Éditeur(s) : HAL CCSD Springer Verlag (Germany) Springer Verlag
Résumé : Production rates in horizontal shale gas wells display declines that are controlled by the low permeability and the intrinsic heterogeneity of the shale matrix. We present an original multi-continuum approach that yields a physical model able to reproduce the complexity of the decreasing gas rates. The model describes the dynamics of gas rate as function of the physical reservoir parameters and geometry, while the shale matrix heterogeneity is accounted for by a stochastic description of transmissivity field. From the 3D (Dimensional) problem setting, including the heterogeneous shale matrix, the fractures generated by the hydrofracking operations, as well as the production well characteristics, we establish an effective upscaled 1D model for the gas pressures in fracture and matrix as well as the volumetric flux. We analyse the decline curves behaviour, and we identify the time scales that characterize the dynamics of the gas rate decline using explicit analytical Laplace space solutions of the upscaled process model. Asymptotically, the flux curves decrease exponentially, while in an intermediate regime we find a power-law behaviour, in which the flux scales with a power law in time as (t^{-beta }), where (beta ) reflects the medium heterogeneity. We use this solution to fit a set of real data displaying distinctly different decline trends and study the sensitivity of the model to the reservoir parameters in order to identify their respective controls at the different stages of the decline curve dynamics. Results indicate that the initial value of the gas rate is determined by the transmissivity of the fractures and the initial pressure of the gas in the shale matrix. The latter causes mainly a shift in the entire decline curve. The early time of decline curve shape is primarily controlled by the fracture properties (compressibility and transmissivity). During the main part of the economically valuable production times, i.e. before the production rate drops exponentially, the decline curve is strongly controlled by the properties of the shale rocks including their heterogeneity, which is modelled by two parameters describing the non-Fickian pressure diffusion effects in a stochastic framework.
ISSN: 0169-3913

hal-01217247
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01217247
DOI : 10.1007/s11242-015-0504-y

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Today, one of the main challenges in the oil industry is the exploitation of new resources in naturally fractured reservoirs often located in structurally complex areas such as plate boundaries, mountain ranges or near salt structures. While numerical models of rock deformation based on continuum mechanics are becoming industry standard in providing efficient means for modelling natural fractures in reservoirs, the knowledge of past perturbed stress fields, which is referred as the type (normal, wrench or reverse), orientation and magnitude of the regional or local tectonic stresses that needs to be applied as boundary condition in numerical simulations, is often unknown or approximated.The essence of this thesis is to improve the recovery of the paleostress field needed to constrain numerical simulations. I first described and discuss through a comprehensive mechanically-based multi-parametric study how far we can rely on the commonly used paleostress inversion methods based on fault slip data and the Wallace and Bott assumptions. I then compared this method with a new generation technique based on geomechanics using field observations. Since slip markers on faults are hardly observed in core or image log, I used observed natural fracture data as main drivers for the inversion of the paleostress using geomechanically-based method. I demonstrated, through various outcrop and subsurface examples, how this can efficiently be done. Finally, I aimed at addressing the problem of polyphase fracture data sets with unknown mechanical type (joints, faults, stylolites ...) and expanded the mechanical stress inversion to the separation of tectonic phases.
Aujourd'hui, l'un des principaux défis dans l'industrie pétrolière est l'exploitation de nouvelles ressources dans les réservoirs naturellement fracturés souvent situés dans des zones structurellement complexes tels que les frontières de plaques, les chaînes de montagnes ou les structures de proches des dômes de sel. Alors que les modèles numériques de déformation des roches basée sur la mécanique des milieux continus fournissant des moyens efficaces pour la modélisation de fractures naturelles dans les réservoirs, sont devenus la norme dans l'industrie, les paléo-contraintes régionales ou locales appliquées comme condition aux limites dans les simulations numériques, définies par le régime (normal, décrochant ou inverse), l'orientation, et la magnitude des contraintes tectoniques, sont souvent inconnues ou approximées.L'essence de cette thèse est d'améliorer la prédiction du champ de paléo-contrainte nécessaire pour contraindre les simulations numériques. J’ai décrit dans un premier temps à travers une étude comparative multi-paramétrique complète basée sur la mécanique, dans quelle mesure nous pouvions compter sur les méthodes d'inversion des paléo-contraintes basées sur les hypothèses de Wallace et Bott et les données de glissement sur les failles. J’ai ensuite comparé ces méthodes avec une technique d’inversion de nouvelle génération basée sur la géomécanique en utilisant les observations de terrain. Puisque les marqueurs de glissement sur les failles sont rarement observés le long du forage, j’ai utilisé l’inversion géomécanique des contraintes pour les données de fractures naturelles observées. J’ai alors démontré, l’efficacité de cette technique à travers divers exemples d'affleurements et de subsurface. Enfin, j’ai proposé une solution afin de résoudre le problème des données de fractures polyphasées à type cinématique inconnu (joints, failles, stylolites ...) et étendu l’inversion de contrainte basée sur la géomécanique à la séparation des phases tectoniques.
https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01324110

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https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01324110/file/theselejri.pdf