Brevet FR2641321A1 — publié le 19900706

La présente invention concerne un procédé de simulation de production par essai piLote dans un gisement d'hydrocarbures contenu dans un réservoir, ainsi qu'une disposition de forage de puits utilisée pour La mise en oeuvre d'un tel procédé. La production d'hydrocarbures contenus dans un réservoir à partir d'un gisement entraine des investissements colossaux, aussi bien par l'importance du matériel que l'on doit utiliser que par la qualité du travail qui est nécessaire à La mise en oeuvre de cette production. Aussi une fois la campagne de prospection géologique et géophysique achevée, on exécute sur le site susceptible de contenir des hydrocarbures des forages ou sondages d'exploration qui permettent d'établir la nature des roches traversées, ainsi que la qualité des hydrocarbures se trouvant dans le réservoir. A la fin du forage d'exploration, il est possible de savoir si le réservoir contient effectivement de l'huile, mais il faut encore examiner si le gisement découvert est commercialement rentable. IL est nécessaire d'effectuer des forages supplémentaires de confirmation, afin de délimiter la taille du gisement et d'estimer le volume de pétrole imbibant la roche-réservoir. Des méthodes de récupération assistée peuvent être alors mises en oeuvre. On injecte dans le réservoir par l'intermédiaire de puits d'injection un fluide visant à déplacer l'huile vers des puits de production o les effluents sont remontés en surface. Le fluide injecté peut être de la vapeur d'eau, du gaz, des produits chimiques ou tout autre fluide. Afin d'évaluer sur champ l'efficacité d'un procédé donné de récupération assistée pour améliorer la production des hydrocarbures 26 4 1321 -2- contenus dans le réservoir, on effectue des essais-pilotes qui consistent en une simulation de production sur une échelle réduite du gisement à l'aide de plusieurs puits. Les puits sont forés à des distances proches les uns des autres (par comparaison aux distances utilisées lors d'une véritable mise en production). Apres sa réalisation, l'efficacité et la réussite d'un essai-pilote reposent sur son interprétation en vue d'étendre le procédé de récupération assistée à l'ensemble du réservoir d'hydrocarbures. Les essais-pilotes sont effectués actuellement en considérant des dispositifs de puits verticaux, les plus courants étant les dispositifs à 4, 5 ou 7 puits (four, five ou seven spot pattern). Certains de ces puits verticaux sont utilisés en tant que puits injecteurs, les autres en tant que puits producteurs. Par un choix approprié des puits injecteurs dans le réseau des puits forés, on peut espérer pouvoir délimiter le périmètre de la zone d'o provient l'huile produite et ainsi évaluer l'efficacité du procédé de récupération assistée mis en oeuvre, en comparant la production à l'huile en place initialement dans la zone d'extraction considérée. Cependant, l'utilisation de puits verticaux pour réaliser le confinement de la zone de l'essai-pilote nécessite un débit d'injection nettement supérieur au débit de production obtenu, donc l'injection de f.luides en plus grande quantité que les fluides produits. Un autre inconvénient des puits verticaux, qui est souvent préjudiciable à l'interprétation de l'essaipilote après sa réalisation, est que les puits verticaux traversent le réservoir sur une faible hauteur, de telle sorte que les mesures et les échantillons recueillis dans les puits ne permettent qu'une connaissance partielle, en quelques points du réservoir seulement. Enfin, lorsque la récupération assistée s'effectue par des procédés chimiques, le débit important entraine des coûts prohibitifs -3 - notamment si Les réservoirs sont minces et assez profonds. La présente invention vise donc à pallier Les inconvénients précités des actuels dispositifs d'essais-pilotes par L'obtention d'injection de fluide à des débits moindres, diminuant ainsi considérablement le coût de la mise en oeuvre. L'idée-mère de la présente invention est d'utiliser les avantages des puits horizontaux, c'est-à-dire des puits ayant à partir de la surface une portion initiale pratiquement verticale suivie d'une portion courbe et d'une portion constituée par un drain sensiblement horizontal s'étendant dans le réservoir. La disposition des drains est réalisée dans le réservoir, de manière à constituer une forme polygonale délimitant alors exactement la zone de l'essai d'o l'huile va être extraite, certains drains étant utilisée pour l'injection alors que d'autres le seront pour la production, la somme des débits des drains injecteurs étant sensiblement égale à la somme des débits des drains producteurs. La présente invention a donc pour objet un procédé de simulation de production par essai pilote dans un gisement d'hydrocarbures contenus dans un réservoir à l'aide de puits d'injection par lesquels on injecte dans ledit réservoir un fluide visant à déplacer lesdits hydrocarbures vers des puits de production o les effluents sont remontés en surface, caractérisé en ce que lesdits puits d'injection et de production étant des puits forés pratiquement verticalement à partir de la surface, prolongés par des drains sensiblement horizontaux à l'intérieur dudit réservoir, lesdits drains horizontaux réalisant, au moins en partie, une forme géométrique polygonale, dans un plan du réservoir; - on provoque un premier état, soit par une injection, soit par une production, pour les drains placés à la périphérie de ladite forme géométrique, - on provoque un second état, opposé audit premier état, soit par une injection, soit par une production, pour les drains placés à l'intérieur de ladite forme géométrique, - on règle les débits volumétriques de liquide injectés et produits de 26 4 1321 - 4 - manière que la somme des débits des drains d'injection soit sensiblement égale à la somme des débits des drains de production. Dans un mode de réalisation préférentielle la forme géométrique est constituée par un rectangle dont les longueurs sont limitées par deux drains horizontaux parallèles, un troisième drain étant disposé parallèlement et sensible à égales distances des deux premiers. On excite alors les deux drains situés sur le périmètre en injection ou en production à un débit q/2 et on excite le drain médian en injection ou en production à un débit q. Selon une première caractéristique particulière le fluide d'injection est constitué par de la vapeur d'eau. Selon une seconde caractéristique particulière, le fluide d'injection est constitué par un produit chimique tel que notamment un polymère. La présente invention englobe également une disposition de forage de puits pour essai-pilote utilisée pour la mise en oeuvre du procédé de simulation de production tel que précédemment décrit, caractérisée en ce que les drains horizontaux sont forés sensiblement à mi-hauteur entre le toit et la base du réservoir. Avantageusement, trois drains horizontaux étant disposés en parallèle dans le réservoir, X désignant la longueur horizontale d'un drain, Y désignant la distance séparant deux drains adjacents, H désignant l'épaisseur du réservoir au plus égale à 10 m, les distances X et Y sont choisies de manière à ce que les équations Y >.5H et X >4Y soient vérifiées. Enfin dans un mode de réalisation préféré on applique la disposition de forage selon l'invention à un réservoir gréseux de faible épaisseur, ne comportant pas de couche intercalaire imperméable continue entre les drains, et avec un gradient initial de pression faible. On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple - 5 - et qu'elle n'est nuLLement limitative. Sa description est iLLustree par Les dessins annexes dans Lesquels: - la figure 1 représente La disposition des puits à drains horizontaux dans un gisement, - La figure 2 représente un premier mode de réalisation d'un essai-pilote dans un pLan-coupe du réservoir, - la figure 3 représente un second mode de réalisation d'un essai-pilote. La figure 1 montre un dispositif de forage de puits pour essai-pilote comportant trois puits 3, 4, 5 dont la portion initiale 3a, 4a, 5a est pratiquement verticale à partir de la surface, prolongés par des drains 3b, 4b, 5b sensiblement horizontaux s'étendant dans le réservoir. Dans ce mode de réalisation les drains 3b, 5b délimitent le périmètre d'un rectangle, le drain 4b placé dans une direction parallèle médiane aux drains 3b, 5b. Ces trois drains horizontaux sont ouverts sur une longueur X dans le réservoir, approximativement à une distance horizontale Y les unes des autres. L'épaisseur du réservoir est H. Le schéma répond aux conditions suivantes Y > 5H et X >4Y. Le drain du milieu 4b est mis en production à un débit q. Les drains extérieurs 3b, 5b délimitant le périmètre du rectangle sont simultanément mis en injection à un débit chacun égal à q/2, de telle sorte que les débits volumétriques de liquide, considérés dans les conditions de gisement, injectés et produits sont égaux. Ce système représenté à la figure 2 par des flèches descendantes audessus des drains 3b, 5b pour symboliser une mise en injection et par une flèche montante pour le drain 4b pour une mise en production, permet d'effectuer des essais-pilotes efficaces de procédés de récupération d'hydrocarbures dits "d'injection d'eau" et "chimique". Un tel type de configuration apporte des avantages incontestables par rapport aux schémas utilisant des puits verticaux, notamment en ce que l'on peut considérer l'huile produite par le puits P provenant d'une zone mieux localisée situé entre les deux drains 3b, 6- b. L'avantage des puits horizontaux sur Les puits verticaux est également de traverser Le réservoir sur de plus grandes longueurs et de permettre une meilleure caractérisation du réservoir à partir des mesures et des échantillons recueillis dans le puits principalement dans le plan des couches qui est, préférentiellement, celui de l'écoulement des fluides. Le réservoir étant ainsi mieux connu, l'interprétation de l'essai peut être plus précise. Une telle disposition implique donc un coût moins éLevé, notamment pour les réservoirs minces et assez profonds, d'une part grâce au nombre moindre des puits, d'autre part grâce aux quantités moindres de fluides injectés, lorsqu'il s'agit de procédés chimiques. Ce type de configuration s'applique de manière préférentielle à des réservoirs d'hydrocarbures gréseux de faible épaisseur, moins de 10 m, ne comportant pas de couche intercalaire imperméable continue entre les puits et avec gradient de pression initial faible, ou nul. La présente invention s'applique également dans une configuration présentée à la figure 3. Elle comporte trois drains horizontaux parallèles 6b, 7b, 8b disposés comme dans la réalisation précédente et avec les mêmes conditions régissant les distances et Les longueurs. La disposition est inversée. Le drain central 4b est destiné à l'injection et les drains périphériques 6b et 8b à la production. On réalise une injection au débit q dans le drain central 7b. Dans le cas d'une présence d'huiles visqueuses sans présence d'eau mobile dans le réservoir avant l'essai-pilote et avec faible mobilité (moins de 1 m D/cP), on peut réaliser dans une telle configuration, une injection thermique en produisant les puits 6b, 8b au maximum, sans dépasser toutefois le débit q/2 pour chacun d'entre eux. La configuration en dispositif inversé peut aussi être envisagée dans le cadre des récupérations mises en oeuvre dans les conditions tertiaires, c'est-à-dire après balayage des gisements par l'eau lorsque le pourcentage en eau dans les puits est très élevé. Le débit des puits 6b, 8b doit être égal à q/2. 26413 21 -7- La présente invention s'applique de manière tout aussi valable dans le cas o Les drains sensiblement horizontaux réalisent une forme géométrique polygonale dans un plan du réservoir et non plus un simple rectangle comme précédemment. IL suffira alors de provoquer pour certains des drains un premier état soit en injection, soit en production, Les autres drains étant alors places dans un second état (injecteur ou producteur) opposé audit premier état, et régler ensuite les débits volumétriques de liquide injectés et produits, de manière que la somme des débits des drains d'injection soit sensiblement égale à la somme des débits des drains de production. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. 26 4 1321 R E V E N D I C AT I 0 N S 1. - Procédé de simulation de production par essai-pilote dans un gisement (1) d'hydrocarbures contenus dans un réservoir (2) à l'aide de puits d'injection (3b, 5b; 7b) par Lesquels on injecte dans ledit réservoir (2) un fluide visant à déplacer lesdits hydrocarbures vers des puits de production (4b; 6b, 8b) o les effluents sont remontés en surface, caractérisé en ce que lesdits puits d'injection et de production (3, 4, 5, 6, 7, 8) étant des puits forés pratiquement verticalement à partir de la surface, prolongés par des drains (3b, 4b, 5b, 6b, 7b, 8b) sensiblement horizontaux à l'intérieur dudit réservoir, lesdits drains horizontaux réalisant, au moins en partie, une forme géométrique polygonale dans un plan du réservoir; - on provoque un premier état, soit par une injection, soit par une production, pour les drains placés à la périphérie de ladite forme géométrique - on provoque un second état, opposé audit premier état, soit par une injection, soit par une production, pour les drains placés à l'intérieur de ladite forme géométrique - on règle les débits volumétriques de liquide injectés et produits de manière que la somme des débits des drains d'injection soit sensiblement égale à la somme des débits des drains de production. 2. - Procédé de simulation de production par essai pilote selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite forme géométrique étant constituée par un rectangle dont les longueurs sont limitées par deux drains horizontaux parallèles (3b, 5b; 6b, 8b), un troisième drain (4b; 7b) étant disposé parallèlement aux deux premiers sur une longueur médiane, on excite les deux drains périphériques en injection ou en production à un débit q/2 et on excite le drain médian en injection ou en production à un débit q. 3. - Procédé de simulation de production par essai-pilote selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que le fluide d'injection est constitué par de la vapeur d'eau. _- 9 _- 4. - Procédé de simulation de production par essai-pilote selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que Le fluide d'injection est constitué par un produit chimique tel que notamment un polymère. 5. Disposition de forage de puits pour essai-piLote utilisée pour La mise en oeuvre du procédé de simulation de production selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les drains horizontaux sont forés sensiblement à mi-hauteur entre Le toit et La base du réservoir (2). 6. - Disposition de forage selon la revendication 5, caractérisée en ce que trois drains horizontaux (3b, 4b, 5b; 6b, 7b, 8b) sont disposés en parallèLe dans le réservoir et en ce que X désignant la Longueur horizontale d'un drain; Y désignant la distance séparant deux drains adjacents, H désignant l'épaisseur du réservoir au plus égale à 10 m, les distances X et Y sont choisies de manière à ce que les équations Y>S 5H et X> 4Y soient vérifiées. 7. Disposition de forage selon la revendication 6, appliquée à un réservoir gréseux de faible épaisseur, ne comportant pas de couche intercalaire imperméable continue entre les drains et avec un faible gradient initial de pression.