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En cours de développement par la R&D Puits et le Centre de Recherche de Total au Qatar, ce modèle numérique calé sur des mesures expérimentales de grande précision, sera mis au service du Groupe fin 2020 pour ses opérations de stimulation acide matricielle des puits forés dans les horizons carbonatés.

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Vincent Peyrony

R&D

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Oussama Gharbi

R&D

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Priyank Maheshwari

R&D

Améliorer la productivité au moindre coût, sans compromis pour la sécurité

Issus du vivant fossilisé et de multiples paléo-environnements, les réservoirs carbonatés en reflètent toute la complexité. L’extrême variété de leurs dépôts sédimentaires et des conditions climatiques qui les ont vu naître et les transformations physico-chimiques qu’ils ont subies au fil du temps se traduisent par une géologie très hétérogène. À échelle moyenne, elle se matérialise notamment par la coexistence de deux milieux (matrices et fractures) aux propriétés très différentes et aux perméabilités très contrastées.

Dans ces réservoirs, formés majoritairement de calcaire et de dolomie, la stimulation par pompage d’acide en tête de puits est la méthode la plus utilisée pour améliorer la qualité de la liaison entre puits et réservoir. L’un de nos grands défis est d’optimiser l’efficacité de ces opérations décisives pour la productivité et l’injectivité des puits, en particulier :

  • le contrôle du wormholing, régime de dissolution spécifique qui permet d’augmenter la profondeur de pénétration de l’acide aux abords du puits avec un volume minimum d’acide injecté ;
  • l’homogénéité du placement de l’acide le long des drains souvent très longs.

Avec, pour enjeu, de réduire durablement leurs coûts (réduction des volumes d’acide en jeu, simplification des designs et standardisation des opérations) sans nuire à la sécurité des opérations et à l’intégrité des puits.

 

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Comprendre les mécanismes de la stimulation acide grâce à des essais expérimentaux

C’est dans cet objectif qu’en 2010, nous avons lancé un vaste projet intégré de R&D, dont les travaux de laboratoire ont été menés parallèlement au centre scientifique en France (CSTJF, Pau) et au Centre de Recherche de Total au Qatar (TRC-Q), tête de pont de la R&D du Groupe au Moyen-Orient. Ils visent à améliorer la compréhension et le contrôle des processus physico-chimiques de la stimulation acide grâce à l’acquisition de mesures expérimentales précises. Conduits sur différents types de roches carbonatées (calcaires et dolomie), avec différentes formulations d’acides (newtoniens et non newtoniens), il intègre :

  • la caractérisation pétrophysique détaillée des échantillons de carbonates (microtomographie et tomographie à rayons X, minéralogie par diffraction de rayon X, distribution de seuils de pores par mesures de pression capillaires au mercure, porosité et perméabilité) ainsi que la caractérisation chimique et rhéologique des fluides pompés ;
  • des expériences de balayage acide sur carottes préalablement caractérisées, à des pressions et températures représentatives des conditions de subsurface, menées sur des bancs expérimentaux, dont un banc dual core, unique au Qatar, qui permet l’étude des interactions fluides/roches dans une configuration hétérogène : utilisé pour tester en parallèle deux carottes de différentes minéralogies et/ou perméabilité et optimiser le placement de l’acide, ce banc sophistiqué permet de quantifier très précisément, et en temps réel, l’évolution du front de dissolution sur chaque carotte et en particulier l’effet de wormholing ;
  • l’analyse et la visualisation des résultats des expériences par tomographie à rayons X et impression 3D des carottes balayées à l’acide.

 

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Vers un modèle propriétaire de stimulation acide prédictif à l'échelle d'un puits

Les données acquises par la caractérisation des roches carbonatées et les expériences de balayage sur carottes servent le développement d’un modèle 3D propriétaire de stimulation acide, qui permet de résoudre les équations de transport réactif dans les milieux poreux carbonatés.

Ce code a été validé et a fait la preuve de sa robustesse à l’échelle de la carotte, avec des acides newtoniens et non newtoniens. Son changement d’échelle, de celle de la carotte à celle du puits, a été amorcé en 2019 avec le lancement d’expériences de balayage à l’acide en mode radial (configuration plus représentative de certains écoulements autour du puits) sur des blocs de carbonates de carrière de grande dimension.

Une fois finalisé, ce modèle offrira des avantages notables. Il nous permettra, en particulier :

  • de minimiser le nombre d’expériences de balayage acides sur carottes, opérations destructives et à fortes contraintes HSE ;
  • de simuler des scénarios impossibles à reproduire expérimentalement en raison de l’indisponibilité des équipements laboratoires ad hoc, de la taille trop limitée des carottes ou encore de configurations de stimulations impossibles à reproduire en laboratoire (très faibles débits d’acide, températures très élevées, etc.) ;
  • d’évaluer les performances de fluides de stimulation innovants, moins agressifs et plus respectueux de l’environnement,
  • l’objectif ultime est de doter Total d’un modèle numérique prédictif à l’échelle du puits afin d’optimiser le design de ces opérations, en termes de coûts comme de performances, et d’analyser les résultats des opérations sur les puits. Il sera mis à profit pour définir les designs opérationnels les plus efficaces - - et les plus simples, avec la perspective d’aller vers une possible standardisation des opérations, par régions ou thématiques géologiques (carbonates « classiques » ; carbonates pré salifères, etc.).

Recherche & Développement

Un moteur de la compétitivité de Total

Recherche & Développement

Le Centre de Recherche Total (TRC-Q) au Qatar

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Réservoirs carbonatés : le projet Albion