Parcours principal  RESERVOIRS

SEMESTRE 8 

Fiche N° 4I85

MAJ : 16/11/2011 

Responsable :   M.  Panfilov 

Volume horaire enseigné : 150h 

Coefficients/Crédits : 12 

            PHÉNOMENES A L’ECHELLE DE PORE

4I85A

Volume horaire enseigné : 12h 

Travail personnel : 6h 

Coefficients/Crédits : 1 

Responsable :   Michel Panfilov

Adresse :  LEMTA – UdL 

Intervenants : M. Panfilov, A. Pereira

0 % Intervenants extérieurs

100% de cours en langue anglaise

Objectifs : Dans un canal capillaire de petit diamètre le comportement des fluides est fortement déterminé par la surface fluide-solide et fluide-fluide. Dans un réseau de pores, les surfaces causent des phénomènes inhabituels tels que le piégeage capillaire, la clustérisation et le seuil de percolation, qui déterminent, en particulier, une récupération incomplète de l’huile des gisements pétroliers, ainsi que des pertes de gaz dans des stockages en aquifères. L’étude de ces phénomènes microscopiques, ainsi que de leur intégration dans les modèles macroscopiques des écoulements est l’objectif de ce module.

Pré-requis :  bases de l’hydrodynamique souterraine, physico-chimie des surfaces élémentaire

Contenu pédagogique :

1.1. Surface phenomena: Molecular phenomena near an interface, surface tension, tangential elasticity of an interface, Laplace capillary pressure; spreading, wetting and adhesion; Young condition of partial wetting; significance of wetting for oil recovery; surfactants. Calculation of the shape of an interface. 

1.2. Capillary phenomena in a pore: meniscus in a pore, capillary force, spontaneous imbibition, menisci in non-uniform pores; principle of pore occupancy; capillary trapping in a pore, trapping in a pore network ; mechanism of liquid fragmentation.

1.3. Structure of phase clusters in a pore network: phase connectivity and mobility; network model of cluster formation; clusters in Markovian models of pore networks; percolation threshold; active cluster of mobile phase; triple structure of phase cluster; calculation of the immobile saturation; saturation of phase clusters; process-dependence.

1.4. Pores-scale models of two-phase flows (cellular automata): static 3D percolation model for fluid displacement; reduction of the displacement problem to cellular automata; concept of a cellular automata; elementary invasion percolation model; fractal properties of invasion clusters. Percolation model of water evaporation in geothermal medium. Construction of numerical percolation models. 

1.5. Transition to the macroscale: technique of upscaling, macroscale two-phase flow equations, relative permeability, relation of the RP with the pores-scale structure; theoretical and experimental RP curves; end points; effective capillary pressure; drainage and imbibition; capillary hysteresis. 

Modalités d'évaluation des compétences Session 1 :  Exam écrit 2h

Modalités d'évaluation des compétences Session 2 :

Exam écrit

Documents pédagogiques :  polycopié des cours, slides, livres

            ECOULEMENTS MULTIFPHASIQUES EN MILIEUX POREUX

4I85B

Volume horaire enseigné : 25h 

Travail personnel : 6h 

Coefficients/Crédits : 2 

Responsable :  Michel Panfilov

Adresse :  LEMTA – UdL 

Intervenants :  Michel Panfilov, Irina Panfilova

0 % Intervenants extérieurs

100% de cours en langue anglaise

Objectifs :

Etudier la physique et les modèles hydrodynamiques actuels de mouvements des fluides immiscibles en milieux poreux, avec transition de phase possible (mais sans effets physico-chimiques de dissolution et réactions) avec des applications aux déplacement d’un fluide par un autre, représentant des techniques de récupération de l’huile, des fluides géothermiques, et du stockage des gaz en aquifères. 

Pré-requis :  bases de l’hydrodynamique souterraine, phénomène à l’échelle de pore

Contenu pédagogique :

1. Models of two-phase immiscible flow: macroscopic parameters of two-phase flow: relative permeability and capillary pressure;  masse balance of each phase; momentum balance with and without interaction; closure relationships; concept of the fractional flow; capillary diffusion. 

2. Two-phase immiscible displacement (with application to oil recovery): 1D model; examples from secondary recovery - waterflooding and gasflooding; canonical Buckley-Leverett model; principle of maximum; method of characteristics; non-existence of continuous solution; front of displacement (shocks); mass balance conditions at the displacement fronts; entropy conditions; graphical interpretation of shock conditions; grapho-analytical technique of solving a displacement problem; scenarios of oil-water displacement; final oil recovery; efficiency of displacement; role of capillarity and wetting; methods of enhancing oil recovery.

3. Two-phase gravity displacement and segregation (with application to CO2 storage in aquifer and oil displacement by gas). Role of the gravity in flow models, canonical model of an ascending and descending flow. Construction of the solution of the displacement problem. Rising of a macroscopic gas (CO2) volume in aquifer, scenarios of the bubble evolution. Gas-liquid segregation – exact solution and analysis.

4. Flow with phase transition (with application to geothermy): phase diagrams of simple fluids, gas-liquid equilibrium and non-equilibrium states; model of flow of simple fluid with phase transition in porous medium; model of heat transport in saturated rocks; non-isothermal problem of water flow to a geothermal well with the appearance of vapour, role of vapour, evolution of the water-vapour front. 

5. Flow instability: Saffman-Taylor instability; gravitational instability of Reyleigh-Taylor; fingering; about the linear analysis of the instability of two-phase flow; reduction of flow instability; practical significance of the flow stability.

6. Numerical simulation with ECLIPSE and COMSOL of oil displacement by water, water-vapour flow to a geothermal well, gas bubble rising in an aquifer. 

Modalités d'évaluation des compétences Session 1 :

Exam écrit

Modalités d'évaluation des compétences Session 2 :

Exam écrit

Documents pédagogiques :   polycopié des cours, slides, livres, logiciels

            STRATIGRAPHIE SEQUENTIELLE

4I85C/4I82C

Travail personnel : 

Coefficients/Crédits : 2 

Coefficients/Crédits : 2 

Adresse : fabrice.malartre@ensg.iuniv-lorraine.fr 

Intervenants :  C. Carpentier, Y. Hautevelle, F. Malartre

0 % Intervenants extérieurs

0% de cours en langue anglaise

Objectifs & Compétences acquis :

·         Approche d'une stratigraphie basée sur l'interprétation des séquences de dépôt par le jeu des variations du niveau de base.

·         Expression et échelle des séquences en fonction des environnements de dépôt : géométrie et volume des corps sédimentaires.

·         Mise en évidence de coupures stratigraphiques reflétant l'activité de la planète Terre.

·         Implications économiques dans le domaine des ressources énergétiques et minérales.

Pré-requis :  Sédimentologie, géologie structurale, sismique réflexion, diagraphies, dynamique de bassins.

Contenu pédagogique :

·         Partie 1 : Concepts et modèles de stratigraphie séquentielle.

·         Partie 2 : Stratigraphie sismique.

·         Partie 3 : Stratigraphie séquentielle et environnements sédimentaires.

o    Cours 1 à 3 (6h)

o    TD 1 (3h) : Stratigraphie sismique 1

o    TD 2 (3h) : Stratigraphie sismique 2, diagramme de Wheeler

o    TD 3 (3h) : Modèles de stratigraphie séquentielle

o    TD 4 (3h) : Stratigraphie séquentielle et environnements sédimentaires 1

o    TD 5 (3h) : Stratigraphie séquentielle et environnements sédimentaires 2

o    TD 6 (3h) : Stratigraphie séquentielle et environnements sédimentaires 3

Modalités d'évaluation des compétences Session 1 :

Examen écrit, Contrôle continu sur exercices de TD.

Modalités d'évaluation des compétences Session 2 :

Examen écrit

Documents pédagogiques :   Fascicule de cours et recueil d’exercices de TD.

SISMIQUE PETROLIERE

4I85D/4I82D

Volume horaire enseigné : 12h 

Travail personnel : 

Coefficients/Crédits : 1 

Responsable :    

Adresse :   

Intervenants :   

0 % Intervenants extérieurs

0% de cours en langue anglaise

Objectifs & Compétences acquis :

Pré-requis :   

Contenu pédagogique :

•

Modalités d'évaluation des compétences Session 1 :

Modalités d'évaluation des compétences Session 2 :

Documents pédagogiques :    

            RESSOURCES DE GAZ : GEOLOGIE ET METHODES DE PRODUCTION

4I85E

Volume horaire enseigné : 24h 

Travail personnel : 6h 

Coefficients/Crédits : 2 

Responsable : Michel Panfilov

Adresse :  LEMTA – UdL 

Intervenants :   Michel Panfilov, Irina Panfilova, François Montel (Total)

50 % Intervenants extérieurs

0% de cours en langue anglaise

Objectifs : Les ressources de gaz naturel dans les réservoirs géologiques se sont rencontrées sous formes multiples, telles que le vrai gaz, le gaz avec le liquide dissout, le gaz liquéfié, le gaz solide et adsorbé et autres. Ce module donne la description structurale et morphologique de ces différents types des accumulations souterraines, ainsi que l’analyse qualitative des méthodes de récupération ou stockage du gaz basée sur la modélisation des cas (logiciels professionnels). Un des objectifs est de montrer la richesses des phénomènes physiques qui ont lieu dans les réservoirs et le potentiel de la modélisation en tant qu’outil d’analyse. 

Pré-requis :   Hydrodynamique souterraine, transports en milieux poreux, phénomènes à l’échelle de pore

Contenu pédagogique :

1. Types de réservoirs et stockages de gaz naturel : La description géologique : le gaz de haute pression, le gaz avec le liquide dissout (gaz à condensat), le gaz liquéfié dans des cavernes, le gaz solide sous forme de glace (hydrates), le gaz adsorbé dans les roches (charbon et schistes), le gaz dans des roches faiblement perméables (TGR). Une description thermodynamique des accumulations : diagrammes de phase des fluides multi-composants, équilibre de phase, équations d’état du gaz et liquide, méthodes de calcul de l’équilibre en ingénierie pétrolière. Genèse et migration du gaz dans les roches. 
2. Principes de récupération du gaz et gaz à condensat : Comportement thermodynamique des réservoirs naturel de gaz à condensats. Méthode de récupération par la déplétion naturelle : distribution de la saturation  du condensat  et la pression autour d’un puits, pertes de condensat ; problème de condensate banks ; méthodes de dissolution et évaporation forcée des banks. Méthode de récupération par le recyclage du gaz sec : description de la technique, calcul de la variation de la composition du fluide en réservoir lors du recyclage ; recyclage partiel ; injection d’azote et CO2 ; calculs thermodynamiques.
3. Principes de récupération du gaz solide (hydrates) : Comportement thermodynamique des réservoirs des hydrates de gaz. Description de la fusion des hydrates.  Méthode de récupération par la dépressurisation naturelle. Exemples de Canada et Russie. Analyse de la méthode par le bilan de matière. Méthode thermique de récupération : estimation de l’efficacité par le bilan thermique. Méthode de dissolution par des solvants chimiques.
4. Principes de récupération du gaz adsorbé (schistes, charbon, TGR - tight gas reservoirs) : Analyse de la capacité de sorption du gaz par des roches et de la désorption par la dépressurisation ou l’injection du CO2. Hydro-fracturation des roches. Estimation de la récupération par le bilan de matière.
5. Stockage souterrain du GNL (gaz naturel liquéfié) : description de la technique ; calcul du champ thermique autour du stockage ; analyse d’un cas.

Modalités d'évaluation des compétences Session 1 :

Exam écrit

Modalités d'évaluation des compétences Session 2 :

Exam écrit

Documents pédagogiques :  Polycopié des cours, slides, logiciels mis à disposition par des compagnies

 RÉSERVOIRS DE PETROLE : METHODES DE RÉCUPERATION ET MODELISATION

4I85F

Volume horaire enseigné : 24h 

Travail personnel : 12h 

Coefficients/Crédits : 2 

Responsable :    Irina Panfilova

Adresse :  LEMTA – UdL 

Intervenants :   I. Panfilova, M. Panfilov

0 % Intervenants extérieurs

100% de cours en langue anglaise

Objectifs :

La récupération du pétrole représente aujourd’hui un système de plusieurs dizaines de méthodes basées sur des différents principes physico-chimiques et différentes réalisations techniques. Ce cours en S8 représente une introduction générale dans l’ensemble de ces méthodes à partir de la déplétion naturelle des réservoirs jusqu’aux méthodes bien sophistiquées comme des techniques chimiques et thermiques combinées. Le cours représente une introduction théorique dans chaque méthode et l’analyse de leur application par la modélisation basée sur des exemples canoniques avec l’utilisation des logiciels de métier (ECLIPSE, COMSOL, Petrel,…).   

Pré-requis :   l’hydrodynamique souterraine, transports en milieux poreux, phénomènes à l’échelle de pore

Contenu pédagogique :

1.     Classification des réservoirs de pétrole. Hétérogénéités, stratification et fracturation.
     TD : Construction du modèle d’un réservoir souterrain avec Eclipse. Introduction des hétérogénéités
             régulières et stochastiques.

2.     Propriétés des roches et fluides de réservoir : crude oil gravity, gas-oil solubility, bubble-point pressure, oil formation volume factor, crude oil density, crude oil viscosity. 
      TD : Détermination des propriétés des fluides à conditions données du réservoir.

3.     Développement des gisements aux régimes naturels.
      3.1. Régime d’expansion/compaction.     
             TD : Modélisation de production du pétrole d’un réservoir en aquifère.
      3.2. Régime de gaz dissout.
             TD : Modélisation de la production avec l’apparition du gaz libre
      3.3. Régime du  gas cap. 
             TD :  Modélisation de la production d’un réservoir avec le  gas cap secondaire

4.     Production du pétrole par l’injection d’eau
      TD : Simulation du déplacement de l’huile par l’eau

5.     Méthodes de la récupération assistée en termes du modèle black-oil
      5.1. Production par l’injection des solvants
             TD : Simulation avec Eclipse de l’injection du CO2
      5.2. Injection des polymères et solutions micellaires.
             TD : Simulation  avec Eclipse de l’injection d’un polymère

6.     Placement des puits, zones de drainage, performance des puits 
6.1      TD : Optimisation numérique de la récupération avec le gaz dissout et un gas cap dans un réservoir stratifié.

Modalités d'évaluation des compétences Session 1 :

Contrôle continu

Modalités d'évaluation des compétences Session 2 :

Exam écrit

Documents pédagogiques :    polycopié des cours, slides, livres, logiciels mis à disposition par des compagnies

            SYSTEMES PETROLIERS

4I85G/4I82F

Volume horaire enseigné : 24h 

Travail personnel : 

Coefficients/Crédits : 2 

Responsable :    R. MICHELS

Adresse :  UMR 7566 G2R, Faculté des Sciences, BP 236, 54506 Vandoeuvre les Nancy 

Intervenants :   R. Michels & F. Malartre

0 % Intervenants extérieurs

0% de cours en langue anglaise

Objectifs & Compétences acquis :

Savoir identifier et définir les éléments statiques et dynamiques d’un système pétrolier.

Pré-requis :   Sédimentologie de faciès, stratigraphie séquentielle, géodynamique de bassins, géophysique de prospection, diagraphies.

Contenu pédagogique :

Cours (8h)

• Définition du concept de système pétrolier
• Les éléments du système pétrolier et leurs caractéristiques dynamiques:
  • Roches-mères  nature, origine, formation. Diagnostiquer la qualité d’une roche-mère.
  • La formation du pétrole (enfouissement, maturation thermique, cinétique), expulsion, migration primaire
  • La migration secondaire
  • Les drains, aire de drainage. Le rôle de la roche réservoir dans le système pétrolier.
  • Les roches couvertures : nature, propriétés, rôle
  • Les pièges : nature, diversité, intégrité.
  • La notion de préservation du piège, l’altération des pétroles.
• Comment diagnostiquer un système pétrolier : la charte des événements.
• Exemples de systèmes pétroliers.
• A quoi sert la notion de système pétrolier ? La notion de modèle d’exploration. Son importance dans l’estimation des réserves pétrolières mondiales.

TD (16h)

• TD1 (en salle, 4h) : Les élèves exploitent des documents relatifs à un bassin sédimentaire et doivent effectuer leur évaluation pétrolière : identifier les éléments de systèmes pétroliers potentiels ou effectifs , proposer un scénario (charte des événements).
• TD2 (terrain, 12h) : étude d’un système pétrolier en Alsace (Merkwiller-Pechelbronn).

Modalités d'évaluation des compétences Session 1 :

Examen écrit

Modalités d'évaluation des compétences Session 2 :

Examen écrit

Documents pédagogiques :    Documents divers de cours et TD.