ABSTRACT

Subsurface fluid flow in response to a pressure differential follows Darcy's Law such that it increases with an increase in the pressure applied and with the permeability of the matrix, and decreases as a function of the viscosity of the fluid. Overpressure is considered to be caused by either mechanical means (disequilibrium compaction due to rapid sediment loading or the horizontal equivalent, tectonic stress) or by fluid volume expansion due to geothermal heating, kerogen conversion to bitumen or mineral transformation. An additional factor that has not been considered as a cause of overpressure is the reduction of effective permeability. Total or effective permeability (as opposed to theoretical or intrinsic permeability) of a rock (the sum of relative permeabilities of all of the separate fluid phases) decreases rapidly in response to the introduction of immiscible fluid phases. Familiar two-phase relative permeability diagrams indicate that effective or total permeabilities drop to one third of intrinsic permeability as the saturation of the non-wetting phase increases. Experimental results in three-phase systems (oil, gas, water) suggest that effective permeability will fall by a factor of more than four when all three phases are present in significant concentrations. A reduction of the effective or total permeability of a rock by a factor of four would be expected to be balanced by a decrease in the fluid flow rate and simultaneous increase in the pressure gradient. The simple algebra of Darcy's Law requires that the pressure gradient/fluid flow rate would also have to change by a factor of four. For example, the pressure gradient might double while the fluid flow rate halves (2/.5 = 4). The significance of these simple observations is that the introduction of one or more non-aqueous phases into a water saturated system (hydrocarbon generation) could make a significant contribution to the development of overpressure merely by virtue of the introduction of the additional phases.

RESUME

L'ecoulement des fluides dans la subsurface en reaction a une pression differentielle obeit a la loi de Darcy: il augmente lorsque la pression appliquee et la permeabilite de la matrice augmentent, et diminue en fonction de la viscosite du fluide. On estime que la surpression a une cause soit mecanique (compaction en desequilibre causee par un chargement sedimentaire rapide ou l'equivalent horizontal, la pression tectonique), soit par l'expansion volumetrique des fluides causee par le chauffage hydrothermal, la transformation de kerogene en bitume ou la transformation de mineraux. Un facteur supplementaire qui n'a pas ete pris en consideration comme une cause de la surpression est la reduction de la permeabilite reelle. La permeabilite totale ou reelle (par opposition a la permeabilite theorique ou intrinseque) d'une roche (la somme des permeabilites relatives de toutes les phases fluides separees) diminue rapidement en reaction a l'introduction de phases fluides non miscibles. Les diagrammes familiers de permeabilite relative a deux phases indiquent que les permeabilites reelles ou totales chutent a un tiers de la permeabilite intrinseque a mesure qu'augmente le degre de saturation de la phase non mouillante. Les resultats d'experiences avec des systemes a trois phases (petrole, gaz, eau) suggerent que la permeabilite reelle diminuera de plus de quatre fois lorsque les trois phases sont presentes en quantites importantes. On s'attend a ce qu'une reduction de quatre fois de la permeabilite reelle ou totale d'une roche soit compensee par une diminution de taux d'ecoulement du fluide et une augmentation simultanee du gradient de pression. L'algebre simple de la loi de Darcy exige que le gradient de pression/taux d'ecoulement du fluide soit aussi modifie par quatre. Par exemple, le gradient de pression pourrait doubler tandis que le taux d'ecoulement du fluide pourrait diminuer de moitie (2/0,5 = 4). L'importance de ces simples observations de ces simples observations est que l'introduction d'une ou plusieurs phases non aqueuses dans un systeme sature en eau (production d'hydrocarbures) pourrait contribuer de maniere importante au developpement de la surpression seulement par l'introduction des phases supplementaires.

Traduit par Marc Charest.

End_Page 315------------------------