Un étudiant explore les applications de l’impression 3D dans la recherche sur la stimulation des puits

Un étudiant explore les applications de l'impression 3D dans la recherche sur la stimulation des puits

Étudiant diplômé en génie pétrolier Gabriel Tatman. Crédit : Nancy Luedke/Texas A&M Engineering

L’industrie pétrolière et gazière a modifié les agents de soutènement et les dérivateurs qu’elle utilise dans les processus de fracture pour améliorer la récupération du pétrole dans les réservoirs de schiste au fil des ans. Mais les efforts sont basés sur des conjectures car le comportement de l’agent de soutènement et du déflecteur est impossible à observer, car il se produit entièrement hors de vue au fond du trou.

Le chercheur diplômé de la Texas A&M University, Gabriel Tatman, a utilisé l’impression 3D pour recréer des fractures d’une manière qui révèle le comportement des agents de soutènement et des déviateurs dans le cadre d’un projet industriel conjoint. Sa nouvelle utilisation de modèles clairs créés à partir de données réelles de fracture de roche a révélé ces comportements invisibles et a conduit à la capacité unique de répéter des expériences d’écoulement de fracture avec des détails précis.

Le projet est une collaboration entre Texas A&M et la Colorado School of Mines, où se déroulent de véritables expériences de transport d’agents de soutènement. L’objectif est d’identifier les conditions qui conduisent à un placement maximisé de l’agent de soutènement et les concentrations et types d’agent de soutènement les plus performants dans diverses géométries de roche. Cela améliorera les efforts de fracturation hydraulique dans la récupération du pétrole.

« Nous ne sommes pas les premiers à imprimer en 3D des surfaces rocheuses, mais nous sommes les premiers à faire de l’impression 3D en résine pour cette application particulière », a déclaré Tatman.

La récupération du pétrole dans les réservoirs de schiste commence généralement par la fracturation hydraulique, où le fluide est forcé dans la formation rocheuse à des pressions élevées pour fracturer ou fissurer le schiste. Les agents de soutènement, des grains de sable de différentes tailles, sont rincés dans une suspension fluide pour maintenir ces fractures ouvertes après la libération de la haute pression afin que le pétrole et le gaz puissent s’écouler vers le puits. Les dérivateurs, qui sont des matériaux chimiques ou mécaniques qui peuvent ensuite être dissous ou récupérés, sont parfois injectés pour bloquer stratégiquement les principaux chemins de boues afin que les agents de soutènement soient forcés dans de nouveaux canaux pour créer des géométries de fracture complexes. Le processus passe généralement inaperçu, mais la technologie d’impression 3D contribue à changer cela.

Lorsqu’il était étudiant de premier cycle au département d’ingénierie pétrolière Harold Vance, Tatman a partagé son intérêt pour l’impression 3D avec Ding Zhu, professeur et titulaire de la chaire d’ingénierie McCain. Il a même imprimé en 3D un moulage de roche contenant une structure de canal d’écoulement complexe dissoute dans un acide alors qu’il était élève dans sa classe. Impressionné, Zhu a encouragé Tatman à expérimenter des applications potentielles dans la recherche.

Après avoir obtenu son baccalauréat, Tatman a rejoint le professeur Zhu et Regents et président noble Dan Hill pour commencer ses études supérieures. Son travail avec leur équipe de recherche sur la fracturation hydraulique a produit des échantillons clairs imprimés en 3D avec des détails micrométriques des surfaces de fracture. Lorsqu’ils sont rincés à travers ces modèles de fracture transparents, le comportement de l’agent de soutènement et du déflecteur peut être directement observé.

Voir le comportement réel de l’agent de soutènement est révolutionnaire, mais le projet applique également l’impression 3D à la conductivité des fractures d’une manière sans précédent.

Dans le passé, les chercheurs ont construit des équipements de laboratoire pour étudier l’efficacité avec laquelle les agents de soutènement permettent au pétrole et au gaz de s’écouler dans les fractures, un processus appelé conductivité. Pourtant, l’équipement était généralement construit avec des parois lisses où les surfaces naturelles de fracture de la roche sont très irrégulières.

Des surfaces de fracture artificielles rugueuses peuvent être facilement créées en détail avec l’impression 3D grâce aux équipements actuels. L’inconvénient est que les résines d’impression 3D ne sont pas assez résistantes pour des expériences nécessitant une résistance réelle semblable à celle d’une roche. Ainsi, les impressions 3D de Tatman sont utilisées comme moules pour créer des structures rocheuses artificielles à partir de ciment à haute résistance qui peuvent capturer des géométries de surface complexes. Et ces échantillons artificiels peuvent être coulés à l’infini à partir des moules, ce qui permet d’obtenir des bases de test cohérentes et reproductibles pour des résultats de recherche plus précis.

« Nous pouvons simuler des surfaces de fracture en utilisant des approches géostatistiques communes qui capturent les caractéristiques d’une formation particulière », a déclaré Tatman. « Avec l’impression 3D, nous pouvons créer des versions physiques de ces surfaces simulées pour des applications expérimentales. »

Étant donné que les caractéristiques de la surface de fracture peuvent varier pour chaque formation de schiste, Tatman a déclaré que l’équipe finira par construire une base de données sur le comportement de transport des agents de soutènement dans différents réservoirs.

Il ne verra pas la fin du projet car il part après avoir obtenu son diplôme au printemps pour un poste à temps plein dans l’industrie, mais Tatman est ravi de faire partie de la recherche de pointe jetant les bases de travaux futurs. Il attend également avec impatience de voir l’impression 3D prendre en charge d’autres enquêtes, telles que les comportements des agents de colmatage dans les géométries des trous de ver formés dans les réservoirs traités à l’acide.

« (Au cours) des cinq dernières années, le niveau de développement observé dans le monde de l’impression 3D a été phénoménal », a déclaré Tatman. « L’impression 3D est quelque chose qui me passionne depuis le lycée. Pouvoir apporter le côté hobby de ma vie au côté recherche et intégrer les deux dans quelque chose de productif est quelque chose dont je suis vraiment fier. »


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Fourni par l’Université A&M du Texas

Citation: Un étudiant explore les applications de l’impression 3D dans la recherche sur la stimulation des puits (2022, 7 janvier) récupéré le 7 janvier 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-01-student-explores-applications-3d.html

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