Effect of Fracture Pattern's Geometry on Fluid Flow Behavior in Terms of Areal Sweep Efficiency

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitMasterarbeitForschung

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Abstract

Petrophysikalische Eigenschaften von Klüften und Gesteinsmatrix und die Geometrie der Kluftnetzwerke sind entscheidend für die Gewinnungsmethode einer natürlich geklüfteten Lagerstätte. Wasserfluten ist eine häufig eingesetzte Sekundär-Gewinnungsmethode in wasserbenetzten natürlich geklüfteten Lagerstätten. Klüfte nehmen nur wenige Prozent des gesamten Porenvolumens einer Lagerstätten ein. Die um mehrere Größenordnungen höhere Permeabilität führt zu einem verfrühten Wasserdurchbruch und damit einer niedrigeren Ölgewinnung aus der Gesteinsmatrix. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Geometrie von Kluftnetzwerken auf das Strömungsverhalten mittels Discrete-Fracture-Matrix-(DFM)-Modelle und eines Finite-Volumen-(FV)-Finite-Elemente-(FE)-Simulators untersucht. Die Basis der Durchflussmodelle sind räumlich diskretisierte knotenzentrierte FV-FE-Modelle. Zwei unterschiedliche KM-skalierte natürlich geklüftete Mustervorlagen des Moab-Teils des Entrada-Sandsteins vom Ausbiss des Salt-Valley-Sattels im Arches-Nationalpark (Utah, USA) wurden als 2D-Analogie der Lagerstätten verwendet. Um die Auswirkung der Geometrie auf das Strömungsverhalten zu untersuchen, wurden basierend auf einer spannungsabhängigen Kluftöffungsverteilung für jede Mustervorlage zwei unterschiedliche Permeabilitätsverteilungen mittels eines geomechanischen Modells erstellt. Die in den Simulationen verwendeten petrophysikalischen Eigenschaften von Klüften und Gesteinsmatrix basieren auf Feldstudien im Arches-Nationalpark. Flüssigkeiten wurden als inkompressibel angenommen. Zwei relative Permeabilitätsmodelle wurden für die einzelnen Gesteinsmatrizen angewandt. Für Klüfte wurde die relative Permeabilität als linear angenommen. Die Wasserinjektionsrate und der Födersondendruck sind konstant bei beiden Simulationen. Die Simulationsergebnisse dieser idealisierten Modelle zeigen dass die Permeabilitätsverteilung des besser durchbrochenen Kluftnetzwerkmusters empfindlicher auf Änderungen der Kluftorientierungen relativ zum globalen Spannungszustand reagiert. Das auf dem Power-Law basierende relative Permeabilitätsmodell sagt einen früheren Wasserdurchbruch als das andere modifizierte Brooks-Corey-Modell voraus. Umgekehrt wird in dem Modell, in dem die Klüfte eine wesentlich höhere Leitfähigkeit als die Gesteinsmatrix besitzen, ein viel späterer Wasserdurchbruch als im modifizierten Brooks-Corey-Modell prognostiziert. Mit Ausnahme des Modells mit besser durchbrochenen und besser leitenden Klüften sind in den Simulationsmodellen keine markanten Unterschiede zwischen den Szenarien mit und ohne Kapillarwirkung der viskosen Strömung erkennbar. Es bestätigt dass statt des kapillaren Kluft-Matrix-Transfers die viskose Kraft das Strömungsverhalten dominiert. Es wurden Flächendurchlaufwirkungsgrade (engl. Areal Sweep Efficiencies) mittels unterschiedlicher eingepresster Wasservolumen in Modellen, die variierende Viskositätsverhältnisse zwischen Wasser und Öl aufweisen, untersucht. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass das eingepresste Wasservolumen einen geringen Einfluss auf den Flächendurchlaufwirkungsgrad der Verdrängung von Öl aufweist, welches eine viel höhere Viskosität als die Verdrängerflüssigkeit besitzt. Korrelationen zwischen Bewegungsverhältnissen und dem Flächendurchlaufwirkungsgrad wurden ebenso abgeleitet.

Details

Titel in ÜbersetzungEinfluss der Geometrie von Kluftnetzwerken auf das Strömungsverhalten in Bezug auf den Flächendurchlaufwirkungsgrad
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung30 Okt 2015
StatusVeröffentlicht - 2015