Đang tải... (xem toàn văn)
ABSTRACTBơm luân phiên khí nước (WAG) hoặc bơm đồng thời khí nước (SWAG) đã được đề xuất như là giải pháp rất tốt để vượt qua phân dị lực hấp dẫn và hiệu suất tốt hơn trong EOR so với bơm khí liên tục thông thường (CGI). Tuy nhiên quá trình WAG gây ra một số vấn đề liên quan với tăng độ bão hòa nước bao gồm khí bơm giảm. Là một thay thế hiệu quả cho WAG, bơm ép khí có hỗ trợ của phân dị trọng lực (GAGD) cho các tầng chứa thông thường đã được phát triển (US Patent 20060289157) mà lợi dụng sự phân dị tự nhiên của khí hydrocarbon lỏng từ khi bơm. Quá trình GAGD bao gồm việc đặt một giếng sản xuất ngang gần phía dưới của bể dầu và bơm khí qua giếng thẳng đứng hiện tại. Khi khí bơm tăng tạo thành một khu vực khí đốt, dầu mỏ phân dị xuống cho giếng sản xuất ngang. Áp dụng cho GAGD IOR trong tầng chứa tự nhiên bị gãy được thảo luận ở đây dựa trên một số sự kiện và con số.
IPTC 13244 Gas-Assisted Gravity Drainage (GAGD) Process for Improved Oil Recovery Norollah Kasiri and A Bashiri, Iran University of Science & Technology Copyright 2009, International Petroleum Technology Conference This paper was prepared for presentation at the International Petroleum Technology Conference held in Doha, Qatar, 7–9 December 2009 This paper was selected for presentation by an IPTC Programme Committee following review of information contained in an abstract submitted by the author(s) Contents of the paper, as presented, have not been reviewed by the International Petroleum Technology Conference and are subject to correction by the author(s) The material, as presented, does not necessarily reflect any position of the International Petroleum Technology Conference, its officers, or members Papers presented at IPTC are subject to publication review by Sponsor Society Committees of IPTC Electronic reproduction, distribution, or storage of any part of this paper for commercial purposes without the written consent of the International Petroleum Technology Conference is prohibited Permission to reproduce in print is restricted to an abstract of not more than 300 words; illustrations may not be copied The abstract must contain conspicuous acknowledgment of where and by whom the paper was presented Write Librarian, IPTC, P.O Box 833836, Richardson, TX 75083-3836, U.S.A., fax +1-972-952-9435 ABSTRACT Bơm luân phiên khí nước (WAG) bơm đồng thời khí nước (SWAG) đề xuất giải pháp tốt để vượt qua phân dị lực hấp dẫn hiệu suất tốt EOR so với bơm khí liên tục thông thường (CGI) Tuy nhiên trình WAG gây số vấn đề liên quan với tăng độ bão hòa nước bao gồm khí bơm giảm Là thay hiệu cho WAG, bơm ép khí có hỗ trợ phân dị trọng lực (GAGD) cho tầng chứa thông thường phát triển (US Patent 2006/0289157) mà lợi dụng phân dị tự nhiên khí hydrocarbon lỏng từ bơm Quá trình GAGD bao gồm việc đặt giếng sản xuất ngang gần phía bể dầu bơm khí qua giếng thẳng đứng Khi khí bơm tăng tạo thành khu vực khí đốt, dầu mỏ phân dị xuống cho giếng sản xuất ngang Áp dụng cho GAGD IOR tầng chứa tự nhiên bị gãy thảo luận dựa số kiện số KEYWORDS: Gravity Drainage, Improved Oil Recovery, Fractured Reservoir, Simulation INTRODUCTION Các điều tra toàn giới Oil and Gas Journal (ngày 21 tháng tư năm 2008) hai thập kỷ qua cho thấy rõ ràng tính phổ biến sản xuất tăng trình bơm khí giới Tổng kết kinh nghiệm cho thấy hiệu suất quét & hiệu suât thay vấn đề lớn trình EOR thành công Hiêu suất đẩy (như mức độ di động bẫy tầng chứa dầu dư) chức số lượng mao mạch (Ca) tỷ lệ lực nhớt với lực mao dẫn Mặt khác, quét thể tích, định nghĩa tỷ lệ phần trăm hồ chứa chứa chất lỏng bơm, điều chỉnh tỷ lệ di động hồ chứa không đồng (Willhite et al., 1998): Ca = µDνD σ M= λD λ (1) d (2) λ= kl l µl (3) Để tối đa hóa hiệu trình EOR, số mao dẫn nên tối đa giảm thiểu tỷ lệ di IPTC động Quy trình EOR bơm khí tuyệt vời hiệu suất thay lực căng bề nhỏ khí bơm dầu chứa, mà giảm để bơm trộn làm tăng giá trị số mao dẫn Nhưng hiệu quét thể tích trình thiếu sót lớn (Satter et al, 2008.) Độ nhớt chất khí thường bơm carbon dioxide hydrocarbon khoảng phần mười chất lỏng chứa nhớt mà gây tỷ lệ di động không thuận lợi phân dị trọng lực khí - dầu nghiêm trọng với khu vực tầng chứa hiệu suất quét không lớn May mắn thay số công cụ dự báo trọng lực, độ nhớt sử dụng để đánh giá vấn đề (Green et al., 2000) Để nâng cao hiệu quét bơm luân phiên khí nước (WAG) thực giảm đồng thời cho yêu cầu khí bơm Mặc dù khái niệm âm thanh, trình WAG không đo theo mong đợi chứng (5-10%) thu hồi thấp 59 lĩnh vực ứng dụng (Kulkarni et al., 2006) Cải thiện tỷ lệ di động không hoàn hảo tăng độ bão hòa nước di động có tạo màng chắn nước (các lớp màng nước ngăn chặn dầu khí tiếp xúc trực tiếp dùng để bơm khí trộn lẫn, trì hoãn khởi hòa trộn) biện minh cho việc thu hồi vòng quy trình WAG Hệ thống phân dị trọng lực dầu, thông qua việc mở rộng mũ khí bơm khí đỉnh hồ chứa, chứng minh phương pháp bơm khí hiệu (với corefloods đáng kể nộp tra) làm giảm độ bão hòa dầu dư giá trị thấp Thu hồi cao 85-95% OOIP (Original Oil in Place) báo cáo lĩnh vực thử nghiệm gần 100% hiệu thu hồi quan sát thấy phòng thí nghiệm (Ren, 2002) Bơm khí ổn định trọng lực lợi dụng chênh lệch mật độ khí chất lỏng bơm gây vấn đề hiệu suất quét nghèo trọng lực đè lũ khí ngang (như WAG) Khái niệm sử dụng phần để giới thiệu trình EOR tầng chứa nứt nẻ tự nhiên GAS–OIL GRAVITY DRAINAGE (GOG D) IN NFR Trong vỉa nứt nẻ tự nhiên (NFR), có hầu hết lượng dầu bao quanh hệ thống khe nứt thề tích có tinh thấm (không phải cho tất loại tầng chứa nứt nẻ Type II hay gặp phải phía nam Iran): Table1: Classification of Naturally Fractured Reservoir (Nar et al., 2006) NFR TYPE DEFINITION TYPE1 Fractures provide essential porosity and permeability TYPE2 Fractures provide essential permeability TYPE3 Fractures provide a permeability assistance EXAMPLES Amal, Libya Edison, California Agha Jari, Iran Haft kel, Iran Spraberry Trend Area, Texas Kirkuk, Iraq Dukhan,Quatar Trong hồ chứa vậy, khó áp dụng chênh lệch áp suất ma trận để khôi phục lại dầu trình dịch chuyển thông thường chất lỏng bơm chảy qua hệ thống nứt nẻ bỏ qua dầu ma trận Tuy nhiên hệ thống nứt nẻ có ranh giới khí – dầu(GOC) rõ rệt so với GOC ma trận, sau cân thủy tĩnh tạo Dầu ma trận chỗ GOC bao quanh khí buộc phải thoát xuống mật độ cao cuối vào rãnh khe nứt dầu Như rãnh dầu từ ma trận thay khí dầu thu thập hệ thống khe nứt sau khai thác Quá trình gọi hệ thống thoát nước trọng lực khí-dầu (GOGD).IPTC Hình Cho thấy khuôn khổ toán học cho hệ thống phân dị trọng lực từ khối tầng chứa bị vỡ Van Golf-Racht (1982) cho phân dị trọng lực đổi chỗ dầu khí bắt đầu cột khí khe nứt (Hg) cao so với chiều cao ngưỡng đổi chỗ áp lực mao dẫn có ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất dầu sản xuất đến mức lực hấp dẫn lớn lực mao dẫn Sự phân dị trọng lực tầng chứa nứt nẻ tự nhiên ảnh hưởng mạnh mẽ mức độ liên tục mao dẫn khối ma trận khe nứt, trình xâm nhập ngược dầu từ khe nứt cho khối ma trận (Kleppe, 1996): Fig.1 Oil Displacement by Gas oil Gravity Drainage within Matrix Block of Fractured Reservoir Một vấn đề quan trọng việc nghiên cứu tầng chứa nứt nẻ tự nhiên điều tra diện mức độ mao mạch liên tục cấu trúc tầng chứa (Tham khảo Hình cho khác tương tác gãy-matrix) Một số tác giả ủng hộ diện mao mạch liên tục (Block-Block Interaction) tầng chứa nứt nẻ kết luận họ chủ yếu dựa kết thí nghiệm phòng thí nghiệm cách hời hợt đơn giản quan sát mô (Saidi, 2006) không hợp lệ cho nghiên cứu mô thực tế Fig.2 Schematic Representation of Different Types of Matrix-Fracture Interaction (Saidi, 1987) Ví dụ, mao mạch liên tục tốt tồn khối, nén tầng chứa nứt nẻ cách bơm khí chủ yếu cung cấp cho lợi ích bão hòa dầu dư Trong mao mạch liên tục tồn tầng chứa, khí nén cải thiện đáng kể thu hồi dầu giảm sức căng bề đạt chiều cao ngưỡng ma trận Sự diện mức độ liên tục mao dẫn ước tính cách phân tích biến động tỷ lệ sản xuất dầu so với thay đổi độ dày cột dầu biến thể hệ khí-dầu hồ chứa (Saidi, 1987) Ngoài khe nứt ngang dần lấp đầy với vật liệu không thấm nước sau mao mạch nghèo liên tục nên kỳ vọng Do xác định mao mạch liên tục (và mức độ nó) hồ chứa nứt nẻ quan trọng so với mô hình toán học An important aspect in gas-oil gravity drainage of fractured reservoirs (with direct impact on gravity drainage and EOR processes such as gas assisted gravity drainage) is reinfiltration process when drained oil from an upper matrix block IPTC enters (totally or partially) into lower one (Fig.2) The flow from one block to another (reinfiltration) is either achieved by film flow across contact points or by liquid bridges The reinfiltration mechanism is also time dependent, since liquid bridging provides the main transmissibility in the initial stage of the gravity drainage process Later the oil saturation in the fractures will be very low and the main liquid transmissibility from block to block is due to film flow This final period is of long duration and is very important for the overall recovery Therefore EOR process in NFR such as Gas Assisted Gravity Drainage (GAGD) that refers to gravity drainage as main recovery mechanism should pay attention to mathematical modeling of these complex reservoirs Một khía cạnh quan trọng hệ thống phân dị trọng lực khí-dầu tầng chứa nứt nẻ trình xâm nhập ngược dầu từ phía khối ma trận (hoàn toàn phần) vào thấp (Hình 2) Các dòng chảy từ khối khác (xâm nhập ngược) đạt dòng qua điểm tiếp xúc cầu lỏng Cơ chế xâm nhập ngược phụ thuộc thời gian, kể từ chuyển tiếp chất lỏng giai đoạn đầu trình phân dị trọng lực Sau bão hòa dầu khe nứt thấp lan truyền chất lỏng từ khối để chặn lưu lượng chảy Giai đoạn cuối có thời gian dài quan trọng thu hồi tổng thể Vì trình EOR NFR bơm ép khí có hỗ trợ phân dị trọng lực (GAGD) đề cập đến hệ thống phân dị trọng lực chế thu hồi nên ý đến mô hình toán học tầng chứa phức tạp GAS ASSISTED GRAVITY DRAINAGE IN NATURALLY FRACTURED RESERVOIR (GAGD tầng chứa nứt nẻ): Quá trình bơm ép khí hỗ trợ phân dị trọng lực (GAGD) (Rao et al., 2008) cung cấp trình mà ngoại suy thành công Quá trình GAGD bao gồm việc đặt giếng sản xuất ngang phía vùng chứa dầu bơm khí thông qua giếng thẳng đứng (vào nắp khí) lực hấp dẫn di dời quét toàn tầng chứa Quá trình lợi hiệu ứng phân dị trọng lực giếng ngang công nghệ với nhiều loại khác tầng chứa Giếng ngang có lợi cho suất cao (do tiếp xúc lớn với tầng chứa) Hơn nữa, giếng ngang lý tưởng cho trình phân dị trọng lực (Rao et al, 2004) Ưu điểm việc đặt ngang phía vùng dầu GAGD dẫn dầu từ nắp khí giải pháp dẫn bị cạn kiệt, lực trọng lực tạo sản lượng dầu tiếp Một lợi thứ hai giếng ngang họ trì hoãn đột phá khí xâm lấn nước: Fig 3: Schematic of Gas Assisted Gravity Drainage Process (US Patent 2006/0289157) The only published experimental data (immiscible Injection) related to GAGD within a simple fractured core with only two vertical fractures (Mahmoud et al., 2007) have been checked here with an in-house numerical code for fractured reservoir simulation Due to nature of the code which is developed for well-fractured reservoir and estimation of some data that was not reported for mentioned fractured core it is interesting that good agreement is available between predicted and actual data Regardless of simulation results and refer to experimental trend within this example (Fig 4) and importance of gas-oil gravity drainage within NFR as major recovery mechanism it can be stated that GAGD should be considered as competitive IOR candidate for naturally fractured reservoir with deep oil column Kulkarni et al (2006) introduced a new dimensionless group as "gravity Drainage Number" with corresponding approximate correlations for GAGD oil recovery (miscible and immiscible) based on some 2D physical model, 1D Core Floods and 3D Filed data: Các liệu thực nghiệm công bố (bơm không hoà trộn) liên quan đến GAGD mẫu lõi nứt nẻ với hai vết nứt thẳng đứng (Mahmoud et al., 2007) kiểm tra mô tầng chứaIPTC nứt nẻ Do tính chất mật mã phát triển cho giếng tầng chứa nứt nẻ ước lượng số liệu không báo cáo cho đề cập mẫu lõi nứt nẻ, thú vị thỏa thuận liệu tốt có sẵn dự đoán thực tế Bất kể kết mô tham khảo xu hướng thử nghiệm ví dụ (Hình 4) tầm quan trọng hệ thống phân dị trọng lực khí-dầu NFR chế thu hồi lớn khẳng định GAGD nên coi ứng cử viên cạnh tranh với IOR tầng chứa nứt nẻ tự nhiên Kulkarni et al (2006) giới thiệu nhóm thứ nguyên "Số phân dị trọng lực" tương ứng để thu hồi dầu GAGD (có thể trộn trộn lẫn) dựa số mô hình vật lý 2D, 1D 3D: q ( ) NGD = NG + [ g N + N ] o ¢ B q ( ) Trong NB (Bond Number) đo lực tương đối trọng lực lực mao dẫn NG kết hợp liên kết mao mạch Cấu trúc NGD k (độ thấm tuyệt đối) nguồn gốc khác biệt giá trị tầng chứa nứt nẻ Trêncơ sở tầng chứa nứt nẻ có độ thấm tuyệt đối cao so với quy ước (nói chung), liệu thử nghiệm hình trở nên hợp lý Cũng đề cập đến mối tương quan gần (Equation7 & 8) định nghĩa số lượng phân dị trọng lực nói GAGD mang lại thu hồi tổng thể tốt tầng chứa nứt nẻ sức căng bề mặt nhỏ (gần không) phát triển hệ khí bơm chất lỏng chứa, điều kiện làm tăng số lượng mao dẫn giá trị liên kết k Δqg ( ) $ NB = o (5) og k Δqg ( ) $ NG = µ r o d (6) ( ) ( ) Rimmiscib1e % = 4.59 ln NGD + 32.3 (7) 100 90 80 70 60 50 40 30 Fra ctured Core Experimental Fra ctured Core Simulation Unfra ctured Core 20 10 0 50 100 150 200 Recovery, 250 300 ( ) ( ) Rmiscib1e % = 4.57 ln NGD + 55.39 (8) Re ry, Fig 4: Numerical and Experimental Prediction of GAGD within a simple fractured core (Core Data from Mahmoud et al., 2007) CONCLUSION Ứng dụng bơm ép khí hỗ phân dị trọng lực (GAGD) tầng chứa nứt nẻ tự nhiên (NFR) thảo luận viết Có thể nói trình GAGD tầng chứa nứt nẻ khí hoà trộn giúp thu hồi tốt so với khí hoà trộn mật độ tương đối khí bơm chất lỏng chứa vấn đề khác cần xem xét cẩn thận trình lựa chọn khí bơm NOMENCLATURE Ca: Capillary Number λD: Mobility of the displacing fluid phase λd: Mobility of the displaced fluid phase λl: Mobility of the fluid kl: Effective Permeability of Phase l, mD µl: Visocity of Phase l, Pas sec σ: Interfacial Tention, N/m ν: Darcy Velocity, m/sec M: Mobility Ratio, Dimensionless µD: Displacing Fluid Viscosity, Pas Sec REFERENCES Christensen, J R., Stenby, E H., Skauge, A., 2001.Review of the WAG field experience, SPE Reservoir Evaluation & Engineering (SPE 71203), Vol 4, No 2: 97-106 Chugh, S., Baker, R., Cooper, L., Steven, S., 2000.Simulation of Horizontal Wells to Mitigate Miscible Solvent Gravity Override in the Virginal Hills Margin, Journal of Canadian Petroleum Technology, Vol 39, No.2: 28-34 Fung, L.S-K., 1991.Simulation of Block-to-Block Processes in Naturally Fractured Reservoirs", SPE Reservoir Engineering, Vol 6, No 4: 477-484 Fung, L.S-K, 1993.Numerical Simulation of Naturally Fractured Reservoirs, SPE 25616, Middle East Oil Show, Society of Petroleum Engineers, Bahrain, pp 203-213 Green, D.W., Willhite, G.P., 1998.Enhanced Oil Recovery, SPE, Texas, USA, 545 pp Kleppe, J., Uleberg, K., 1996 Dual Porosity, Dual Permeability Formulation for Fractured Reservoir Simulation, Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Trondheim RUTH Seminar, Stavanger Kulkarni, M M., Rao, D.N., 2006 Characterization of Operative Mechanisms in Gravity Drainage Field Projects through Dimensional Analysis, SPE 103230, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, Texas, USA, Mahmoud, T.N., Rao, D.N., 2007.Mechanisms and Performance Demonstration of the Gas-Assisted Gravity Drainage Process Using Visual Models, SPE 110132, SPE Annual Technology Conference and Exhibition, California, USA Narr, W., Schechter, D.W., Thompson, L.B., 2006.Naturally Fractured Reservoir Characterization, Society of Petroleum Engineers, Texas, USA, 112 pp Rao, D.N., Sharma, A.P., 2008 Scaled Physical Model Experiments to Characterize the Gas-Assisted Gravity Drainage EOR Process, SPE 113424, SPE/DOE Symposium on Improved Oil Recovery, Oklahoma, USA Rao, D N., Ayirala, S C., Kulkarni, M.M., Sharma, A P., 2004.Development of the Gas Assisted Gravity Drainage (GAGD) Process for Improved Light Oil Recovery”, SPE 89357, SPE/DOE Fourteenth Symposium on Improved Oil Recovery, Tulsa, Oklahoma, USA Ren, W., 2002.Application of the Gravity Assisted Tertiary Gas Injection Process, M.Sc Thesis, University of Alberta, Edmonton, Canada, 2002 Saidi, A.M., 2006 Status of Dual Porosity Reservoir simulation and expected features of a new rigorous model, Technical Presentation, Petroleum Engineering and Development Company, Tehran-Iran Saidi, A.M., 1987 Reservoir Engineering of Fractured Reservoirs, TOTAL Edition press, 864 pp Satter, A., Bushwalter, J.L., Lgbal, G.M., 2008.Practical Enhanced Reservoir Engineering: Assisted with Simulation Software, PennWell Corporation, Tulsa, Oklahoma, USA, 706 pp Van Golf-Racht, T.D., 1982.Fundamentals of Fractured Reservoir Engineering, Elsevier Scientific Publishing Company, New York, USA, 710 pp