Mathematical modelling of formation heat treatment process

Authors

• A. K. M. Jamaluddin,

Corresponding author
1. Noranda Technology Centre, 240 Hymus Blvd., Pointe Claire, QC H9R 1G5, Canada
• Hycal Energy Research Laboratories Ltd., 1338A – 36th Avenue N.E., Calgary, Alberta, Canada T2E 6T6
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• C. T. Bowen,

1. Noranda Technology Centre, 240 Hymus Blvd., Pointe Claire, QC H9R 1G5, Canada
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• M. Hasan

1. Department of Mining and Metallurgical Engineering, University of McGill, 3450 University Street, Montreal, QC H3A 2A7, Canada
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Abstract

A novel matrix stimulation concept, formation heat treatment (FHT), which involves the application of intense heat around the near-wellbore region for the treatment of water blockage and clay related formation damage in water sensitive formations previously was developed and presented in the literature. The FHT process involves the application of intense heat around the wellbore using a downhole heater. The heat is conveyed to the near-wellbore region using an inert gas flowing through a downhole heater.

To understand the heat transfer and fluid-flow characteristics of the FHT process, a transient two-dimensional mathematical model has been developed and is presented in this paper. The model is based on coupling the momentum and energy-balance equations for the wellbore gas with the surrounding porous formation. The presence of the heater across the net pay (sandface) is taken into account in the energy equation as a localized volumetric heat source. A control-volume based finite-difference scheme is used to solve the model equations on a staggered grid. Parametric studies indicate that by injecting a suitable quantity of gas through the tube and annulus, and by adjusting the power input to the downhole heater, the temperature near the wellbore can be favourably controlled.

Abstract

On a mis au point et présenté antérieurement dans la littérature scientifique un nouveau modèle de simulation matricielle pour le traitement de chaleur de formation (FHT), basé sur l'application d'une chaleur intense autour de la région du puits de forage pour le traitement du blocage des pores et des dommages à la formation liés à l'argile dans les formations sensibles à l'eau. Le procédé FHT utilise pour ce faire une chaudière à orifice descendant. La chaleur est conduite à la région du puits à l'aide d'un écoulement de gaz inerte dans la chaudière à orifice descendant.

Afin de comprendre les caractéristiques du transfert de chaleur et de l'écoulement des fluides du procédé FHT, on a mis au point un modèle mathématique transitoire bidimensionnel. Ce modèle s'appuie sur le couplage des équations d'équilibre de conservation de la quantité de mouvement et d'énergie pour le gaz du puits de forage avec la formation poreuse environnante. La présence de la chaudière dans la production nette (cǒté sable) est prise en compte dans l'équation d'énergie comme source de chaleur volumétrique localisée. On utilise un schéma de différences finies basé sur les volumes de contrǒle à grille décalée. Les études paramétriques indiquent qu'en injectant une quantité adéquate de gaz dans le tube et l'espace annulaire, et en ajustant la puissance dans la chaudière à orifice descendant, on peut contrǒler favorablement la température près du puits de forage.