Irreversibility of Gas-Condensate Flow in Gas Cycling Projects: Kinetically Stable Saturation Patterns

Irréversibilité des écoulements de gaz à condensat dans les projets de recyclage de gaz : profils stationnaires de saturation

Terra Tek Research

Abstract

The dynamics of a two-phase multicomponent reservoir system which is approaching the steady-state flow regime are studied. First, the compositional model is analyzed in the linear approximation, for the case of a small initial deviation from the steady-state regime. An analytical expression is obtained for the characteristic relaxation time. Next, numerical simulations are performed for situations where there is a substantial deviation from the steady-state regime. The linear injection of an enriched gas into a gas-condensate reservoir, followed by the extraction regime, is simulated. It is shown that the change in phase compositions and pressure on the way to equilibrium proceeds with characteristic times of the order of the injection time. However, the change in the saturation and overall composition takes approximately 200 times longer than the injection time. Thus, the reservoir system manifests a spatially inhomogeneous saturation distribution for an abnormally long time. Similar kinetically stable patterns have been also discovered in the nonlinear dynamics of phase transitions, plasma, and thin films. The question of the existence of discontinuous steady states for this multicomponent flow is considered. In the case of a binary mixture, it is shown that such solutions do not exist.

Résumé

Cet article présente une étude de la dynamique d'un réservoir biphasique multiconstituant approchant le régime d'écoulement stationnaire. En premier lieu, nous procédons à une approximation linéaire du modèle compositionnel dans le cas des petites fluctuations autour du régime permanent. Une expression analytique est ainsi obtenue pour le temps caractéristique de transition. Des simulations numériques sont ensuite effectuées pour les déviations importantes par rapport au régime permanent. Nous avons ainsi pu étudier le déplacement linéaire d'un mélange gaz/condensat par un gaz enrichi suivi d'un régime de production. On montre alors que le changement de composition des phases et de pression lors de l'évolution vers l'état d'équilibre évolue selon un temps caractéristique comparable à la durée d'injection. Cependant, le changement de saturation et de composition globale est environ 200 fois plus long que la durée d'injection. En conséquence, l'ensemble du réservoir montre une distribution de saturation non homogène dans l'espace, pendant un temps anormalement long. Des comportements stationnaires du même type ont également été découverts dans d'autres systèmes dynamiques non linéaires : transitions de phase, plasmas, films minces. Nous avons examiné la question de l'existence de régimes permanents discontinus pour ce type d'écoulement multiconstituant. Il n'existe en fait aucune solution de ce type dans le cas d'un mélange binaire.