Simulation numérique du déplacement gravitaire gaz-liquide dans des fractures verticales sous des conditions de haute température et haute pression en profondeur

Le déplacement gravitaire gaz-liquide pose un risque significatif pour la sécurité des forages. Cependant, les mécanismes sous-jacents régissant ce processus sous des conditions de haute température et haute pression (HTHP) en profondeur et ultra-profonde restent mal compris. Dans cette étude, une méthode de simulation numérique basée sur le modèle Volume of Fluid (VOF) a été développée pour étudier le comportement du déplacement gravitaire gaz-liquide sous des conditions HTHP en profondeur. Le modèle a été validé par rapport à 200 points de données provenant d'expériences en laboratoire visuelles, montrant un excellent accord avec une erreur relative inférieure à 8,58 %. En utilisant ce modèle validé, nous avons ensuite réalisé 330 simulations numériques pour étudier systématiquement les caractéristiques du déplacement gravitaire sous les conditions HTHP en profondeur. Comparé aux conditions de faible pression en surface, le déplacement gravitaire sous HTHP est sensiblement différent, caractérisé par une fenêtre de déplacement plus étroite, un influx de gaz plus faible (par exemple, réduction de 99,5 % à -1500 Pa par rapport aux conditions de surface) et des taux de perte, ainsi qu'une interface gaz-liquide plus lisse. À mesure que la largeur de la fracture diminue, tant l'influx de gaz que les taux de perte de fluide de forage diminuent de manière non linéaire, et la fenêtre de déplacement se contracte significativement. Une largeur critique de fracture pour le début du déplacement gravitaire a été identifiée, allant de 0,3 à 0,5 mm selon les conditions en profondeur telles que la profondeur équivalente, la densité du fluide de forage et la viscosité. De plus, une augmentation de la densité du fluide de forage élargit la fenêtre de déplacement et augmente le taux de perte de fluide de forage, tandis qu'une viscosité plus élevée réduit à la fois l'influx de gaz et les taux de perte de fluide de forage. En revanche, la rugosité des fractures exerce une influence minimale sur le déplacement gravitaire. Ces résultats fournissent des critères pratiques pour optimiser les stratégies de contrôle des puits, réduisant ainsi les risques de forage et améliorant la sécurité opérationnelle. Ces résultats avancent la compréhension fondamentale du déplacement gravitaire et contribuent à une base théorique pour améliorer la sécurité des forages dans les réservoirs de gaz fracturés profonds.