Pseudobrønnteknikken - Modellering av horisontalbrønner

Bjørn Olav Dahle
Januar 1997


SAMMENDRAG

En teknikk som beregner rate og trykk langs en horisontalbrønn har blitt vurdert, forbedret og videreutviklet. Teknikken modellerer den horisontale brønnen enten som som horisontale eller vertikale pseudobrønner. Pseudobrønnene er tenkte brønner. Det antas uniform innstrømning mot hver pseudobrønn. En horisontal brønn kan modelleres med 10-20 pseudobrønner. Pseudobrønnteknikken er semianalytisk hvor brønnsegmentene behandles numerisk og reservoaret analytisk.

Teknikken er implementert i FORTRAN og resultater viser at trykktapet i brønnen bestemmes av brønndiameter, ruhet og brønnstrømsrate. Trykktapet har bidrag både fra friksjon og aksellerasjon, men aksellerasjonstrykktapet er vanligvis neglisjerbart sammenliknet med friksjonstrykktapet.

Siden trykktap og innstrømning er størst ved brønnens hæl, vil en i et inhomogent reservoar få en dårlig utvinningsprosent dersom brønnens hæl plasseres i den høypermeable sonen. Installasjon av ventiler bør da vurderes for å regulere innstrømningen slik at strømningen får en mer uniform karakter med god areell dekningsgrad. Pseudobrønnteknikken gjør det mulig å beregne brønnstrømstrykk og rate i inhomogene formasjoner med varierende permeabilitet, høyde skin og bredde.

Pseudobrønnteknikken har blitt teset for to ulike innstrømningslikninger, Butlers løsning og linjekildeløsningen. Linjekildeløsnigen har vist seg å gi resultater som stemmer bra overens med data hentet fra produksjonslogg.


INNLEDNING

Bruk av horisontale brønner gir økt produktivitet sammenliknet med vertikale brønner spesielt i tynne oljesoner som til eksempel på Troll. En rekke strømningslikninger er utviklet til å beskrive innstrømningen mot horisontalbrønner, men flere restriksjoner gjelder for bruken av disse. Likningene gjelder for spesifikke reservoargeometrier og antar konstant trykk i hele brønnen. I høypermeable formasjoner vil trykktapet i brønnen og reservoaret være av samme skala, og trykktapet i brønnen virker derfor inn på innstrømningsprofilet. Trykktapet i brønnen medfører derfor at innstrømningen ikke blir uniform slik den er når brønntrykket er konstant, men med avtakene tendens utover i brønnen.

Dersom en har en modell tilgjengelig som på en god måte beskriver innstrømningen mot en horisontal brønn, kan en over tid forutsi produksjonsraten som funksjon av avtakende brønnhodetrykk under pseduostabile strømningsforhold. En har videre mulighet til å kunne anslå vannkuttutviklingen langs brønnen.

Joshi (1986) var den første som presenterte en modell som beskrev innstrømningsraten mot en horisontalbrønn som funksjon av trykktap i reservoaret. I den senere tid har flere likninger blitt presentert og modeller har blitt utviklet både for stasjonære og pseudostasjonære betingelser og for ulike reservoargeometrier. Blant andre Butler (1994) og Goode & Kuchuk (1991) har utviklet innstrømningslikninger for stasjonær og pseudostasjonær strømning.

I denne oppgaven presenteres pseudobrønnteknikken, som modellerer den horisontale brønnen som flere horisontale eller vertikale brønnsegmenter. Modellen gjelder for produksjon under pseudostasjonære betingelser. Ideen kommer fra Gudmundsson (1989). Tidligere arbeid av Fevang (1990) evalueres og teknikken videreutvikles. Rate og trykktap i brønnen beregnes, og det vurderes hvilke brønn- og reservoarparametre som bestemmer hvor høy produktiviteten blir fra et reservoar penetrert av en horisontal brønn.


KONKLUSJON

Det er blitt utviklet en modell som beskriver rate og trykkfordeling i en horisontalbrønn når brønntrykket ved hælen og raten ved tåen er gitt. Modellen, kalt pseudobrønnteknikken, deler inn den horisontale brønnen som flere horisontale eller vertikale pseudobrønner. Metoden er semianalytisk. Strømningen i brønnen beskrives ved trykktapslikningn og de ulike brønnseksjonene modelleres numerisk, mens reservoaret behandles analytisk hvor innstrømningen mot brønnen beskrives ved linjekildeløsningen eller Butlers løsning. Det antas uniform innstrømning til hver pseudobrønn og brønn og reservoar kobles sammen ved en iterasjonsprosess.

Horisontalbrønnen kan normalt modelleres med 10 - 20 pseudobrønner. Brønnens diameter og ruhet bestemmer i stor grad hvor høy produksjonsrate en oppnår, mens reservoarets permeabilitet og trykkforskjellen reservoar / brønn er de viktigste reservoarrelaterte perametre som bestemmer reservoarets produktivitet.

Det totale trykktapet i en horisontalbrønn domineres av friksjonstrykktapet, og aksellerasjonstrykktapet kan som oftest neglisjeres.

En horisontalbrønn som penetrerer et inhomogent reservoar bør ikke plasseres slik at brønnens hæl ligger i den høypermeable sonen fordi den høye permeabiliteten kombinert med lavt brønntrykk gjør at mesteparten av produksjonen vil skje der.

Pseudobrønnteknikken anvendt med linjekildeløsningen gir høyere svar for trykkfall og rate enn Butlers løsning, og har en hovedtrend som likner den som en forventer seg i virkeligheten. Pseuobrønnteknikken med linjekildeløsningen har dessuten vist seg å samsvare relativt bra for trykk og rate i en PLT-logget horisontalbrønn på Troll.



REFERANSER

(1980) Olsson R.M.: Essentials of Engineering Fluid Mechanics, Harper & Row Publishers, New York, 1980

(1986) Joshi S.D. "Argumentation of well productivity using slant and horizontal wells", SPE 15375 presentert på Annual Meeting i New Orleans, 5-8 okt, 1986

(1987) Kossack C. A., Kleppe J., Aasen T.:"Oil production from the Troll field: A comparison of horizontal and vertical wells", SPE 16869 presentert ved den 62nd Technical Conference and Exhibition, Dallas Texas, 27-30 september, 1987

(1988) Berge K.: Produksjonsbrønner, Vett & Viten A/S, Sandvika, 1988

(1989) Gudmundsson J.S.: NTNU, Institutt for Petroleumsteknologi og Anvendt Geofysikk, S.P. Andersens vei 12, 7033 Trondheim

(1990) Fevang Ø: Pseudobrønnteknikken - Oppførselsmodellering for horisontale brønner. Hovedoppgave, IPT, Trondheim 1990

(1990) Dikken Ben J.:"Pressure Drop in Horizontal Wells and Its Effect on Production Performance" JPT, 1990

(1990) Hovland S. og Jones C.:"Planning, Implemenation and Analysis of the First Troll Horizontal Well Test, SPE 20963 presentert ved Europec 90, Haag, Nederland, 22-24 oktober 1990

(1991) Nag Ltd: NAG Volum 5, 1st edition, Oxford UK, 1995

(1991) Joshi S.D.: Horizontal Well Tecnology, PennWell Books, Tulsa, 1991

(1993) Koffman E.B., Friedman F.L.:FORTRAN with Engineering Applications, Addison-Wesley Publishing Company, 5th edition, Temple University, 1993

(1993) Oljedirektoratet: Økt oljeutvinning - Norsk kontinentalsokkel, OD, November 1993

(1992) Hedenstad Ann Kristin: Performance of Horizontal Wells", Hovedoppgave, IPT / NTH, Tronheim, Januar 1992

(1994) Asheim H: Kompendium i Prod. III, kapittel 4: Horizontal Wells, IPT, Trondheim, 1994

(1994) Butler R: Horizontal wells for recovery of oil gas and bitumen, Calgary 1994

(1995) Permadi P:"Practical methods to forecast production performance of horizontal wells". SPE 29310 presentert ved SPE Asia an Pacific oil conf. i Kuala Lumpur, Malaysia, 20-22 mars 1995

(1995) Horne R.N.: Modern Well Test Analysis, 2nd edition, Petroway, Inc, Palo Alto California, Mai 1995

(1995) Jelmert T.A.: Brønntesting I, Kompendium, IPT / NTH, Troondheim, 1995 (1996) Dahlberg K.: Innstrømning i horisontale brønner, hovedoppgave, IPT / NTNU, Desember 1996

(1996) Su Ze: Pressure Drop in Perforated Pipes for Horizontal Wells. Doktor ingeniøravhandling 1996:43, NTNU, Trondheim 1996


Last modified: Mon Feb 24 16:25:22 NFT 1997