Academic literature on the topic 'Gisements pétrolifères – Simulation par ordinateur'

Au cours de l’exploitation d’un gisement pétrolier, il est important de prévoir la récupération des hydrocarbures et d’en optimiser la production. Aussi, pour en simuler la physique des écoulements, il est primordial de fournir aux schémas numériques un domaine d’étude correctement discrétisé. Dans cette thèse, nous nous intéressons à cette discrétisation spatiale et nous proposons d’étendre en 3D les maillages hybrides 2D proposés par l’IFP en 1998 qui permettent de prendre en compte, directement au niveau de la géométrie, le caractère radial des écoulements aux abords des puits. Dans ces maillages hybrides, les puits et leur aire de drainage sont modélisés au moyen de maillages structurés de type radial circulaire et les réservoirs par des maillages structurés de type cartésien non uniforme ou Corner Point Geometry. La liaison entre le maillage des puits et celui des réservoirs est établie au moyen des maillages de transition non structurés, basés sur l’utilisation de diagrammes de puissance 3D, admissibles au sens des volumes finis, de telle sorte que le maillage hybride global soit conforme. Deux méthodes ont été développées pour générer ces maillages de transition : une méthode basée sur l’utilisation d’une triangulation de Delaunay et une autre basée sur une approche frontale. Des critères géométriques ont par ailleurs été introduits pour mesurer la qualité de ces maillages hybrides et des procédures d’optimisation ont été proposées pour améliorer certains de ces critères sous contrôle d’admissibilité au sens des volumes finis<br>During the exploitation of an oil reservoir, it is important to predict the recovery of hydrocarbons and to optimize its production. A better comprehension of the physical phenomena requires to simulate 3D multiphase flows in increasingly complex geological structures. In this thesis, we are interested in this spatial discretization and we propose to extend in 3D the 2D hybrid model proposed by IFP in 1998 where the radial characteristics of the flows in the vicinity of wells are directly taken into account in the geometry. In these hybrid meshes, the wells and their drainage area are described by structured radial circular meshes and the reservoirs are represented by structured meshes that can be non uniform Cartesian or Corner Point Geometry grids. In order to generate a global conforming mesh, unstructured transition meshes based on power diagrams and satisfying finite volume properties are used to connect together the structured meshes. Two methods have been implemented to generate these transition meshes: a method using a Delaunay triangulation and another one using a frontal approach. In addition, some criteria are introduced to measure the quality or the transition meshes and optimization procedures are proposed to increase some of these criteria under finite volume properties constraints

La modélisation de bassin vise à reconstruire l'histoire géologique d'un bassin et son système pétrolier via des simulations d'écoulement des fluides, basées sur une série de maillages décrivant la géométrie du bassin à chaque instant géologique. Ces maillages sont de préférence hexaédriques au lieu d'être tétraédriques pour acquérir de meilleurs résultats numériques. Le bassin peut simplement comprendre des couches géologiques délimitées entre elles par des horizons. Il peut aussi être géométriquement complexe avec une ou plusieurs failles interrompant les couches, ce qui est peu étudié mais de plus en plus demandé. Cette thèse propose une méthode automatique qui génère des maillages hexa-dominants pour la modélisation de bassin à géométrie complexe. Premièrement, basé sur sa triangulation à l'instant le plus récent, un quadrillage 3D est généré avec une topologie identique pour chaque horizon, respectant les traces de faille. Ensuite, tous les instants sont itérés pour générer les maillages correspondants en deux étapes : premièrement, les déplacements des horizons et des failles sont appliqués sur le maillage généré pour l'instant précédent ; puis les deux quadrillages en haut et en bas de la nouvelle couche sont connectés suivant les nœuds correspondants, et certaines cellules sont découpées selon les failles. Des simulations d'écoulement sont exécutées sur les maillages générés avec des résultats satisfaisants<br>Basin modeling aims to reconstruct the geo-logical history of a basin and its oil system by means of fluid flow simulations, which is done by using a series of meshes describing basin geometry at each geological instant. These meshes are preferably hexahedral rather than tetrahedral in virtue for better numerical results. The basin can simply consist of geological layers delimited one from another by horizons. It can be geometrically complex with one or more faults interrupting the layers, which is barely studied but increasingly demanded. This dissertation exposes an automatic method which generates hex-dominant meshes for basin modeling with complex geometry. Firstly, based on their triangulations at the latest instant, 3D surface grids are generated with identical topology for all the horizons verifying fault traces. Afterwards, all instants are iterated to generate corresponding meshes by firstly applying horizon and fault displacement on the mesh generated for the precedent instant; the method then connects the bottom and top surface grids of the new layer along corresponding nodes, and splits certain cells along faults when necessary. Simulations have been carried out on generated meshes with satisfactory results

Afin de cibler une meilleure rentabilité des gisements d'hydrocarbures, la simulation numérique présente un intérêt grandissant dans le secteur pétrolier. Dans ce contexte, deux principaux types d'applications sont distingués : l'ingénierie du réservoir, où les modèles géologiques sont définis comme statiques et l'exploration des gisements par la simulation de la formation des hydrocarbures. Cette dernière application nécessite des modèles de bassins dynamiques. Pour ce type de simulation, la modélisation mathématique et numérique a connu une avancée importante durant les dernières années. En revanche, la construction de maillages indispensables pour les simulations reste une tâche lourde dans le cas de géométries complexes et dynamiques. La difficulté se traduit par la particularité du domaine à mailler, qui est dictée par la mécanique des milieux granulaires, c'est-à-dire des milieux quasi-incompressibles et hétérogènes. De plus, les données sismiques sont des surfaces non-implicites modélisant des blocs volumiques. Dans ce cadre, nous nous intéressons à la génération de maillages lagrangiens hexa-dominants des bassins à géométrie complexe. Le maillage souhaité doit contenir une couche de mailles principalement hexaédriques entre deux horizons et respecter les surfaces failles traversant ces horizons. Une méthodologie originale basée sur la construction d’un espace déplié est proposée. Le maillage souhaité est alors traduit par une grille 3D contrainte dans cet espace. Plusieurs techniques d’optimisation de maillages sont aussi proposées<br>To target more profitable oil and gas deposits, the numerical simulation is of growing interest in the oil sector. In this context, two main types of applications are distinguished: reservoir engineering where geological models are defined as static and exploration for the simulation of hydrocarbons formation. The latter application requires dynamic basins models. For this type of simulation, mathematical and numerical modeling has been an important advance in recent years. However, the construction of meshes needed for the simulations is a difficult task in the case of complex and dynamic geometries. The difficulty is reflected by the characteristic of the domain to mesh, which is defined from the mechanics of granular media which are almost incompressible and heterogeneous environments. In addition, the seismic data represent non-implicit surfaces modeling volume blocks. In this context, we focus on Lagrangian hex-dominant mesh generation of basins with complex geometry. The desired mesh must contain a layer of almost hexahedral meshes between two horizons and conform to fault surfaces through these horizons. A novel methodology based on the construction of an unfolded space is introduced. The desired mesh is then seen as a constrained 3D grid in this novel space. Several mesh optimization techniques are also proposed

Du fait de la raréfaction des gisements de pétrole conventionnel et de l'accroissement de la demande mondiale, les compagnies pétrolières sont amenées à considérer de nouvelles réserves inexploitées car trop coûteuses à l'exploitation il y a quelques années. Ce travail est consacré à la simulation numérique d'un procédé d'extraction de pétrole lourd, le VAPEX, caractérisé par l'injection de solvant facilitant le drainage par gravité de l'huile. L'enjeu principal de cette thèse est de simuler numériquement et avec précision, le mécanisme de pénétration du solvant dans l'huile, cette zone de pénétration étant relativement mince à l'échelle du réservoir. Notre travail a porté sur l'utilisation d’algorithmes de raffinement adaptatif de maillages pour la simulation de ce procédé. Ces considérations nous ont amené à considérer la problématique d'application d'algorithmes de raffinement de maillages en milieu poreux, et plus particulièrement en milieux poreux hétérogènes pour lesquels les indicateurs (ou estimateurs) existants permettant de déterminer les zones à raffiner ne sont pas clairement établis. Dans un premier temps, nous mettons en place l'ensemble des équations que nous sommes amené à résoudre numériquement au cours de l'élaboration des codes de simulation de procédés d'extraction par injection d'eau et de solvant. Nous décrivons ensuite le procédé VAPEX, et nous établissons l'étude semi-analytique de Butler &amp; Mokrys du procédé à laquelle nous ajoutons la prise en compte des termes capillaires. Nous décrivons ensuite deux méthodes mathématiques permettant d'établir des estimateurs a posteriori pour de tels problèmes. Au cours de ce travail, nous mettons en place deux codes de simulation de réservoirs, le premier est un simulateur basé sur une discrétisation des équations par une méthode de discrétisation par éléments finis mixtes hybrides et permettant de simuler des problèmes d'injection d'eau et le second est basé sur une méthode de discrétisation par volumes finis permettant de simuler des procédés d'injection de solvant tels que le VAPEX. Nous utilisons ensuite ces estimateurs par le biais d’un algorithme de raffinement de maillages pour ces deux codes de simulation. L'étude du modèle semi-analytique que nous avons faite du procédé VAPEX montre que sous certaines hypothèses le terme capillaire peut être assimilé à un terme diffusif pour prédire l'avancement du front. Les estimateurs mis en place basés sur les variations des flux permettent de déterminer les zones de front pour des réservoirs hétérogènes. Nous illustrons ce résultat sur une simulation d'un problème d'injection d'eau à l'aide du simulateur mis en place. Les estimateurs mis en place permettent également de capter les fronts des saturations des phases et de concentration des constituants. Nous illustrons ce résultat sur une simulation du procédé VAPEX.Ce travail a amené à la mise en place d’estimateurs permettant de raffiner des maillages autour des fronts de saturation et de concentration pour des milieux poreux hétérogènes au cours de la simulation d'écoulements en milieux poreux. Pour caractériser ces estimateurs, nous avons distingué un front de saturation (resp. concentration), qui correspond est une forte variation de saturation (resp. concentration) engendrant une forte variation du flux, d'un fort gradient de saturation (resp. concentration) qui apparait automatiquement lorsque la perméabilité du milieu poreux varie brutalement. Les extensions de ce travail pourraient permettre de mettre en œuvre plus de simulations faisant varier les termes capillaires et les termes dispersifs affin de mieux apprécier le comportement des estimateurs introduits. Il serait également intéressant d'étudier l'impact des hypothèses faites pour établir les estimateurs empiriques utilisés. Enfin, de tels estimateurs pourraient s'appliquer à des codes de simulation tenant compte de la dispersion en milieu poreux<br>With rarefaction of conventional petroleum fields and the world supply increase, petroleum companies have to consider new unexploited reserves because of their exploitation cost few years ago. These reserves are called unconventional reserves, mainly heavy oil or extra heavy oil. This work is devoted to the numerical simulation of an extraction process of heavy oil, the VAPEX. VAPEX is characterized by solvent injection in a horizontal well in order to facilitate gravity drainage of oil in a producer well situated in the same way under the injector well. The main stake to simulate this process is to simulate the mechanism of solvent penetration in oil with precision, this penetration zone being very thin drawn to the reservoir scale. We focus our work on application of algorithm of adaptive mesh refinement to simulate this process. This consideration lead us to consider the issue of application of mesh refinement in porous media, especially in heterogeneous porous media for which existing indicators (or estimators) do not allow to determine properly the zone to be refined. The objective of this work is to determine a posteriori estimators for implementation of simulation codes of heterogeneous petroleum reservoirs and their application to the VAPEX process. Firstly, we set the whole equations we have to solve numerically to build simulators of petroleum extraction processes by water injection and solvent injection. Then, we describe the VAPEX process and we establish the semi-analytical study of Butler &amp; Mokrys of this process for which we take in account influence of capillarity. Afterwards, we describe two mathematical methods to establish a posteriori estimators for such problems. One of these methods is based on empirical extrapolation of existing estimators for hyperbolic problems given by Ohlberger. In the course of this work, we set two simulation codes of petroleum reservoirs, the first is a simulator based on equations discretisation by mixed finite element method allowing simulation of water injection problems and the second is based on discretisation by finite volumes method allowing simulation of solvent injection processes like the VAPEX. Then, we apply these estimators to an algorithm of mesh refinement for these two simulation codes. The study of the semi-analytical model set of the VAPEX process show that under hypothesis, capillarity can be likened to a diffusive term to determine the front tracking. Estimators set are based on flux variation and allow determining sharp zone to be refined in heterogeneous porous media. We illustrate this result for a simulation of water injection with the simulator built. The estimators set can also track saturations fronts and concentrations fronts. We illustrate this result on a simulation of the VAPEX process. This work shows it is possible to set estimators allowing mesh refinement to track saturations and concentrations fronts during simulation of flow in heterogeneous porous media. To set such estimators, we make a distinction between saturation (resp. concentration) front and high saturation (resp. concentration) gradient. To our point of view, a front is a high variation of saturation or concentration that has a high impact on the flux variation. It is different from a high gradient that appear automatically where the permeability of the porous media has a high variation. This work could be complemented by making more simulations with variations of capillarity and dispersive terms in order to have a better appreciation of estimators introduced. It would be advisable to study the impact of suppositions done to establish these empirical estimators set. After all, such estimators could be applied to a simulation code taking in account dispersion in porous media