A Novel Method for Performance Analysis of Compartmentalized Reservoirs

• Published in: Oil & gas science and technology Vol. 71; no. 3; pp. 38 - 57
• Main Authors: Shahamat, Mohammad Sadeq, Hamdi, Hamidreza, Mattar, Louis, Aguilera, Roberto
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Paris EDP Sciences 01.05.2016; Institut Français du Pétrole (IFP)
• Subjects: Barriers; Capacitance; Compacts; Compartments; Computer simulation; Depletion; Distance; Flow equations; Horizontal wells; Material balance; Mathematical models; Parameters; Permeability; Physics; Reservoirs; Simulation; Slope
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189; 2804-7699
• DOI: 10.2516/ogst/2015016

This paper presents a simple analytical model for performance analysis of compartmentalized reservoirs producing under Constant Terminal Rate (CTR) and Constant Terminal Pressure (CTP). The model is based on the well-known material balance and boundary dominated flow equations and is written in terms of capacitance and resistance of a production and a support compartment. These capacitance and resistance terms account for a combination of reservoir parameters which enable the developed model to be used for characterizing such systems. In addition to considering the properties contrast between the two reservoir compartments, the model takes into account existence of transmissibility barriers with the use of resistance terms. The model is used to analyze production performance of unconventional reservoirs, where the multistage fracturing of horizontal wells effectively creates a Stimulated Reservoir Volume (SRV) with an enhanced permeability surrounded by a non-stimulated region. It can also be used for analysis of compartmentalized conventional reservoirs. The analytical solutions provide type curves through which the controlling reservoirs parameters of a compartmentalized system can be estimated. The contribution of the supporting compartment is modeled based on a boundary dominated flow assumption. The transient behaviour of the support compartment is captured by application of “distance of investigation” concept. The model shows that depletion of the production and support compartments exhibit two unit slopes on a log-log plot of pressure versus time for CTR. For CTP, however, the depletions display two exponential declines. The depletion signatures are separated by transition periods, which depend on the contribution of the support compartment (i.e. transient or boundary dominated flow). The developed equations can be implemented easily in a spreadsheet application, and are corroborated with the use of a numerical simulation. The study provides a new and non-conventional insight into the use of production data as an aid in the understanding of hydraulically fractured tight formations and compartmentalized conventional reservoirs. Cet article présente un modèle analytique simple pour analyser la performance des réservoirs compartimentés produisant un Débit Final Constant (DFC) et une Pression Finale Constante (PFC). Ce modèle est basé sur un équilibre bien connu des matières et sur des équations d’écoulement soumis aux limites et est symbolisé par les critères de capacité et de résistance d’un compartiment de production et de réserve. Ces critères de capacité et de résistance constituent un ensemble de paramètres du réservoir qui permettent d’utiliser le modèle développé pour caractériser de tels systèmes. En plus de considérer les différentes propriétés des deux compartiments du réservoir, ce modèle prend en compte l’existence de barrières de transmissibilité en se servant des critères de résistance. Ce modèle peut être utilisé pour analyser la performance de production de réservoirs non conventionnels où la fracturation multi-étape de puits horizontaux crée de manière efficace un Volume de Réservoir Stimulé (VRS) avec une perméabilité accrue, et entouré d’une zone non stimulée. Il peut également être utilisé pour l’analyse de réservoirs compartimentés conventionnels. Les solutions analytiques fournissent des courbes types, grâce auxquelles il est possible d’évaluer les paramètres de contrôle des réservoirs d’un système compartimenté. La contribution du compartiment de réserve est modélisée sur la base d’une hypothèse d’écoulement soumis aux limites. Le comportement transitoire du compartiment de réserve est pris en compte par l’application du concept de « distance d’étude ». Le modèle montre que l’épuisement des compartiments de production et de réserve est représenté sur un graphique logarithmique par deux courbes distinctes de pression et de temps pour le DFC. Pour la PFC cependant, les signes d’épuisement sont représentés par deux courbes de déclin exponentiel. Les signes d’épuisement sont séparés par des périodes de transition qui dépendent de la contribution du compartiment de réserve (c’est-à-dire écoulement transitoire ou écoulement soumis aux limites). Les équations développées peuvent être facilement mises en œuvre dans un tableur, et sont corroborées grâce à l’utilisation d’une simulation numérique. Cette étude fournit une perspective nouvelle et non conventionnelle de l’utilisation des données de production en vue de mieux comprendre les réservoirs compacts traités par fracturation hydraulique et les réservoirs conventionnels compartimentés.