Tesis:
Characterization of the thermo-hydro-mechano-chemical behaviour of uncemented reservoir quartz sand at high temperature and pressure
- Autor: MARTIN RUIZ, Miriam
- Título: Characterization of the thermo-hydro-mechano-chemical behaviour of uncemented reservoir quartz sand at high temperature and pressure
- Fecha: 2019
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: MECANICA DE MEDIOS CONTINUOS Y TEORIA DE ESTRUCTURAS
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/56277/
- Director/a 1º: GOICOLEA RUIGOMEZ, José María
- Director/a 2º: ALVARELLOS IGLESIAS, José
- Resumen: Uno de los principales objetivos en la caracterización de yacimientos de petróleo es la determinación de la compresibilidad, habida cuenta de que ésta no sólo influye directamente en la producción del crudo, sino que una estimación inadecuada puede dar lugar a problemas medio ambientales tales como subsidencias. En el caso de producción mejorada de petróleo por métodos térmicos, tales como los denominados por los acrónimos SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage), CSS (Cyclic Steam Stimulation), SF (Steam Flooding) o WF (Water Flooding), que emplean la inyección bien de vapor o de agua en el yacimiento con objeto de mejorar la movilidad del crudo, el reto es mayor, dado que bajo ciertas condiciones, llevan aparejados procesos Termo-Hidro-Químico-Mecánicos que pueden generar cambios en la compresibilidad, porosidad y permeabilidad del yacimiento. En la presente tesis se ha estudiado el efecto de la temperatura (25-250C), la tensión (hasta 50MPa) y la composición del agua en la compresibilidad de muestras de arenas de cuarzo no cementadas procedentes de un yacimiento de crudo pesado en Venezuela. Se han realizado una serie de ensayos enfocados al estudio de los siguientes procesos acoplados: Ensayos Termo-Hidro-Químicos, ensayos Termo-Mecánicos y ensayos Termo-Hidro-Químico-Mecánicos. Los resultados revelan que en condiciones secas la temperatura no afecta a la compresibilidad y que los procesos responsables son, en caso de bajas temperaturas, una rotura crítica rápida de granos tipo “Hertz”, que pasa a rotura subcrítica por corrosión bajo tensión con el incremento de la temperatura debido a la presencia de inclusiones fluidas en los granos. En el caso de muestras saturadas (con salmuera), la temperatura desempeña un papel importante en la compresibilidad, porosidad y permeabilidad debido a la solubilidad de las arenas de cuarzo, cuya actividad es fuertemente dependiente de la temperatura, pH y composición del agua. Los procesos responsables a nivel de grano son, en caso de bajas temperatura, la rotura por corrosión bajo tensión, que dan paso a fenómenos de disolución por presión en el contacto de los granos con el aumento de la temperatura. Por último, se ha implementado un modelo numérico en el software MATLAB que da cuenta de la deformación vertical y evolución de la porosidad y permeabilidad debido a procesos de disolución por presión cuyos resultados ajustan con los datos experimentales. Es importante señalar que para el estudio de las muestras ha sido necesario el desarrollo de un método que permitiera mantener su fábrica. Dicha metodología ha sido patentada. ----------ABSTRACT---------- The assessment of compressibility is one of the key objectives regarding the characterisation of an oil reservoir, not only because it strongly affects oil production, but also because a lack of proper judgement may lead to environmental problems (subsidence) during production. In particular, the use of thermal Enhanced Oil Recovery (EOR) technologies, such as Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD), Cyclic Steam Stimulation (CSS), Steam Flooding (SF) or Water Flooding (WF) which use injection of either steam or water into the reservoir to improve the oil recovery, is much more challenging, as such technologies entail, under certain conditions, complex Thermo-Hydro-Mechano-Chemical processes that modify the compressibility, porosity and permeability of the reservoir. In this regard, we have studied the effect of temperature (25-250C), stress (up to 50MPa) and water composition on the compressibility of samples of uncemented quartz sand, as well as the associated processes that occur at grain scale. The sand samples were extracted from a heavy oil reservoir in Venezuela and subjected to a series of tests, focused on the analysis of the following coupled processes: Thermo-Hydro-Chemical tests, Thermo-Mechanical tests and Thermo-Hydro-Mechano-Chemical tests. The results show that at dry conditions the temperature has a negligible effect on the compressibility, which can be attributed to critical rapid Hertzian crack growth at low temperature that leads to subcritical crack growth by stress-corrosion when the temperature rises due to the presence of fluid inclusions within the grains. In the case of saturated conditions (with brine), temperature proved to have a strong effect on compressibility, porosity and permeability, as a result of the dissolution of quartz sands, being its activity heavily dependent on the water composition, pH and temperature. Thus, compressibility and changes in the porosity and permeability can be attributed to stress-corrosion at low temperatures that lead to the phenomenon of pressure-solution at the grain contact when the temperature rises. Finally, a numerical model has been implemented in MATLAB software. The model accounts for the vertical deformation and the evolution of the porosity and permeability caused by processes of pressure-solution. The results match fairly well with the experimental data. It is noteworthy that a novel procedure aimed at keeping the fabric of samples after the tests for a detailed observation has been developed and patented.