Analysis of Heavy Oil Recovery by Thermal EOR in a Meander Belt: From Geological to Reservoir Modeling Analyse de la récupération d’huile lourde par procédé thermique dans une barre de méandre : du modèle géologique à la modélisation de réservoir

Abstract

The objectives of this work is to assess the impact of reservoir heterogeneities on heavy oil recovery of a reservoir analogue of meander belt through the Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) process by using numerical models. These models are obtained with different scales of upscaling of the geological model. Meander belts consist of point bar deposits, characterized by a 3D complex internal architecture, with different scales of heterogeneities, which distribution is associated with the depositional processes. Based on a 3D outcrop description of a meander belt analogue to the Canadian heavy-oil fields, the approach includes three steps: 1) the construction of a reference static reservoir model based on a very fine description of the outcrops in terms of architecture and geological heterogeneities, 2) upscaling of the grid at different scales using different upscaling factors in order to evaluate their impact on the heterogeneity distribution in the reservoir, 3) reservoir SAGD simulations using horizontal well doublet (steam injector and producer) across the meander belt, so as to assess the impact of upscaling of heterogeneities on heavy oil production. The impact of heterogeneities on simulation results are evaluated for several upscaling stages. Results show that heterogeneity distribution has an impact on fluid flow at different stages of production. On the fine gridded model, small scale heterogeneities impact the steam chamber development and fluid flow in the wellbore vicinity at the beginning of the steam injection, whereas large scale heterogeneities strongly influence oil recovery during the whole recovery process and lower the efficiency of the reservoir drainage. On coarser grids, the effect of small-scale heterogeneities can be diminished, depending on the upscaling stage. The geomechanical effect is not taken into account in this work, the objective being to assess the impact of heterogeneities on oil recovery. The performance of SAGD is clearly linked to the steam chamber development, which depends on the degree of heterogeneities present in the reservoir. The simulation workflow and the sensitivity study on the upscaling method contribute to a better restoration of the heterogeneity distribution in the reservoir. The negative effect of these heterogeneities during the oil recovery must thus be quantified in order to monitor the thermal production at crucial periods of the production process. Ce travail vise à évaluer l’impact des hétérogénéités d’un réservoir pétrolier sur la récupération d’huiles lourdes par le processus de Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) en utilisant des modèles numériques appliqués à un modèle réservoir analogue d’un réservoir type barre de méandre. Ces modèles sont obtenus par un upscaling plus ou moins important du modèle géologique. Les barres de méandre sont constituées de dépôts de point bars, caractérisés par une architecture intérieure complexe en 3-D, avec différentes échelles d’hétérogénéités, dont la taille et la distribution dépend du processus de dépôt. Basé sur la description d’affleurement de barres de méandre analogues aux champs d’huiles lourdes canadiens, ce travail inclus : 1) la construction d’un modèle réservoir statique de référence basé sur une description très fine des affleurements du point de vue de l’architecture des dépôts et des hétérogénéités de réservoir, 2) l’upscaling de la grille à différents degrés afin d’évaluer l’impact de l’upscaling sur la distribution des hétérogénéités dans le réservoir, 3) les simulations SAGD en utilisant un doublet horizontal (puits injecteur de vapeur et puits producteur) à travers la barre de méandre, pour évaluer l’impact de l’upscaling et des hétérogénéités de réservoir sur la production d’huiles lourdes. L’impact des hétérogénéités de réservoir sur les résultats de simulation est évalué pour plusieurs degrés d’upscaling. Les résultats montrent que la distribution des hétérogénéités de réservoir a un impact sur l’écoulement de l’huile à différents stades de production. Sur le modèle fin de référence, les hétérogénéités de petite taille ont un impact sur le développement de la chambre de vapeur et sur l’écoulement dans le voisinage des puits au début du processus d’injection de vapeur, alors que les hétérogénéités de grande échelle influencent fortement la récupération d’huile tout au long de la production, réduisant l’efficacité du drainage dans le réservoir. Sur les grilles plus grossières, l’effet des hétérogénéités de petite taille peut être affaibli, selon le degré d’upscaling. L’effet géomécanique n’est pas pris en compte dans ce travail, le but étant d’évaluer l’impact des hétérogénéités de réservoir sur la récupération d’huile lourde. La performance du SAGD est clairement liée au développement de la chambre de vapeur, qui dépend du degré d’hétérogénéités dans le réservoir. Les étapes de simulations et l’étude de sensibilité sur le degré d’upscaling utilisé contribuent à mieux restituer la distribution des hétérogénéités de réservoir. L’impact négatif de ces hétérogénéités pendant la récupération d’huile lourde doit ainsi être quantifié pour contrôler la récupération aux périodes cruciales de production.