Trykktap og temperatur i grenpunkter i multilaterale brønner

Stein Vegar Larsen
Juni 1996

SAMMENDRAG

For komplettering uten spesielle strupeinnretninger er trykktapet i grenpunktet lite. Det er ikke mulig å beregne ratefordelingen i brønnen for så små trykktap som disse grenpunktene genererer. Friksjonstap dominerer trykktapet opp til grenpunktet. Tapet i grenpunktet kan neglisjeres bortsett fra for svært gode reservoar. For disse kan trykktapet i grenpunktet være i samme størrelsesorden som trykkforskjellen mellom reservoaret og brønnen, og tapet i grenpunktet vil i tilfelle påvirke produksjonen. Nedihulls struping ved hjelp av for eksempel strupeventiler kan brukes til å beregne ratebidraget fra hver gren.

Bruk av temperaturmåling i grenpunktene for å finne ratefordelingen forutsetter dybdeforskjeller mellom grenene. Temperaturforskjellen mellom fluidene ved grenpunktet er i praksis den samme som mellom reservoarene grenene drenerer. Tidstransiente effekter har liten betydning for nøyaktigheten av slike beregninger. Ved produksjon av fri gass kan ekspansjonskjøling av brønnfluiden ha betydning for temperaturen. Dersom brønnen produserer bare olje og vann har dette ingen betydning. Begrensninger for målenøyaktigheten og usikkerheter i beregninger gjør at en bør ha dybdeforskjeller på minst 40 meter for å kunne beregne ratefordelingen med god nøyaktighet.

INNLEDNING

Med dagens teknologi er det vanskelig å bestemme og regulere ratebidraget og ratesammensetningen fra hver gren i en flergrenet brønn. Overflatemålinger av rate og sammensetninger forteller ikke hvilken gren som for eksempel har gass eller vanngjennombrudd, eller hvor mye olje, vann og gass hver gren produserer. Utvikling av metoder for a bestemme og kontrollere bidragene fra hver gren er derfor viktig for å optimalisere ytelsen for slike brønner.

Optimalisering av produksjonen innebserer at en kan kontrollere trykk og rate fra hver enkelt gren, slik at disse kan justeres i forhold til trykk og rater fra resten av brønnen. Nøkkelen til både å bestemme og kontrollere bidragene fra hver gren ligger blant annet i forståelse av temperatur og trykkoppførsel i grenpunktene i slike brønner. Nye, avanserte brønner som planlegges vil gi muligheten til kontinuerlig trykk- og temperaturmålinger langs hele brønnbanen, slik at god forståelse av trykk- og temperaturendringer kan bety kontinuerlig rateovervåking av hele brønnen.

I denne diplomoppgaven skal det arbeides med trykk- og temperaturendringer i grenpunktene i multilaterale brønner. Formålet med dette er å undersøke om disse endringene kan brukes for å produksjonslogge slike brønner, og dermed bestemme bidraget fra hver enkelt gren. Slike undersøkelser vil innebære en sensitivitetsstudie, der endring av forskjellige parameteres betydning for trykk og temperatur i grenpunktene undersøkes. Forskjellige kompletterings- muligheter skal undersøkes, der selve grenpunktet utgjør hovedforskjellen mellom alternativene.

KONKLUSJON

Trykktapet i grenpunktene er lite, men kan ha betydning for gode reservoar med lave trykkfall inn mot brønnen.

Trykktapet ved vanlig komplettering av grenpunktene er for lite til at dette kan brukes som en rateindikator. Bruk av strupeventiler vil øke muligheten for rateberegninger pa grunnlag av trykktap.

Temperaturmålinger i grenpunktene kan være en nøyaktig rateindikator, forutsatt temperaturforskjeller (dybdeforskjeller) mellom grenene. Transiente effekter for nedihulls temperaturer er små, og er ikke avgjørende for temperaturen ved grenpunktene.

Ekspansjonskjøling av brønnfluiden kan være avgjørende for påliteligheten av nedihulls temperaturmålinger, og bør inkluderes i simulatoren som er brukt.

REFERANSER

Alves, I.N et al: A Unified Modelfor Predicting Flowing Temperanure Distribution in Wellbores and Pipelines, SPE Production Engineering, 1992.

Blevins, R.D.: Applied Fluid Dynamics Handbook, Krieger Publishing Company, 1992

Gardel, A: Les pertes de charge dans les eocoulements au travers de branchements en te', Bulletin Technique De la Suisse Romandie, 1957

Golan, M, Whitson, C.H: Well Performance,2nd edition, Prentice Hall Inc., 1991

Gudmundsson, J.S: Pressure drop in petroleum production operations,. Instutt for petroleumsteknologi og anvendt geofysikk, NTH, 1995

Idelchik, I.E: Handbook of Hydraulic Resistance,2nd edition, Hemisphere Publishing Corporation, 1986

Ivarrud, Endre: Temperaturberegninger i oljebrønner, Diplomoppgave, NTH, 1995

Haaland, S.E: Simple and Explicit Forrnulas for the Fricton Factor in Turbulent Pipe Flow, Journal of Fluids Engineering, Vol 105, Mars 1983

Halliburton, presentasjon SPE Mulilateral Wells Seminar, Bergen, mars 1996 Holman, J.P: Thermodynamics, 4th edition, McGraw-Hill Book Company, 1988

Miller,D.S: Internal Flow Systems, 2nd edition, BHRA Information Services, 1990

Kamps, H. og Siamos, A., presentasjon SPE Mulilateral Wells Seminar, Bergen, mars 1996

Knudsen, J.D. & Katz, D. L.: Fluid Dynamics and Heat Transfer, McGraw-Hill Book Company, 1958

Mokveld valves bv: Sizing manual Compressible Fluids, Mokveld, 1991

Norsk Hydro, Dag Mustad og Tormod Johansen, muntlig og skriftlig kommunikasjon våren 1996

Petroleum Engineering Services Ltd. presentasjon SPE Mulilateral Wells Seminar, Bergen, mars 1996

Ramey, H.J, Jr: Wellbore Heat Transmission, Journal of Petroleum Technology, April 1962

Sagal, R.K, Doty, D.R, og Schmidt, Z: Predicting Temperature Profiles in a Flowing Well, SPE 19702, San Antonio, Texas, 1989

Su, Z og Gudmundsson, J.S: Pressure losses in liquidflow at combining pipe junctions and perforations, Institutt for petroleumsteknologi og anvendt geofysikk, NTH, 1994

Wallis, G. B: One-dimensional two-phaseflow, McGraw-Hill Book Company, 1969

Whitson, C. H: Fluid Properties Data Book, Division of Petroleum Engineering and Applied Geophysics, NTH, 1994