DE3943341A1 - Produktionssimulationsverfahren durch pilotversuch in einer kohlenwasserstofflagerstaette - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Produktionssimulationsverfahren durch Pilotversuch in einer in einem Speicher enthaltenen Kohlenwasserstofflagerstätte sowie eine Bohrlochbohranordnung, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens Verwendung findet.

Die Produktion von in einem Speicher ausgehend von einer Lagerstätte enthaltenen Kohlenwasserstoffen bringt kolossale Investitionen mit sich sowohl hinsichtlich der Größe der Ausrüstung, die man verwenden muß, wie hinsichtlich der Qualität der Arbeit, die zur Durchführung dieser Produktion notwendig wird. Ist einmal die geologische und geophysikalische Prospektionskampagne beendet, so führt man auch an dem Ort, von dem man annimmt, daß er Kohlenwasserstoffe enthält, Bohrungen oder Explorationssondierungen durch, die es ermöglichen, die Natur der durchsetzten Gesteine herzuleiten sowie die Qualität der sich in dem Speicher befindlichen Kohlenwasserstoffe zu bestimmen. Bei Beendigung der Explorationsbohrung ist es möglich, daß man weiß, ob der Speicher effektiv Öl enthält; man muß aber noch prüfen, ob die entdeckte Lagerstätte kommerziell rentabel ist. Es ist notwendig, zusätzliche Bestätigungsbohrungen durchzuführen, um die Größe der Lagerstätte zu begrenzen und das Erdölvolumen abzuschätzen, welches das Speichergestein tränkt.

Verfahren der unterstützten Gewinnung können dann Anwendung finden. Man spritzt dann in den Speicher vermittels einer Injektionsbohrung ein Fluid ein, das darauf hinzielt, das Öl gegen Produktionsbohrungen zu verdrängen, wo die Abströme an die Oberfläche gehoben werden. Das eingespritzte Fluid kann Wasserdampf, Gas, chemische Produkte oder irgendein anderes Fluid sein.

Um auf dem Bohrfeld die Wirksamkeit eines gegebenen Verfahrens der unterstützten Gewinnung zu bewerten, um die Produktion der im Speicher enthaltenen Kohlenwasserstoffe zu verbessern, nimmt man Pilotversuche vor, die in einer Simulierung der Produktion in einem kleineren Maßstab der Lagerstätte bestehen, und zwar mit Hilfe von mehreren Bohrlöchern. Die Bohrlöcher werden unter geringen Entfernungen zueinander im Vergleich zur verwendeten Entfernung bei einer tatsächlichen Verwirklichung der Produktion gebohrt. Nach ihrer Realisierung ruhen die Wirksamkeit und der Erfolg eines Pilotversuchs auf ihrer Interpretation, um das Verfahren der unterstützten Gewinnung auf die Gesamtheit des Kohlenwasserstoffspeichers auszudehnen.

Die Pilotversuche werden tatsächlich durchgeführt, indem man vertikale Bohrlochvorrichtungen in Betracht zieht; die häufigsten sind Vorrichtungen mit 4, 5 oder 7 Bohrlöchern (four, five or seven spot pattern). Gewisse dieser vertikalen Bohrlöcher werden als Injektionsbohrungen, die anderen als Produktionsbohrungen verwendet.

Durch eine geeignete Wahl der Produktionsbohrlöcher im Netz der gebohrten Bohrlöcher kann man hoffen, daß man den Umfang der Zone begrenzt, aus der das erzeugte Öl stammt und so die Wirksamkeit des Verfahrens der unterstützten Gewinnung, das verwirklicht wird, zu bewerten, indem man die Produktion mit dem ursprünglich in der betrachteten Extraktionszone befindlichen Öl vergleicht.

Die Verwendung vertikaler Bohrlöcher zur Realisierung einer Begrenzung des Pilotversuchs erfordert eine Injektionsmenge, die klar über der erhaltenen Produktionsmenge liegt, und damit die Injektion von Fluiden in größerer Menge als die produzierten Fluide.

Ein anderer Nachteil der vertikalen Bohrlöcher, der oft präjudizierbar für die Interpretation des Pilotversuchs nach seiner Realisierung ist, ist darin zu sehen, daß die vertikalen Bohrlöcher den Speicher in einer geringen Höhe durchsetzen, derart, daß die Messungen und die im Bohrloch genommenen Proben nur eine partielle Kenntnis an nur einigen Stellen des Speichers ermöglichen.

Wenn schließlich die unterstützte Gewinnung durch chemische Verfahren abläuft, so bringt dies erhebliche Menge prohibitive Kosten mit sich, insbesondere, wenn die Speicher dünn und ziemlich tief sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile der heutzutage verwendeten Pilotversuchseinrichtungen zu beheben, durch Ermöglichung einer Fluidinjektion mit geringeren Mengen, die so beachtlich die Kosten der Verwirklichung vermindern.

Die Grundidee der Erfindung ist darin zu sehen, die Vorteile der horizontalen Bohrlöcher auszunutzen, d.h. von Bohrlöchern, die, ausgehend von der Oberfläche, einen praktisch vertikalen Anfangsteil gefolgt von einem gekrümmten Teil und einem Teil aufweisen, der aus einer im wesentlichen horizontalen sich im Speicher erstreckenden Drainage gebildet wird. Die Anordnung der Drainagen wird im Speicher derart realisiert, daß eine polygonale Form gebildet wird, welche dann exakt die Versuchszone begrenzt, aus der das Öl extrahiert wird, wobei gewisse Drainagen für die Injektion Verwendung finden, während andere für die Produktion eingesetzt werden, wobei die Summe der Durchsätze der Injektordrainagen im wesentlichen gleich der Summe der Durchsätze der Produktionsdrainagen ist.

Die Erfindung geht somit aus von einem Verfahren zur Simulierung der Produktion durch Pilotversuch in einer Lagerstätte für Kohlenwasserstoffe, die in einem Speicher enthalten sind, mit Hilfe von Injektionsbohrlöchern, über die man in diesen Speicher ein Fluid injiziert, das dazu bestimmt ist, diese Kohlenwasserstoffe gegen Produktionsbohrlöcher zu verdrängen, wo die Abströme an die Oberfläche steigen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß diese Injektions- und Produktionsbohrlöcher Bohrlöcher sind, die praktisch vertikal ausgehend von der Oberfläche gebohrt sind und über im wesentlichen horizontale Drainagen im Inneren dieses Speichers verlängert sind, wobei diese horizontalen Drainagen wenigstens zum Teil eine geometrische polygonale Form in einer Ebene des Speichers realisieren;

• - man sorgt für einen ersten Zustand, sei es durch eine Injektion, sei es durch eine Produktion für die Drainagen, die am Umfang dieser geometrischen Form angeordnet sind,
• - man sorgt für einen zweiten dem ersten Zustand entgegengesetzten Zustand, entweder durch eine Injektion oder durch eine Produktion für die Drainagen, die im Inneren der geometrischen Form angeordnet sind,
• - man regelt die volumetrischen eingespritzten und erzeugten Flüssigkeitsmengen derart, daß die Durchsätze der Injektionsdrainagen im wesentlichen gleich der Summe der Durchsätze der Produktionsdrainagen sind bzw. werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht die geometrische Gestalt aus einem Rechteck, dessen Längen durch zwei parallele horizontale Drainagen begrenzt sind, wobei eine dritte Drainage parallel und im wesentlichen unter gleichen Abständen von den beiden ersteren angeordnet ist. Man beaufschlagt dann die beiden auf dem Umfang angeordneten Drainagen mit Injektion oder Produktion bei einem Durchsatz q/2 und man beaufschlagt die mittlere Drainage mit Injektion oder Produktion mit einem Durchsatz q.

Nach einer ersten besonderen Charakteristik wird das Injektionsfluid durch Wasserdampf gebildet.

Nach einer zweiten besonderen Charakteristik wird das Injektionsfluid durch ein chemisches Produkt wie insbesondere ein Polymer gebildet.

Die Erfindung umfaßt auch eine Bohrlochanordnung für Pilotversuche, wie sie zur Durchführung des vorbeschriebenen Simulationsproduktionsverfahrens verwendet wird. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß die horizontalen Drainagen im wesentlichen in halber Höhe zwischen dem Dach und der Basis des Speichers gebohrt werden.

Vorzugsweise werden drei horizontale Drainagen parallel im Speicher angeordnet, wobei X die horizontale Länge einer Drainage, Y die zwei benachbarte Drainagen trennende Entfernung, H die Dicke des Speichers von höchstens gleich 10 m sind und die Entfernungen X und Y derart gewählt werden, daß die Gleichungen Y 5H und X 4H erfüllt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wendet man die Bohranordnung nach der Erfindung an auf einen sandsteinhaltigen Speicher geringer Dicke, der keine impermeable kontinuierliche Zwischenschicht zwischen den Drainagen umfaßt und einen geringen Anfangsdruckkoeffizienten aufweist.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden; in dieser zeigt

Fig. 1 die Anordnung der Bohrlöcher mit horizontalen Drainagen in einer Lagerstätte;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines Pilotversuchs in einem Planschnitt des Speichers; und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Pilotversuchs.

Fig. 1 zeigt eine Bohrlochvorrichtung für Pilotversuche mit drei Bohrlöchern 3, 4, 5, deren Anfangsteil 3 a, 4 a, 5 a praktisch vertikal ausgehend von der Oberfläche ist und durch im wesentlichen horizontale Drainagen 3 b, 4 b, 5 b verlängert werden, die sich im Speicher erstrecken. In dieser Ausführungsform begrenzen die Speicher 3 b, 5 b den Umfang eines Rechtecks; die Drainage 4 b ist in einer Richtung parallel zur Mittelrichtung der Drainagen 3 b, 5 b angeordnet. Diese drei horizontalen Drainagen sind über eine Länge X im Speicher offen, etwa unter einer horizontalen Entfernung Y voneinander. Die Dicke des Speichers ist H. Das Schema entspricht den folgenden Bedingungen Y 5 H und X 4Y.

Die Drainage in der Mitte 4 b wird in Produktion bei einem Durchsatz q gestellt. Die äußeren Drainagen 3 b, 5 b, die den Umfang des Rechtecks begrenzen, werden gleichzeitig auf Injektion bei einem Durchsatz je gleich q/2 derart gestellt, daß die volumetrischen Flüssigkeitsmengen, welche unter den Lagerstättenbedingungen, injiziert und produziert, betrachtet werden, einander gleich sind.

Das in Fig. 2 durch die absteigenden Pfeile oberhalb der Drainagen 3 b, 5 b dargestellte System zwecks Symbolisierung einer Einstellung auf Injektion und mit einem aufsteigenden Pfeil für die Drainage 4 b für eine Einstellung auf Produktion ermöglicht es, wirksame Pilotversuche der genannten Gewinnungsverfahren für Kohlenwasserstoffe, sog. "Einspritzen von Wasser" und "chemische" durchzuführen.

Ein solcher Konfigurationstyp bringt zweifellos Vorteile gegenüber den Schemata mit sich, welche vertikale Bohrlöcher benutzen, insbesondere wenn man durch das Bohrloch P erzeugtes Öl betrachtet, das aus einer Zone stammt, die besser zwischen den beiden Drainagen 3 b, 5 b sich befindet.

Der Vorteil der horizontalen Bohrlöcher gegenüber den vertikalen Bohrlöchern besteht ebenfalls darin, den Speicher über größere Längen zu durchsetzen und eine bessere Charakterisierung des Speichers, ausgehend von Messungen und Proben zu ermöglichen, die im Bohrloch hauptsächlich in der Ebene der Schichten genommen wurden, die vorzugsweise diejenige der Fluidströmung ist. Da der Speicher so besser bekannt ist, kann die Interpretation des Versuchs genauer sein.

Eine solche Anordnung bedeutet somit geringere Kosten, insbesondere für die dünnen und ziemlich tiefen Speicher, einerseits dank der geringeren Anzahl der Bohrlöcher, andererseits dank der geringeren Mengen eingespritzter Fluide, wenn es sich um chemische Verfahren handelt.

Dieser Konfigurationstyp läßt sich bevorzugt auf sandsteinhaltige Kohlenwasserstoffspeicher geringer Dicke von weniger als 10 m anwenden, die keine impermeable kontinuierliche Zwischenschicht zwischen den Bohrlöchern haben und bei denen ein gringer Anfangsdruckgradient, der auch Null sein kann, vorhanden ist.

Anwendbar ist die Erfindung auch auf eine in Fig. 3 gezeigte Konfiguration. Sie umfaßt drei horizontale parallele Drainagen 6 b, 7 b, 8 b, die wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel angeordnet sind und bei denen die gleichen Bedingungen die Entfernungen und die Längen regieren. Die Anordnung ist umgekehrt. Die mittige Drainage 4 b ist zur Injektion, die Umfangsdrainagen 6 b und 8 b zur Produktion bestimmt. Man realisiert eine Injektion mit der Menge q in der mittigen Drainage 7 b. Im Falle des Vorhandenseins viskoser Öle ohne das Vorhandensein beweglichen Wassers im Speicher vor dem Pilotversuch und bei geringer Mobilität (weniger als 1 m D/cP) kann man in einer solchen Konfiguration eine thermische Injektion realisieren, indem die Bohrlöcher 6 b, 8 b maximal produzieren, ohne jedoch die Menge q/2 für ein jedes hiervon zu überschreiten.

Die Konfiguration in der umgedrehten Vorrichtung kann auch im Rahmen von Gewinnungsvorgängen in Betracht gezogen werden, die unter Tertiärbedingungen ablaufen, d.h. nach Bespülen der Lagerstätten mit Wasser, wenn der prozentuale Wasseranteil in den Bohrlöchern sehr hoch liegt. Der Durchsatz der Bohrlöcher 6 b, 8 b soll gleich q/2 sein.

Die Erfindung läßt sich ebenso anwenden auf den Fall, wo die im wesentlichen horizontalen Drainagen eine geometrische polygonale Form in einer Ebene des Speichers, und nicht ein einfaches Rechteck wie vorher, realisieren.

Es genügt also, für gewisse der Drainagen einen ersten Zustand entweder hinsichtlich Injektion oder hinsichtlich Produktion hervorzurufen, wobei die anderen Drainagen dann in einen zweiten Zustand (Injektor oder Produktion) entgegengesetzt dem ersten Zustand gestellt werden und dann die volumetrischen eingespritzten und produzierten Flüssigkeitsdurchsätze einzustellen, derart, daß die Summe der Durchsätze der Injektionsdrainagen im wesentlichen gleich der Summe der Durchsätze der Produktionsdrainagen wird.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Einzelheiten beschränkt. Änderungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung.

Claims (7)

1. Produktionssimulationsverfahren mittels Pilotversuch in einer Lagerstätte (1) für Kohlenwasserstoffe, die in einem Speicher (2) enthalten sind, mit Hilfe von Injektionsbohrungen (3 b, 5 b, 7 b), über die man in diesen Speicher (2) ein Fluid einspritzt, das dazu dient, diese Kohlenwasserstoffe gegen Produktionsbohrlöcher (4 b, 6 b, 8 b) zu verdrängen, wo die Abströme an die Oberfläche gehoben werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Injektions- und Produktionsbohrlöcher (3, 4, 5, 6, 7, 8) Bohrlöcher sind, die praktisch vertikal, ausgehend von der Erdbodenoberfläche, gebohrt sind und durch im wesentlichen horizontale Drainagen (3 b, 4 b, 5 b, 6 b, 7 b, 8 b) im Inneren dieses Speichers verlängert sind, wobei diese horizontalen Drainagen wenigstens zum Teil eine geometrische polygonale Form in einer Ebene des Speichers darstellen; daß

• - man einen ersten Zustand, entweder durch eine Injektion oder durch eine Produktion durch die Drainagen hervorruft, die am Umfang dieser geometrischen Form angeordnet sind,
• - man einen zweiten Zustand entgegengesetzt zum ersten Zustand entweder durch eine Injektion oder durch eine Produktion für die im Inneren der geometrischen Form angeordneten Drainagen hervorruft, und
• - man die volumetrischen eingespritzten und produzierten Flüssigkeitsmengen derart einstellt bzw. regelt, daß die Summen der Durchsätze der Injektionsdrainagen im wesentlichen gleich der Summe der Durchsätze der Produktionsdrainagen werden.

2. Produktionssimulationsverfahren mittels Pilotversuch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese geometrische Form gebildet wird durch ein Rechteck, dessen Längen durch zwei horizontale parallele Drainagen begrenzt sind (3 b, 5 b, 6 b, 8 b), wobei eine dritte Drainage (4 b, 7 b) parallel zu den beiden ersten über eine mittlere Länge angeordnet ist und daß man die beiden Umfangsdrainagen mit Injektion oder Produktion bei einem Durchsatz q/2 beaufschlagt und die mittlere Drainage mit Injektion oder Produktion bei einem Durchsatz q beaufschlagt.

3. Produktionssimulationsverfahren mittels Pilotversuch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionsfluid durch Wasserdampf gebildet wird.

4. Produktionssimulationsverfahren mittels Pilotversuch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionsfluid durch ein chemisches Produkt, insbesondere ein Polymer, gebildet wird.

5. Bohrlochbohrvorrichtung für Pilotversuche, verwendet für die Durchführung des Simulationsproduktionsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Drainagen im wesentlichen auf der halben Höhe zwischen dem Dach und der Basis des Speichers (2) gebohrt sind.

6. Bohrlochbohrvorrichtung für Pilotversuche, verwendet für die Durchführung des Simulationsproduktionsverfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß drei horizontale Drainagen (3 b, 4 b, 5 b, 6 b, 7 b, 8 b) parallel im Speicher angeordnet sind und daß X die horizontale Länge einer Drainage; Y die zwei benachbarte Drainagen trennende Entfernung und H die Dicke des Speichers von höchstens gleich 10 m bezeichnet, wobei die Entfernungen Y und X derart gewählt sind, daß die Gleichungen Y 5H und X 4Y erfüllt sind.

7. Bohrlochbohrvorrichtung für Pilotversuche, verwendet für die Durchführung des Simulationsproduktionsverfahrens nach Anspruch 6, in Anwendung auf einen sandsteinhaltigen Speicher geringer Dicke ohne impermeable kontinuierliche Zwischenschicht zwischen den Drainagen und mit einem geringen Anfangsdruckgradienten.