The effect of initial distribution of phases on relative permeability curves

Abstract

Este estudo foi realizado para explorar o efeito da distribuição inicial de fases nas curvas de permeabilidade relativa. A motivação deste estudo foi baseada no uso crescente de simulações computacionais para prever escoamentos multifásicos e suas propriedades. Ao analisar as pesquisas anteriores, observou-se que alguns autores utilizaram a distribuição randômica para iniciar suas simulações, por outro lado, outros autores consideram o método randômico ineficiente por apresentar falta de controle no preenchimento dos poros, o que poderia levar a distribuição de fluido não molhante em poros pequenos ou isolados. Para avaliar o impacto da distribuição inicial das fases, três métodos foram escolhidos para a condução das simulações: método aleatório, a distribuição de fases utilizando a Transformada de Distância Euclidiana Exata, chamado de método EDT e distribuição de fases utilizando a Transformada de Cobertura de Raio, chamado de método CRT. O estudo foi realizado usando o modelo de gradiente de cores baseado em Halliday, Hollis e Care (2007) e Spencer, Halliday e Care (2010). As simulações foram realizadas em uma imagem artificial bidimensional e em uma tomografia microcomputadorizada tridimensional do arenito Berea. Para definir o método mais confiável para a distribuição inicial das fases, as curvas de permeabilidade relativa foram comparadas com simulações que reproduziam o processo de drenagem. Como resultados, constatou-se que a conectividade das fases está fortemente relacionada à distribuição inicial das fases, o que leva a permeabilidade relativa a apresentar valores diferentes em relação ao método utilizado para a distribuição inicial. A diferença absoluta observada para a permeabilidade relativa da fase molhante e não molhante para a imagem artificial, atingiu quase 40%. Para a rocha Berea, a diferença absoluta foi menor que para a imagem artificial mas ainda atingiu aproximadamente 25%. Com relação a comparação com a simulação de drenagem, o método CRT mostrou uma boa concordância para as curvas de permeabilidade relativa para a fase não molhante, para a imagem 2D artificial e para a rocha Berea 3D. Para as permeabilidades relativas da fase molhante, o método CRT apresentou concordância apenas para a rocha Berea. Para a curva de permeabilidade relativa da fase molhante da imagem artificial, os métodos randômico e EDT apresentaram melhor concordância, uma vez que o método CRT pareceu superestimar os valores para a permeabilidade relativa. Em relação às mudanças na molhabilidade, as diferenças nas curvas de permeabilidade relativa foram observadas para as condições de molhabilidade total e parcial da fase molhante.

Abstract: This study has been performed to explore the effect of the initial distribution of phases in the relative permeability curves. The motivation of this study was based on the increasing use of computational simulations to predict the multiphase fluid flow and its associated properties. By analysing earlier research, it was observed some authors used random distribution to start their simulations, otherwise, other authors consider the random method inefficient since it presented a lack of control in filling pores, which may incur on distributing non-wetting phase in small or isolated pores. To evaluate the impact of the initial distribution of phases, three methods were used to conduct the simulations: random method, a distribution of phases using Exact Euclidean Distance Transformation, called EDT method and, a distribution of phases using Covering Radius Transform, called CRT method. The study was conducted using the color-gradient model based on Halliday, Hollis, and Care (2007) e Spencer, Halliday, and Care (2010). The simulations were performed in a two-dimensional artificial image and in a microcomputed tomography of a three-dimensional Berea sandstone. To define which was the most reliable method for the initial distribution of phases, the relative permeability curves were compared with a drainage flooding simulation. As result, it was found the connectivity of phases is strongly related to the initial distribution of phases, which leads the relative permeabilities to present different values regarding the method used for the initial distribution. The absolute differences observed for the non-wetting phase and wetting phase relative permeability curves achieved almost 40% for the artificial image. For the Berea sandstone, the absolute differences are lower than the observed for the artificial image but, still achieved almost 25%. Regarding the comparison with the drainage flooding, the CRT method showed a good agreement for non-wetting phase relative permeability curves for the artificial 2D image and the 3D Berea sandstone. For the wetting phase, the CRT method only presented an agreement with relative permeabilities for the Berea sandstone. For the wetting phase relative permeabilities in the artificial image, the random and EDT methods presented a better agreement, since the CRT method seemed to overpredict the values for the relative permeability. Regarding the changes in the wettability, for both strongly and partially wetting conditions, the differences in the relative permeability curves regarding the initial distribution of phases were observed.