GasAssisted Gravity Drainage (GAGD) Process cho thu hồi dầu

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) 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

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 2006/0289157) mà lợi dụng sự phân dị tự nhiên của khí hydrocarbon lỏng từ khi

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

KEYWORDS: Gravity Drainage, Improved Oil Recovery, Fractured Reservoir, Simulation

1 INTRODUCTION

Các cuộc điều tra trên toàn thế giới Oil and Gas Journal (ngày 21 tháng tư năm 2008) trong hai thập kỷ qua cho thấy rõ ràng tính phổ biến và sản xuất tăng của quá trình bơm khí trên thế giới Tổng kết kinh nghiệm cho thấy hiệu suất quét & hiệu suât thay thế là vấn đề lớn đối với bất kỳ trình EOR thành công Hiêu suất đẩy (như mức độ di động các bẫy tầng chứa dầu dư) là một chức năng của số lượng mao mạch (Ca) là tỷ lệ lực nhớt với lực mao dẫn Mặt khác, quét thể tích, định nghĩa là tỷ lệ phần trăm của các hồ chứa chứa các chất lỏng được bơm, được điều chỉnh bởi tỷ lệ di động và hồ chứa không đồng nhất (Willhite et al., 1998):

µDνD

Ca =

d

(1) (2)

λ = k

l

l

µl

(3)

Để tối đa hóa hiệu quả bất kỳ quá trình EOR, số mao dẫn nên được tối đa trong khi giảm thiểu tỷ lệ di

dầu chứa, mà có thể được giảm hơn nữa về 0 để khi bơm có thể trộn làm tăng giá trị số mao dẫn

chất khí thường được bơm như carbon dioxide và các hydrocarbon là khoảng một phần mười của chất

lỏng chứa nhớt mà sẽ gây ra tỷ lệ di động không thuận lợi và phân dị trọng lực khí - dầu nghiêm trọng

với khu vực tầng chứa hiệu suất quét không lớn. May mắn thay một số công cụ dự báo trọng lực, độ

nhớt có thể được sử dụng để đánh giá vấn đề này (Green et al., 2000) Để nâng cao hiệu quả quét của

bơm luân phiên khí nước (WAG) thực hiện giảm đồng thời cho các yêu cầu khí bơm Mặc dù khái niệm

âm thanh, quá trình WAG đã không đo theo mong đợi bằng chứng là (5-10%) thu hồi thấp trong 59 lĩnh

động có tạo ra màng chắn nước (các lớp màng nước ngăn chặn dầu khí tiếp xúc trực tiếp và dùng để

bơm khí trộn lẫn, trì hoãn sự khởi hòa trộn) có thể biện minh cho việc thu hồi kém này trong vòng quy

đỉnh của hồ chứa, đã được chứng minh là một phương pháp bơm khí hiệu quả (với corefloods đáng kể

(Original Oil in Place) đã được báo cáo trong các lĩnh vực thử nghiệm và gần 100% hiệu quả thu hồi đã

lệch mật độ giữa khí và chất lỏng bơm gây ra các vấn đề về hiệu suất quét nghèo và trọng lực đè trong

lũ khí ngang (như WAG) Khái niệm này đã được sử dụng trong các phần tiếp theo để giới thiệu quá

trình EOR trong tầng chứa nứt nẻ tự nhiên

2 GAS–OIL GRAVITY DRAINAGE (GOG D) IN NFR

Trong vỉa nứt nẻ tự nhiên (NFR), có hầu hết lượng dầu được bao quanh bởi một hệ thống khe nứt rất ít

thề tích nhưng có tinh thấm (không phải cho tất cả các loại tầng chứa nứt nẻ nhưng Type II đó là hay

gặp phải ở phía nam của Iran):

Table1: Classification of Naturally Fractured Reservoir (Nar et al., 2006)

TYPE1 Fractures provide essential porosity and permeability Amal, Libya

Edison, California

TYPE2 Fractures provide essential permeability

Agha Jari, Iran Haft kel, Iran

Spraberry Trend Area, Texas

TYPE3 Fractures provide a permeability assistance Kirkuk, Iraq

Dukhan,Quatar

Trong hồ chứa như vậy, rất khó áp dụng chênh lệch áp suất trong ma trận để khôi phục lại dầu do quá

trình dịch chuyển thông thường vì chất lỏng bơm chảy qua các hệ thống nứt nẻ bỏ qua dầu trong ma

trận. Tuy nhiên các hệ thống nứt nẻ như vậy có ranh giới khí – dầu(GOC) rõ rệt hơn so với GOC trong

ma trận, sau đó là một sự mất cân bằng thủy tĩnh được tạo ra Dầu trong ma trận trên chỗ GOC được

bao quanh bởi khí và buộc phải thoát xuống do mật độ cao hơn của nó cuối cùng vào rãnh khe nứt dầu

Như các rãnh dầu từ các ma trận nó được thay thế bởi khí và dầu thu thập trong các hệ thống khe nứt

Hình 1 Cho thấy khuôn khổ toán học cho hệ thống phân dị trọng lực từ khối duy nhất trong một tầng

chứa bị vỡ được Van Golf-Racht (1982) cho phân dị trọng lực đổi chỗ của dầu bằng khí sẽ chỉ bắt đầu nếu các cột khí trong khe nứt (Hg) là cao hơn so với chiều cao ngưỡng vì trong khi đổi chỗ áp lực mao dẫn có ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất và dầu có thể được sản xuất đến mức lực hấp dẫn lớn hơn lực mao dẫn Sự phân dị trọng lực trong một tầng chứa nứt nẻ tự nhiên ảnh hưởng mạnh mẽ bởi mức độ liên tục của mao dẫn giữa các khối ma trận trên khe nứt, và do quá trình xâm nhập ngược dầu từ khe nứt cho các khối ma trận (Kleppe, 1996):

Fig.1 Oil Displacement by Gas oil Gravity Drainage within Matrix Block of Fractured Reservoir

Một trong những vấn đề rất quan trọng trong việc nghiên cứu một tầng chứa nứt nẻ tự nhiên là điều tra sự hiện diện

và mức độ của các mao mạch liên tục trong cấu trúc tầng chứa (Tham khảo Hình 2 cho khác nhau có thể tương tác gãy-matrix) Một số tác giả đang ủng hộ sự hiện diện của mao mạch liên tục (Block-Block Interaction) trong tầng chứa nứt nẻ nhưng kết luận của họ chủ yếu dựa trên các kết quả của các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm 1 cách hời hợt và đơn giản hoặc quan sát mô phỏng (Saidi, 2006) là không hợp lệ cho nghiên cứu mô phỏng thực tế

Fig.2 Schematic Representation of Different Types of Matrix-Fracture Interaction (Saidi, 1987)

chủ yếu cung cấp cho các lợi ích bão hòa dầu dư Trong khi đó nếu mao mạch liên tục kém tồn tại trong

phân tích sự biến động của tỷ lệ sản xuất dầu so với sự thay đổi của độ dày cột dầu hoặc các biến thể của hệ khí-dầu trong một hồ chứa (Saidi, 1987) Ngoài ra nếu khe nứt ngang đang dần lấp đầy với các

mạch liên tục (và mức độ của nó) trong một hồ chứa nứt nẻ là quan trọng hơn so với mô hình toán học của nó.

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

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 trong hệ thống phân dị trọng lực khí-dầu của các tầng chứa nứt nẻ là quá

trình xâm nhập ngược khi ráo dầu từ phía trên khối ma trận (hoàn toàn hoặc một phần) vào một thấp

hơn (Hình 2) Các dòng chảy từ một khối khác (xâm nhập ngược) hoặc đạt được dòng qua các điểm

lỏng trong giai đoạn đầu của quá trình phân dị trọng lực Sau đó bão hòa dầu trong khe nứt sẽ rất thấp

và sự lan truyền chất lỏng chính từ khối để chặn lưu lượng chảy Giai đoạn cuối cùng này có thời gian

trợ của phân dị trọng lực (GAGD) đề cập đến hệ thống phân dị trọng lực như cơ chế thu hồi chính nên

chú ý đến mô hình toán học của các tầng chứa phức tạp

3 GAS ASSISTED GRAVITY DRAINAGE IN NATURALLY FRACTURED RESERVOIR (GAGD trong tầng chứa nứt nẻ):

Quá trình bơm ép khí hỗ trợ phân dị trọng lực (GAGD) (Rao et al., 2008) cung cấp một quá trình mà

vùng chứa dầu và bơm khí thông qua giếng thẳng đứng (vào nắp khí) để cho lực hấp dẫn di dời và quét

toàn tầng chứa. Quá trình này mất lợi thế của hiệu ứng phân dị trọng lực và giếng ngang công nghệ với

tầng chứa) Hơn nữa, giếng ngang rất lý tưởng cho các quá trình phân dị trọng lực (Rao et al, 2004)

Ưu điểm chính của việc đặt ngang phía dưới của vùng dầu trong GAGD là khi dẫn dầu từ nắp khí hoặc

ngang là họ có thể trì hoãn đột phá khí và xâm lấn của 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 dữ liệu thực nghiệm được công bố (bơm không hoà trộn) liên quan đến GAGD trong một mẫu lõi nứt nẻ với hai vết nứt thẳng đứng (Mahmoud et al., 2007) đã được kiểm tra trong mô phỏng tầng chứa

liệu đã không được báo cáo cho đề cập mẫu lõi nứt nẻ, nó là thú vị rằng thỏa thuận dữ liệu tốt có sẵn giữa dự đoán và thực tế Bất kể kết quả mô phỏng và tham khảo xu hướng thử nghiệm trong ví dụ này

ứng để thu hồi dầu GAGD (có thể trộn và không thể trộn lẫn) dựa trên một số mô hình vật lý 2D, 1D và 3D:

qg

NGD = NG + [

o

(

q

Trong đó NB (Bond Number) đo lực tương đối của trọng lực và lực mao dẫn và NG là một sự kết hợp của

biệt giá trị giữa các tầng chứa nứt nẻ Trêncơ sở này tầng chứa nứt nẻ có thể có độ thấm tuyệt đối cao hơn so với một quy ước (nói chung), dữ liệu thử nghiệm trong hình 4 trở nên hợp lý Cũng đề cập đến mối tương quan gần đúng (Equation7 & 8) và định nghĩa của số lượng phân dị trọng lực có thể nói rằng

GAGD có thể mang lại sự thu hồi tổng thể tốt hơn trong tầng chứa nứt nẻ do sức căng bề mặt nhỏ (gần bằng không) phát triển hệ giữa khí bơm và chất lỏng chứa, trong điều kiện này làm tăng số lượng mao dẫn và giá trị liên kết

NB =

Δqg (k)

$

o

og

(5)

Δqg (k)

$

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

0

50

Recovery, min 250

Rmiscib1e (%) = 4.57 ln(NGD) + 55.39 (8)

Fig 4: Numerical and Experimental Prediction of GAGD within a simple fractured core (Core Data from Mahmoud et al., 2007)

Re

4 CONCLUSION

Ứng dụng của bơm ép khí hỗ phân dị trọng lực (GAGD) trong tầng chứa nứt nẻ tự nhiên (NFR) đã được thảo luận trong bài viết này Có thể nói rằng quá trình GAGD trong một tầng chứa nứt nẻ đối với khí có thể hoà trộn giúp thu hồi tốt hơn so với một khí không thể hoà trộn nhưng mật độ tương đối của khí bơm và chất lỏng chứa là một vấn đề khác cần được xem xét cẩn thận trong quá trình lựa chọn khí bơm

Ca: Capillary Number

λD: Mobility of the displacing fluid phase

λd: Mobility of the displaced fluid phase λ

l: Mobility of the fluid

k

l: 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