependant, la réponse calculée numériquement de la pression et de sa dérivée montre souvent des oscillations non physiques au cours de la phase d’écoulement radial, lorsque la dérivée de la pression devrait être horizontale. Il a été constaté que ces oscillations parasites se posent en problèmes dominés par la convection et sont associées à des fronts de saturation tranchants. Dans cet article, une méthodologie efficace pour le calcul d’une time-step adaptative est présentée, avec l’objectif d’éviter les oscillations de pression. La sélection de time-step que l’on propose est en même temps efficace et appropriée pour capturer la physique du système.