Modeling Fluid Flow in Faulted Basins

Modélisation des transferts fluides dans les bassins faillés

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Abstract

This paper presents a basin simulator designed to better take faults into account, either as conduits or as barriers to fluid flow. It computes hydrocarbon generation, fluid flow and heat transfer on the 4D (space and time) geometry obtained by 3D volume restoration. Contrary to classical basin simulators, this calculator does not require a structured mesh based on vertical pillars nor a multi-block structure associated to the fault network. The mesh follows the sediments during the evolution of the basin. It deforms continuously with respect to time to account for sedimentation, erosion, compaction and kinematic displacements. The simulation domain is structured in layers, in order to handle properly the corresponding heterogeneities and to follow the sedimentation processes (thickening of the layers). In each layer, the mesh is unstructured: it may include several types of cells such as tetrahedra, hexahedra, pyramid, prism, etc. However, a mesh composed mainly of hexahedra is preferred as they are well suited to the layered structure of the basin. Faults are handled as internal boundaries across which the mesh is non-matching. Different models are proposed for fault behavior such as impervious fault, flow across fault or conductive fault. The calculator is based on a cell centered Finite Volume discretisation, which ensures conservation of physical quantities (mass of fluid, heat) at a discrete level and which accounts properly for heterogeneities. The numerical scheme handles the non matching meshes and guaranties appropriate connection of cells across faults. Results on a synthetic basin demonstrate the capabilities of this new simulator.

Résumé

Cet article présente un nouveau simulateur de bassin spécialement conçu pour mieux prendre en compte l’impact des failles sur l’écoulement. Il simule les écoulements, les transferts thermiques et la génération des hydrocarbures. Comparé aux simulateurs de bassins classiques, il utilise un concept innovant de maillage évolutif suffisamment flexible pour suivre les déformations d’un bassin en contexte tectonique complexe. Le maillage suit les sédiments et se déforme continument pour suivre la sédimentation, la compaction et les déformations cinématiques. Bien qu’il soit organisé suivant les couches stratigraphiques, le maillage est globalement non-structuré. Il peut contenir des mailles de type varié telles que des hexaèdres, des tétraèdres, des pyramides, des prismes ou des hexaèdres dégénérés. Les failles y sont représentées sous la forme de couple de surfaces de bord interne, qui peuvent glisser l’une par rapport à l’autre. Le maillage est donc non conforme à travers les failles. Différents modèles d’écoulement sont proposés pour simuler le comportement des failles, allant des failles parfaitement imperméables aux failles conductrices. Le calculateur est basé sur une discrétisation de type volumes finis centrés sur les mailles qui est bien adaptée aux équations de conservation. Le potentiel de ce nouveau simulateur est illustré sur un cas semi-synthétique.