Wave stimulation of reservoir formation
Stimulation dynamique des réservoirs d'hydrocarbures
Résumé
Fines migration in fractured formations has been found as a key cause of oil and gas production loss. These fines adhere to the porous matrix of the fractures and clog the hydraulic drains, reducing locally the permeability of the fractures as well as the well's global production. It has been discovered that dynamic stimulation of the formation, which causes pressure oscillations within the fractures, can increase permeability by breaking up fines clusters. For a better understanding of the process, this PhD dissertation investigates the unclogging process within hydraulically generated fractures during dynamic loading. The study begins with a methodical series of laboratory experiments in which an artificial clogged fracture filled with proppant is created. The results reveal a considerable increase in permeability following the application of synthetic dynamic loads. After flushing out all of the fines from the fracture, a high recovery rate is achieved. The influence of proppant density, proppant size, amplitude, frequency, and shape of the dynamic signal are also investigated. The second part of this work is a numerical study that was conducted by utilizing a DEM approach to model the granular bed clogged with fine particles inside the fracture. Following the same experimental procedure, the model demonstrates the capacity to fully reproduce the experimental study. The rise in fracture permeability is strongly related to the motion of proppant particles, which contributes to the release and destabilization of fine aggregate clusters.
La migration des fines dans les formations fracturées est une cause majeure de la perte de production d’hydrocarbures. Ces fines vont adhérer à la surface des fractures et au proppant, et ainsi colmater les drains hydrauliques, réduisant localement la perméabilité des fractures ainsi que la production globale du puits. Il a été découvert que la stimulation dynamique de la formation rocheuse (oscillations de pression) contenant les fissures peut augmenter la perméabilité en déstabilisant les amas de fines. Pour mieux comprendre ce phénomène, cette thèse étudie le processus de décolmatage dans des fractures proppées. La première partie de cette thèse est une étude expérimentale en laboratoire dans laquelle nous créons une fracture artificielle, colmatée et remplie de proppant. Les résultats montrent une augmentation remarquable de la perméabilité suite à l'application des chargements dynamiques. Un taux de récupération élevé a été atteint suite à l’évacuation d’une partie importante des fines. L'influence de la densité de distribution du proppant, de la taille du proppant, de l'amplitude, de la fréquence et de la forme du signal dynamique appliqué sont également étudiés. La deuxième partie de ce travail est une étude numérique qui a été menée en utilisant la méthode des éléments discrets (DEM) pour modéliser le milieu granulaire (proppant + fines) à l'intérieur de la fracture. En suivant la même procédure expérimentale, le modèle numérique démontre sa capacité à reproduire l'étude expérimentale. Le modèle numérique montre aussi que l'augmentation de la perméabilité de la fracture est fortement liée au mouvement du proppant, ce qui contribue à la libération et à la déstabilisation des agrégats de fines.
Origine : Version validée par le jury (STAR)