Σύστημα Παραγωγής

Μάθημα: ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΩΝΚεφάλαιο 11ο: ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΤΗΤΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ

Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΣχολή Μηχ. Μεταλλείων – ΜεταλλουργώνΤομέας ΜεταλλευτικήςΤομέας ΜεταλλευτικήςΚαθηγ.: Καθηγ.: Σ. ΣταματάκηΣ. Σταματάκη

1/13

Σύστημα Παραγωγής

Η βασική μονάδα κάθε συστήματος παραγωγής HC είναι η γεώτρηση παραγωγής η οποία αποτελείται από δύο αλληλεπιδρώντα μέρη (υποσυστήματα):

• Τον ταμιευτήρα ή τμήμα του ταμιευτήρα από το οποίο αντλεί ρευστό η γεώτρηση

• Το πηγάδι (σωλήνας παραγωγής (tubing)/κεφαλή της γεώτρησης (well head)/βαλβίδα ρύθμισης (choke), μέσω του οποίου το ρευστό που αποδίδει ο ταμιευτήρας μεταφέρεται στην επιφάνεια

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11

ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΤΗΤΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ – ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΥΠΕΔΑΦΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11




2/13

Η παραγωγή στην επιφάνεια δεν μπορεί να υπερβαίνει την ποσότητα ρευστού που εισρέει στη γεώτρηση από τον ταμιευτήρα, ανεξάρτητα της χωρητικότητας της σωλήνας παραγωγής (tubing).

Η παραγωγή στην επιφάνεια δεν μπορεί να υπερβαίνει την ποσότητα ρευστού που μπορεί να μεταφερθεί μέσω του πηγαδιού, ανεξάρτητα της

ποσότητας που μπορεί να εισρεύσει στη γεώτρηση από τον ταμιευτήρα.

Η παραγωγή στην επιφάνεια δεν μπορεί να υπερβαίνει την ποσότητα ρευστού που εισρέει στη γεώτρηση από τον ταμιευτήρα, ανεξάρτητα της χωρητικότητας της σωλήνας παραγωγής (tubing).

Η παραγωγή στην επιφάνεια δεν μπορεί να υπερβαίνει την ποσότητα ρευστού που μπορεί να μεταφερθεί μέσω του πηγαδιού, ανεξάρτητα της

ποσότητας που μπορεί να εισρεύσει στη γεώτρηση από τον ταμιευτήρα.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


Αλληλεπίδραση ταμιευτήρα / γεώτρησης παραγωγής

Η παραγωγή από μια γεώτρηση στην επιφάνεια είναι αποτέλεσμα αλληλεπίδρασης και εξισορρόπησης των υποσυστημάτων



3/13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


Αγνοείται προς στιγμή η συμπεριφορά και η δυναμικότητα της παραγωγικής σωλήνας

Αγνοείται προς στιγμή η συμπεριφορά και η δυναμικότητα της παραγωγικής σωλήνας

Δείκτης Παραγωγικότητας (Ποσότητα HC που εισρέουν στη γεώτρηση παραγωγής) Inflow Performance Index- IPR

1. Γραμμικό (Straight-line) IPR

Συσχέτιση ?

qsc : Ρυθμός παραγωγής στην επιφάνεια

ΔΡ = Pres –Pwj : Διαφορά μεταξύ της μέσης

πίεσης του ταμιευτήρα (Pres) & της πίεσης

στον πυθμένα της γεώτρησης Pwf

Συσχέτιση ?

qsc : Ρυθμός παραγωγής στην επιφάνεια

ΔΡ = Pres –Pwj : Διαφορά μεταξύ της μέσης

πίεσης του ταμιευτήρα (Pres) & της πίεσης

στον πυθμένα της γεώτρησης Pwf

2. Vogel IPR

Όταν η πίεση στον ταμιευτήρα (Pres) αλλά

και η πίεση στον πυθμένα της γεώτρησης (Pwf) είναι υψηλότερες της πίεσης σημείου

φυσαλίδας (bubble point)

Όταν η πίεση στον ταμιευτήρα (Pres) αλλά

και η πίεση στον πυθμένα της γεώτρησης (Pwf) είναι υψηλότερες της πίεσης σημείου

φυσαλίδας (bubble point)

Άλλως



4/13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11



q J P Psc res wf ( )

Δείκτης παραγωγικότητας

Productivity Index- PIPI J

q

P Psc

res wf

[stb/d/psi]

w

eo

sc

rrlnBμ141.2

hk

ΔP

qJ

Ο Δείκτης Παραγωγικότητας ΡΙ, είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για τη σύγκριση της

παραγωγικότητας διαφορετικών γεωτρήσεων καθώς συνδυάζει όλες τις ιδιότητες του

πετρώματος και του ρευστού σε μια μοναδική σταθερά, όπως προκύπτει από το Νόμο του

Darcy

Ο Δείκτης Παραγωγικότητας ΡΙ, είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για τη σύγκριση της

παραγωγικότητας διαφορετικών γεωτρήσεων καθώς συνδυάζει όλες τις ιδιότητες του

πετρώματος και του ρευστού σε μια μοναδική σταθερά, όπως προκύπτει από το Νόμο του

Darcy



5/13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΔΡ

Pwf = 0 psig (πίεση στον πυθμένα

της γεώτρησης = ατμοσφαιρική)

Ρυθμός παραγωγής = qmax.

Η τιμή αυτή είναι γνωστή ως Δυναμικό Απόλυτα Ελεύθερης Ροής (Absolute Open Flow Potential - AOFP) και παρ΄’όλο που οι συνθήκες για την επίτευξή του δεν ικανοποιούνται ποτέ στην πράξη, αποτελεί έναν χρήσιμο ορισμό καθώς

χρησιμοποιείται ως μέτρο σύγκρισης της αποδοτικότητας διαφορετικών γεωτρήσεων στο ίδιο κοίτασμα.

Ρυθμός παραγωγής = qmax.

Η τιμή αυτή είναι γνωστή ως Δυναμικό Απόλυτα Ελεύθερης Ροής (Absolute Open Flow Potential - AOFP) και παρ΄’όλο που οι συνθήκες για την επίτευξή του δεν ικανοποιούνται ποτέ στην πράξη, αποτελεί έναν χρήσιμο ορισμό καθώς

χρησιμοποιείται ως μέτρο σύγκρισης της αποδοτικότητας διαφορετικών γεωτρήσεων στο ίδιο κοίτασμα.




6/13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11



Αιτίες απόκλισης από το Γραμμικό IPR

• Η ανάπτυξη κορεσμού ελεύθερου αερίου στον ταμιευτήρα, που μεταβάλλει τη σχετική διαπερατότητα ως προς το πετρέλαιο

• Η τυρβώδης ροή σε υψηλούς ρυθμούς παραγωγής, που προκαλεί μεγαλύτερη πτώση πίεσης στην περιοχή της γεώτρησης από ό,τι προβλέπει το γραμμικό μοντέλο.

• Η αύξηση του ιξώδους του πετρελαίου καθώς η πίεση πέφτει κάτω από την πίεση σημείου φυσαλίδας και πιθανώς η συμπίεση του σχηματισμού σε πολύ χαμηλές πιέσεις, που επηρεάζει την απόλυτη διαπερατότητα του πετρώματος

Αιτίες απόκλισης από το Γραμμικό IPR

• Η ανάπτυξη κορεσμού ελεύθερου αερίου στον ταμιευτήρα, που μεταβάλλει τη σχετική διαπερατότητα ως προς το πετρέλαιο

• Η τυρβώδης ροή σε υψηλούς ρυθμούς παραγωγής, που προκαλεί μεγαλύτερη πτώση πίεσης στην περιοχή της γεώτρησης από ό,τι προβλέπει το γραμμικό μοντέλο.

• Η αύξηση του ιξώδους του πετρελαίου καθώς η πίεση πέφτει κάτω από την πίεση σημείου φυσαλίδας και πιθανώς η συμπίεση του σχηματισμού σε πολύ χαμηλές πιέσεις, που επηρεάζει την απόλυτη διαπερατότητα του πετρώματος

H καμπυλότητα πίεσης-ρυθμού παραγωγής γίνεται εντονότερη σε υψηλούς ρυθμούς παραγωγής

Για την επίτευξη ενός ρυθμού παραγωγής απαιτείται μεγαλύτερο ΔΡ από αυτό που

προκύπτει από το γραμμικό IPR

O δείκτης παραγωγικότητας ΡΙ μειώνεται όσο το ΔΡ μεγαλώνει.

ΡΙ δεν είναι σταθερό για όλη την παραγωγική ζωή του ταμιευτήρα



7/13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


2. Vogel IPR (ταμιευτήρες κορεσμένου πετρελαίου)

Μεταβολή του IPR συναρτήσει της απόληψης (δεδομένα από μεγάλο εύρος συνθηκών απόληψης σε κορεσμένα κοιτάσματα)

Μορφή του αδιάστατου IPR συναρτήσει του αδιάστατου ρυθμού παραγωγής

2

res

wf

res

wf

max

sc

PP

8.0PP

2.01q

q

qmax = Δυναμικό απόλυτα ελεύθερης ροής (όταν Pwf = ατμοσφαιρική πίεση)



8/13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


Inflow Performance Relation

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 100 200 300 400 500 600

qsc (STB/d)

Pw

f (p

sig

)

Pres = 4000 psig

AOFP = 480 STB/d

2. Vogel IPR



9/13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


Ανακεφαλαίωση

Η χάραξη των καμπύλων IPR απαιτούν γνώση :

1. Της μέσης πίεσης του ταμιευτήρα Ρres

2. Το σημείο φυσαλίδας του πετρελαίου (bubble point)

3. Αποτελέσματα από μία τουλάχιστον δοκιμή παραγωγής (ταυτόχρονη μέτρηση των qsc και Pwf )

4. Των κανονισμών που τυχόν ισχύουν στην περιοχή, σχετικά με τους ρυθμούς παραγωγής

Η χάραξη των καμπύλων IPR απαιτούν γνώση :

1. Της μέσης πίεσης του ταμιευτήρα Ρres

2. Το σημείο φυσαλίδας του πετρελαίου (bubble point)

3. Αποτελέσματα από μία τουλάχιστον δοκιμή παραγωγής (ταυτόχρονη μέτρηση των qsc και Pwf )

4. Των κανονισμών που τυχόν ισχύουν στην περιοχή, σχετικά με τους ρυθμούς παραγωγής

Επικρατούσες συνθήκες και αντίστοιχη επιλογή τύπου IPR

• Εάν Pres<Pb, (υπάρχει ήδη ελεύθερο αέριο στον ταμιευτήρα) και Pwf<Pb για κάθε ρυθμό παραγωγής, η επιλογή του IPR Vogel είναι προφανής.

• Εάν Pres>Pb, και υπάρχει περιορισμός στο ρυθμό παραγωγής ώστε να ισχύει πάντα Pwf>Pb, ενδείκνυται η χρήση του γραμμικού IPR.

• Εάν Pres>Pb χωρίς περιορισμούς στο ρυθμό παραγωγής, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένας συνδυασμός των δύο IPR έτσι ώστε:

Για ρυθμούς παραγωγής όπου Pwf>=Pb, γραμμικό IPR

Για υψηλότερους ρυθμούς παραγωγής (Pwf<Pb), IPR Vogel

Επικρατούσες συνθήκες και αντίστοιχη επιλογή τύπου IPR

• Εάν Pres<Pb, (υπάρχει ήδη ελεύθερο αέριο στον ταμιευτήρα) και Pwf<Pb για κάθε ρυθμό παραγωγής, η επιλογή του IPR Vogel είναι προφανής.

• Εάν Pres>Pb, και υπάρχει περιορισμός στο ρυθμό παραγωγής ώστε να ισχύει πάντα Pwf>Pb, ενδείκνυται η χρήση του γραμμικού IPR.

• Εάν Pres>Pb χωρίς περιορισμούς στο ρυθμό παραγωγής, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένας συνδυασμός των δύο IPR έτσι ώστε:

Για ρυθμούς παραγωγής όπου Pwf>=Pb, γραμμικό IPR

Για υψηλότερους ρυθμούς παραγωγής (Pwf<Pb), IPR Vogel



10/13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


IPR Αερίου

n2wf

2ressc )PP(Cq

Η ροή αερίου έχει όμοια χαρακτηριστικά με τη ροή κορεσμένου πετρελαίου

Όπου C και n σταθερές που προσδιορίζονται από δεδομένα δοκιμών παραγωγής στο υπό μελέτη κοίτασμα αερίου



11/13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


Δείκτης Παραγωγικότητας (Ποσότητα HC που μπορεί να μεταφερθούν στην επιφάνεια

μέσω της σωλήνας παραγωγής) Tubing Performance Relation- TPR 24 24

Ισχύει για δεδομένη πίεση στην κεφαλή της γεώτρησης παραγωγής (Ρwh) & για

δεδομένο GOR

Ισχύει για δεδομένη πίεση στην κεφαλή της γεώτρησης παραγωγής (Ρwh) & για

δεδομένο GOR



12/13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


Γραφικός Προσδιορισμός Σημείου Φυσικής Ροής

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 100 200 300 400 500 600 700

qsc (STB/d)

Pw

f (p

sig

)

IPR

TPR

Natural Flow Point:

q = 415 STB/dPwf = 1600 psig

Ο ρυθμός παραγωγής που αναμένεται για μια γεώτρηση, προσδιορίζεται από την ισορροπία των τμημάτων ταμιευτήρα/σωλήνωσης που απαρτίζουν τη γεώτρηση.

Είναι ο ρυθμός ροής για τον οποίο η διαθέσιμη πίεση από τον ταμιευτήρα στον πυθμένα της γεώτρησης (όπως προσδιορίζεται από το IPR) ισούται με την απαιτούμενη πίεση για την μεταφορά της συγκεκριμένης ποσότητας ρευστού στην επιφάνεια για δεδομένη Pwh (όπως προσδιορίζεται από το TPR).

Tο σημείο ισορροπίας του συστήματος ταμιευτήρα/σωλήνωσης προσδιορίζεται από την τομή των γραφημάτων IPR και TPR και αποτελεί το σημείο φυσικής ροής της γεώτρησης, ορίζει δε το σταθερό ρυθμό παραγωγής που αναμένεται για την συγκεκριμένη γεώτρηση.

Ο ρυθμός παραγωγής που αναμένεται για μια γεώτρηση, προσδιορίζεται από την ισορροπία των τμημάτων ταμιευτήρα/σωλήνωσης που απαρτίζουν τη γεώτρηση.

Είναι ο ρυθμός ροής για τον οποίο η διαθέσιμη πίεση από τον ταμιευτήρα στον πυθμένα της γεώτρησης (όπως προσδιορίζεται από το IPR) ισούται με την απαιτούμενη πίεση για την μεταφορά της συγκεκριμένης ποσότητας ρευστού στην επιφάνεια για δεδομένη Pwh (όπως προσδιορίζεται από το TPR).

Tο σημείο ισορροπίας του συστήματος ταμιευτήρα/σωλήνωσης προσδιορίζεται από την τομή των γραφημάτων IPR και TPR και αποτελεί το σημείο φυσικής ροής της γεώτρησης, ορίζει δε το σταθερό ρυθμό παραγωγής που αναμένεται για την συγκεκριμένη γεώτρηση.



13/13

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11


Παρεμβάσεις

Επέμβαση στο TPR

Μείωση της πίεσης στην κεφαλή της γεώτρησης Μετατόπιση της καμπύλης TPR προς τα κάτω, επομένως, απαιτείται μικρότερη πίεση στον πυθμένα της γεώτρησης για την μεταφορά δεδομένης ποσότητας HC στην επιφάνεια

Υποβοήθηση της ανύψωσης του ρευστού (air/gas lift) Μετατόπιση της καμπύλης ΤPR προς τα κάτω και δεξιότερα (η χρήση air/gas lift ισοδυναμεί με αλλαγή του GOR)

Μεταβολή των διαστάσεων της παραγωγικής σωλήνας με στόχο τη μείωση των τριβών. Αύξηση της διαμέτρου Μετατόπιση της καμπύλης TPR προς τα κάτω (υπάρχει όριο στη δυνατότητα αυτή)

Επέμβαση στο TPR

Μείωση της πίεσης στην κεφαλή της γεώτρησης Μετατόπιση της καμπύλης TPR προς τα κάτω, επομένως, απαιτείται μικρότερη πίεση στον πυθμένα της γεώτρησης για την μεταφορά δεδομένης ποσότητας HC στην επιφάνεια

Υποβοήθηση της ανύψωσης του ρευστού (air/gas lift) Μετατόπιση της καμπύλης ΤPR προς τα κάτω και δεξιότερα (η χρήση air/gas lift ισοδυναμεί με αλλαγή του GOR)

Μεταβολή των διαστάσεων της παραγωγικής σωλήνας με στόχο τη μείωση των τριβών. Αύξηση της διαμέτρου Μετατόπιση της καμπύλης TPR προς τα κάτω (υπάρχει όριο στη δυνατότητα αυτή)

Επέμβαση στο ΙPR

Αύξηση της πίεσης του ταμιευτήρα με εισπίεση ρευστού Μετατόπιση της καμπύλης ΙPR προς τα πάνω

Αύξηση της διαπερατότητας του σχηματισμού πέριξ της γεώτρησης παραγωγής με εισπίεση διαλυμάτων οξέων ή άλλων χημικών (well stimulation) Μετατόπιση της καμπύλης IPR δεξιότερα

Επέμβαση στο ΙPR

Αύξηση της πίεσης του ταμιευτήρα με εισπίεση ρευστού Μετατόπιση της καμπύλης ΙPR προς τα πάνω

Αύξηση της διαπερατότητας του σχηματισμού πέριξ της γεώτρησης παραγωγής με εισπίεση διαλυμάτων οξέων ή άλλων χημικών (well stimulation) Μετατόπιση της καμπύλης IPR δεξιότερα

Σύστημα Παραγωγής

Documents

Transcript of Σύστημα Παραγωγής