Gas-Oil Relative Permeability and Residual Oil Saturation as Related to Displacement Instability and Dimensionless Numbers Étude de la perméabilité relative gaz-huile et de la saturation en huile résiduelle dans le cas d’une instabilité de déplacement et des nombres sans dimension s’y rapportant

Abstract

Displacement experiments of the gas-oil system are performed on long core scale models by varying the petrophysical properties and flowing conditions. Experiments are conducted in situations where capillary, gravity and viscous forces are comparable. From oil production history and picture analysis, the threshold for the stability is determined. The experimental findings are comparable to the results of a gradient percolation theory. The effect of destabilized front velocity on relative permeability and residual saturation is investigated. The relative permeabilities determined by using analytical and numerical approaches indicate that higher displacement velocity leads to a higher gas relative permeability and lower oil relative permeability. The remaining oil saturation is found to be much higher for displacement velocity above the stabilized criterion. Displacement morphology including the average remaining oil saturation is then described using dimensionless groups expressed as Bond and capillary number. Experimentally determined remaining oil saturation shows a direct and inverse relation to the capillary and Bond number respectively. Hence, a combined dimensionless group has been proposed to generalize the estimation of remaining and residual oil saturations under the range of dimensionless numbers studied here. Des expériences de déplacement gaz-huile ont été réalisées sur des modèles mis à l’échelle de carottes de grande longueur en faisant varier les propriétés pétrophysiques et les conditions d’écoulement. Pour ces expériences, les forces en présence, capillaires, gravitaires et visqueuses, sont comparables. Le seuil de stabilité est déterminé à partir de l’historique de production et de l’analyse d’images. Les résultats des expériences sont comparables aux conclusions de la théorie de la percolation en gradient. On étudie ensuite l’effet de l’instabilité du front de déplacement sur la perméabilité relative et la saturation résiduelle. Les perméabilités relatives déterminées par des approches analytiques et numériques indiquent qu’une plus grande vitesse de déplacement engendre une plus grande perméabilité relative au gaz et une plus faible perméabilité relative à l’huile. Les résultats indiquent que la saturation en huile à la fin est très supérieure lorsque la vitesse de déplacement se situe au-dessus du critère de stabilité. Les caractéristiques du déplacement, notamment la saturation moyenne en huile en fin de déplacement, sont ensuite décrites à l’aide de groupements sans dimension expressément le nombre de Bond et le nombre capillaire. La saturation en huile en fin de déplacement déterminée expérimentalement s’exprime respectivement par une relation directe avec le nombre capillaire et inverse avec le nombre de Bond. En conséquence, un groupement sans dimension combiné a été proposé afin de généraliser l’estimation de la saturation en fin de déplacement et résiduelle en huile dans la limite des nombres sans dimension étudiés ici.