Numerical Simulation of Water-Gas Flow in Low Permeability Reservoirs

Resumo

Natural gas recovery has increased with the production from unconventional reservoirs with low absolute permeability. In these reservoirs, production is favored, for example, by the use of horizontal wells and the gas-phase slippage effect. This work performs a numerical simulation of two-phase isothermal water-gas flow, accounting for the impact of gas slip and permeability variation as a function of the stress change acting on the porous matrix. The governing equations are discretized using the Finite Volume Method. The obtained algebraic equation systems are linearized and solved by applying a Picard-Newton solution strategy, an operator splitting method, and the iterative preconditioned Stabilized Biconjugate Gradient method. The results are presented in terms of instantaneous gas flow rate and recovered gas volume, considering several production scenarios for the prescribed well pressure. In conclusion, the results showed that it was possible to capture the incorporated physical effects, with slippage favoring production and the change due to the stress effect leading to a decrease in apparent permeability resulting from the pressure drop caused by production. 

Keywords: horizontal well, low permeability reservoirs, Picard-Newton method, two-phase flow.

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A recuperação de gás natural tem aumentado com a produção em reservatórios não convencionais de baixa permeabilidade absoluta. Nesses reservatórios, a produção é favorecida, por exemplo, pelo uso de poços horizontais e pelo efeito do deslizamento da fase gasosa. Neste trabalho, foi realizada uma simulação numérica do escoamento bifásico isotérmico água-gás, considerando o impacto do deslizamento do gás e a variação da permeabilidade em função da mudança da tensão atuante na matriz porosa. As equações governantes são discretizadas utilizando o Método dos Volumes Finitos. Os sistemas de equações algébricas obtidos são linearizados e resolvidos mediante a aplicação de uma estratégia de solução do tipo Picard-Newton, de uma técnica de quebra de operadores e do método iterativo Gradiente Biconjugado Estabilizado Precondicionado. Os resultados são apresentados em termos da vazão instantânea de gás e do volume de gás recuperado, considerando diversos cenários de produção para uma pressão prescrita no poço. Em conclusão, os resultados demonstraram que foi possível capturar os efeitos físicos incorporados, com o deslizamento do gás favorecendo a produção, e a mudança devido à variação de tensão levando a uma diminuição da permeabilidade aparente, como resultado da queda de pressão causada pela produção.

Palavras-chave: Poço horizontal, Reservatórios de baixa permeabilidade, Método de Picard-Newton, Fluxo bifásico.

DOI: 10.5281/zenodo.16914687