Fully-Implicit Formulation of the Capacitance Resistance Model to Simulate Two-Phase Immiscible Flow. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (PhD Dissertation) PhD_Dissertation-AhmedSadeed_Final_Submission.pdf - Other Restricted to Repository staff only until 18 December 2024. Download (6MB)

Arabic Abstract

إن نموذج مقاومة السعة ( )CRMهو تقنية حديثة لنمذجة غمر المياه وتحسين معدلات الحقن للحاقنات الحالية لزيادة معدلات الإنتاج. يعتمد على نظرية معالجة الإشارات حيث يكون لأي تغييرات مطبقة على الحاقنات تأثير مباشر على المنتجين. يوفر تقنية سريعة لنمذجة أداء تدفق المياه لخزان. السبب الرئيسي لعدم التكلفة الحسابية لنموذج CRMهو أن معدلات إنتاج الآبار المستقبلية لا يتم تحديدها من خلال حل نماذج الفيزياء الكاملة كما هو الحال مع مشاكل محاكاة لحق المكامن التقليدية. بدلاً من ذلك ، يتم تحديد المعدلات بنا ًء على معدلات الإنتاج وا ن الملحوظة تاريخياً وضغوط قاع البئر. تتكون نماذج CRMمن معادلة توازن المواد مقترنة بمعادلة التدفق الداخلي. تقليديا ، يتم استخدام حل شبه تحليلي لحل المعادلة التفاضلية التي تمثل نموذج .CRMومع ذلك ، في هذه الدراسة ، يتم استخدام مخططات الفروق المحدودة لحل ODEالذي يمثل نموذج .CRM في المرحلة الأولى من هذه الدراسة ، تم حل التمثيل القائم على المنتج لنموذج ) CRM (CRMPلتقدير معدلات الإنتاج الإجمالية باستخدام طريقة الفروق المحدودة. في ، CRMPيتم تحديد أحجام تحكم منفصلة لكل منتج إلى جانب جميع الحاقنات الموجودة في الخزان. نظ ًرا لأن ODEالناتج لـ CRMPيتكون من معلمات تعتمد على الوقت ، يتم استخدام كل من مخططات الفروق المحدودة الصريحة والضمنية لحل المشكلة. يتم إجراء تحليلات الاستقرار والاتساق لتقييم إمكانية تطبيق حلول الفروق المحدودة الناتجة. تم العثور على نظام الفروق المحدودة الضمنية لتكون مستقرة ومتسقة بشكل غير مشروط بينما وجد أن مخطط الفرق المحدود الصريح مستقر مشرو ًطا. يتم تنفيذ تقنية تحسين مقيدة مثل البحث عن الحد الأدنى من وظيفة المتغيرات غير الخطية المقيدة ( )FMINCONمن أجل تقدير معلمات معينة في نموذج CRMPبحيث يتم الحصول على تطابق جيد بين البيانات المرصودة والحل النموذجي. يتم تطبيق نموذج CRMPعلى نماذج مكمن مختلفة وتشير النتائج إلى أن نموذج CRMPقادر على التنبؤ بدقة بمعدلات الإنتاج. في المرحلة الثانية من هذه الدراسة ، يتم تقييم معدلات الطور الفردي بمساعدة نموذج مقاومة السعة لزوج الحاقن والمنتج ( .)CRMIPنموذج CRMIPعبارة عن تمثيل زوجي للحاقن والمنتج لنموذج CRMحيث يتم تحديد أحجام تحكم منفصلة لكل زوج من الحاقن والمنتج في الخزان. يتم تنفيذ تقنية التحسين المقيدة ( )FMINCONلتقدير المعلمات غير المعروفة في نموذج .CRMIPفي هذه الدراسة ، تم تطوير نموذج الفروق المحدود الضمني الكامل لنموذج التدفق ثنائي الطور ( )TP-CRMIPلتقدير تأثير معدل الحقن على إنتاج مراحل الزيت والماء الفردية. يتم تطبيق نموذج -TP CRMIPعلى نماذج مكمن مختلفة وتشير النتائج إلى أن نموذج TP-CRMIPقادر على توفير تطابق جيد إلى حد معقول مع معدلات المرحلة الفردية. بصرف النظر عن الفوائد العامة والتطبيقات الفعالة لنموذج ، CRMلا يزال من الصعب للغاية إدارة وتخطيط تطوير الحقل بشكل صحيح بسبب محدودية إضافة الآبار المستقبلية. في المرحلة النهائية ، تتناول هذه الدراسة مسألة إضافة آبار مستقبلية في نموذج .CRMيتم استخدام نموذج مقاومة السعة ثنائية الطور لزوج منتج الحاقن ()TP-CRMIP لمطابقة التاريخ المبدئي لمعدلات الإنتاج لتقدير معلمات النموذج. بعد ذلك ، يتم استخدام النموذج المعتمد على جيب التمام المطور حديثًا لتوليد معلمات النموذج غير المعروفة للحاقنات الجديدة و / أو المنتجين باستخدام معلمات النموذج المعروفة للآبار الموجودة. بمجرد حساب معلمات النموذج لجميع المحاقن والمنتجين ، يتم استخدام TP-CRMIP لحساب معدلات الإنتاج. ثم تتم مقارنة معدلات الإنتاج المحسوبة والمحاكاة لاختبار دقة النموذج القائم على جيب التمام. تم تقديم ثلاث حالات لتقييم الوظيفة المستندة إلى جيب التمام. يوفر النموذج المستند إلى جيب التمام تقديرات معقولة لمعدلات الإنتاج مقارنة بالمعدلات المحاكاة في جميع الحالات المدروسة. سيعمل نموذج TP-CRMIPالذي تم تطويره حديثًا على أساس جيب التمام كأداة سريعة وموثوقة لتحسين غمر المياه وتخطيط التطوير الميداني

English Abstract

The Capacitance-Resistance Model (CRM) is a reduced physics, data-driven technique that is used to model waterflooding performance of a reservoir. It is based on the theory of signal processing which dictates that any changes applied at the injectors have a direct influence on the producers. The CRM model is computationally inexpensive as it does not solve the full physics models used in traditional reservoir simulations to determine well production rates. Instead, it relies on historical data of production and injection rates along with well bottom hole pressures to estimate these rates. The CRM model consists of a material balance equation coupled with the inflow equation. Traditionally, a semi-analytical solution is used to solve the differential equation representing the CRM model. In this study, however, finite-difference schemes are used to solve the ODE representing the CRM model. In the first phase of this study, a producer-based representation of the CRM model (CRMP) is solved to estimate total production rates using finite-difference methods. In CRMP, separate control volumes are defined for each producer coupled with all the injectors in the reservoir. Since the resulting ODE for CRMP consists of time-dependent parameters, both the explicit and implicit finite-difference schemes are used to solve the problem. Stability and consistency analyses are performed to evaluate the applicability of the resulting finite difference solutions. The implicit finite-difference scheme was found to be unconditionally stable and consistent whereas the explicit finite-difference scheme was found to be conditionally stable. A constrained optimization technique such as Find MINimum of CONstrained nonlinear multivariable function (FMINCON) is implemented in order to estimate certain parameters in the CRMP model such that a good match is obtained between the observed data and the modeled solution. The CRMP model is applied on different reservoir models and results indicate that the CRMP model is able to accurately predict the production rates. In the second phase of this study, capacitance resistance model for injector-producer pair (CRMIP) is used to assess the individual phase rates. The CRMIP model is an injector-producer pair representation of the CRM model where separate control volumes are defined for each injector-producer pair in the reservoir. A constrained optimization technique (FMINCON) is implemented to estimate the unknown parameters in the CRMIP model. In this study, a fully-implicit finite-difference scheme for a two-phase flow (TP-CRMIP) is developed to quantify the effect of injection rate on the production of individual oil and water phases. TP-CRMIP model is applied on different reservoir models and results indicate that the TP-CRMIP model is able to provide a reasonably good match with the individual phase rates. Although the Capacitance-Resistance Model (CRM) has numerous advantages and has proven to be an effective tool, it has limitations when it comes to managing and planning field development, especially in terms of adding future wells. The CRM model does not provide a straightforward way of incorporating new wells into the model. The final phase of this study addresses the issue. Two-phase capacitance resistance model for an injector-producer pair (TP-CRMIP) is used to initially history match the production rates to estimate model parameters. A newly developed cosine-based model is then used to generate the unknown model parameters for the injectors and/or producers using the known model parameters of existing wells. Once the model parameters of all injectors and producers are calculated, TP-CRMIP is used to calculate the production rates. Results indicated that the unknown model parameters generated using the cosine-based model when used along with the TP-CRMIP model provide reasonable estimates of the production rates.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Petroleum > Reservoir Engineering and Management Petroleum > Reservoir Modelling and Simulation
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	A. Awotunde, Abeeb
Committee Members:	Patil, Shirish and Ahmed Mahmoud, Mohamed and Abdulraheem, Abdulazeez and Saad Al-Kobaisi, Mohammed
Depositing User:	AHMED SADEED (g201406540)
Date Deposited:	18 Dec 2023 10:59
Last Modified:	18 Dec 2023 10:59
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142656