Well Modeling: an Overview

Présentation générale de la modélisation géomécanique des puits de forage

The University of Oklahoma

Corresponding author: jc@rmg. pge. ou. edu

Abstract

The conditions prevailing at the wall, or in the neighborhood of a borehole, often influence the selected development scheme of a field, as well as the completion procedures used for each well. The stress concentrations generated by the drilling operation are not only a function of the geometry of the borehole, the magnitude and orientation of the in situ stresses and the reservoir rock behavior, but are also affected by the engineer's intrusion. This keynote address first succinctly reviews the classical potential failure mechanisms of a circular hole drilled in an elastic isotropic formation, pointing out the associated field problems. This introductory discussion includes stability considerations of far-reaching, as well as horizontal, completions. We then consider the extreme case of a borehole drilled in an environment leading to irremediable failure of the surrounding rock, due either to the low strength of the formation or to adverse in situ stress conditions. The extent of the broken zone is computed and the practical applications discussed in detail. The communication expands then further to include effects of anisotropy, pre-existing discontinuities, as well as coupling phenomena, such as poroelasticity and thermoporoelasticity. Finally, a number of potential aspects throughout the life of the reservoir are considered. The coupled simulations provide, indeed, insight into wellbore stability, sand production, casing design and timedependent collapse, hydraulic fracturing and naturally fractured reservoirs. Many of those aspects are covered throughout this keynote address.

Résumé

Présentation générale de la modélisation géomécanique des puits de forage - Les conditions régnant à la surface et aux alentours d'un puit de forage influencent souvent le type de développement à choisir ainsi que les procédures d'achèvement à suivre dans le cas particulier d'un champ pétrolier. Les concentrations de contraintes générées par le forage ne sont pas seulement fonction de la géométrie des puits, de la valeur et de l'orientation des contraintes in situ et du comportement de la roche, mais celles-ci sont également affectées par l'intrusion de l'ingénieur. L'idée maîtresse de cet article est de revoir tout d'abord brièvement les mécanismes classiques de ruptures d'un trou circulaire foré dans une formation isotrope linéaire, tout en essayant d'indiquer les problèmes qui pourraient se révéler sur le chantier. Cet exposé introductif comprend le comportement des forages inclinés et horizontaux. Le cas extrême d'un trou de forage percé, dans un environnement et dans des conditions de réservoir tels que la rupture ne peut être évitée, est ensuite discuté en détail. Cette communication technique considère également l'influence de l'anisotropie de la roche ainsi que les problèmes causés par l'existence de discontinuités dans le massif rocheux. De plus, les phénomènes et l'influence de couplages tels que la poroélasticité et la thermoporoélasticité sont également brièvement discutés. Finalement, les différentes périodes de la vie d'un réservoir sont considérées. Les simulations couplées permettent en effet d'obtenir une bonne compréhension de la stabilité des forages, de la venue de sables, du dimensionnement des tubages et de leurs ruptures temporelles, de la fracturation hydraulique et des problèmes associés aux réservoirs fracturés. Plusieurs de ces aspects sont ici abordés.