NO338122B1 - Gassbrønninnstrømningsdetekteringsmetode - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen er en metode for å detektere eller kartlegge potensielle innstrømningssoner (z1, z2, z3, ...) for gass (g) fra en geologisk formasjon til en gassbrønn (1) med et brønnhode (b) med et ventiltre eller choke (12), omfattende følgende trinn: - å merke (100) de potensielle innstrømningssonene (z1, z2, z3, ...) med tracersystemer (ts1, ts2, ts3, ...) med korresponderende unike tracere (tr1, tr2, tr3, ...) , - å fylle (200) gassbrønnen fra overflaten, gjennom brønnhodet (b) med en væske (v) hvor tracerne (tr1, tr2, tr3, ...) har affinitet (201) til væsken (v), - å produsere (300) væsken (v) fra brønnen (1), - å prøveta (400) fortløpende prøver (s1, s2, s3, ...) av den produserte væsken (v) mens den produseres, - å analysere (500) prøvene (s1, s2, s3, ...) for å påvise eventuell tilstedeværelse av en eller flere av tracerne (tr1, tr2, tr3, ...) eller også å måle konsentrasjon av disse, for derved å påvise eventuell innstrømning av tilbakestrømmet væske (v) fra innstrømnings-sonene (z1, z2, z3, ...) som man antar impliserer gasstrykk og innstrømming av gass (g) fra innstrømningssonene (z1, z2, z3, ...).

Description

Gassbrønninnstrømningsdetekteringsmetode

Bakgrunnsteknikk og problemstilling

I bakgrunnsteknikken finnes en mengde eksempler på merking med sporstoffer, såkalte tracere, av soner i petroleumsbrønner for så å ta væskeprøver av den produserte væsken for å detektere tracerne eller måle deres konsentrasjon i den produserte væske. Slik kan man få en oversikt over hvilke deler av brønnen som utgjør innstrømningssoner og bruke slike målinger til å regulerer produksjonen, for eksempel ved å regulere ventiler i adskilte soner i brønnens komplettering i innstrømningssonene, eventuelt også ved å regulere trykket ved produksjonen.

Noen grunnleggende begreper omkring tracere i petroleumsbrønner er følgende: 1: Tracere (tri, tr2, tr3, ...) er sporstoffer eller sporstoffmolekyler i seg selv. 2: Tracersystemer (tsl, ts2, ts3, ...) er kombinasjonen av en tracer og en polymer eller annen materiell bærer, som kan utplasseres som en materiell enhet i en brønn, gjerne i en tracersystembærer. 3: En tracersystembærer (tel, tc2, tc3, ...) er en mekanisk komponent (del av kompletteringen ) som bærer tracersystemer.

Spesielle forhold ved tracere i aassbrønner

En gassbrønn kan merkes med tracere nedihulls for å kartlegge utstrømning fra potensielle innstrømningssoner. Gassen (g) som produseres på overflaten på gassform kan være på væskeform nede i brønnen, eller på gassform der også, og det er uansett den samme gassen i denne sammenheng. Vi omtaler gassen og væsken (g) som et fluid (g). Tracere som man ønsker skal komme i kontakt med fluidet (g) mens det er væske (g) nede i brønnen kan ha en første affinitet (al) til fluidet (g) mens det er på væskeform som væsken (g), mens denne affiniteten kan avta til en andre, svakere affinitet (a2) til gassen (g) når væsken (g) går over til gassen (g) ved at trykket avtar eller at temperaturen avtar eller begge, og kanskje at hastigheten øker også. Vanligvis ville man ha prøvetatt gassen enten fortløpende ved tid eller fortløpende ved produsert kumulativt volum, og analysert prøvene for deres innhold av tracere for å detektere tracere i prøvene, eller for også å måle tracerkonsentrasjon i prøvene. Merk at det er forskjell på å detektere tracere i prøvene og å måle deres konsentrasjon; det ene er kun å påvise at de faktisk er til stede, det ander er å påvise dem og i tillegg måle deres konsentrasjon. Tracernes ankomst via brønnhodeventilen i rekkefølge angir hvilke innstrømningssoner hvor der strømmer inn gass (g). Et vesentlig problem er at dersom brønnen produserer gass fra en eller flere av sonene så vil den lavere affiniteten av tracere til fluidet (g) på gassform gjøre at tracere ikke følger gassen (g) etter hvert som tettheten avtar, men legger seg på brønnveggen eller tubingen eller andre deler av kompletteringen, og forblir i brønnen eller smøres ut i andre fluider, spesielt væsker, i brønnen. Således kan man ved gassproduksjon få et dårlig tracerbilde.

WO 2012/0057634 Al beskriver en fremgangsmåte for estimering av et innstrømningsprofil for i det minste en av brønnfluidene (olje, gass eller vann) til en produserende petroleumsbrønn med to eller flere innstrømningssoner eller innstrømningssteder til en produksjonsstrøm. Systemet omfatter å indusere en transient i produksjonen for videre analysering og beregning av innstrømningsprofilet.

US 5063772 A omhandler en fremgangsmåte får feilsøking av gassløftebrønner for å identifisere om gassløfteventiler i produksjonsrøret er åpne eller lukkede uten å benytte wirelineverktøy. En sporgass injiseres ved brønnhodet og dens returstrøm overvåkes over tid.

Kort oppsummering av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er å pumpe ned i brønnen en væske med affinitet til tracere utplassert i innstrømningssoner i brønnen, produsere væsken med opptatte tracere fra brønnen, fortløpende sample den produserte væsken, og således påvise tracere og deres ankomst i væsken, for derved å påvise innstrømning i innstrømningssoner, og i hvilke slik innstrømning skjer.

En definisjon av oppfinnelsen er: En metode for å detektere (eller kartlegge) potensielle innstrømningssoner (zl, z2, z3, ...) for gass (g) fra en geologisk formasjon til en gassbrønn (1) med et brønnhode (b) med et ventiltre eller choke (12),

hvor fremgangsmåten omfatter følgende trinn:

- å merke (100) de potensielle innstrømningssonene (zl, z2, z3, ...) med tracersystemer (tsl, ts2, ts3, ...) med korresponderende unike tracere (tri, tr2, tr3, ...), - å fylle (200) gassbrønnen fra overflaten, gjennom brønnhodet (b) med en væske (v) hvor tracerne (ti, t2, t3, ...) har affinitet til væsken (v),

- å produsere (300) væsken (v) fra brønnen (1),

- å prøveta (400) fortløpende prøver (sl, s2, s3, ...) av den produserte væsken (v) mens den produseres, - å analysere (500) prøvene (sl, s2, s3, ...) for å påvise eventuell tilstedeværelse av en eller flere av tracerne (tri, tr2, tr3, ...) eller også å måle konsentrasjon (cl, c2, c3, ...) av disse.

Man kan måle konsentrasjonen (cl, c2, c3, ...) av tracerne som funksjon av tid eller kumulativt volum, og sette opp kurver over deres forløp.

Man kan derved å påvise eventuell innstrømning av tilbakestrømmet væske (v) fra innstrømningssonene (zl, z2, z3, ...) som man antar impliserer gasstrykk og innstrømming av gass (g) fra innstrømningssonene (zl, z2, z3, ...).

Et annet aspekt og en videre oppsummering av oppfinnelsen er at den er en metode for å regulere produksjonen fra en gassbrønn ved å utføre metoden ovenfor, som munner ut i å

å analysere (500) prøvene (sl, s2, s3, ...) for eventuelt å påvise tilstedeværelse av tracere (ti) eller å måle konsentrasjon av tracere (ti), for så å regulere (600) produksjonen av gassen (g), etter at væsken (v) er tatt ut av brønnen (1), på grunnlag av de analyserte prøvene (sl, s2, s3, ...).

Reguleringen av produksjonen er ikke nødvendigvis kun å regulere ved hjelp av ventiler, spesielt nedihulls ventiler, men at analysen utløser en større intervensjon hvor det f.eks. settes en "patch" på en uønsket sone, eller foretas en brønnstimulering, eller foretas en frakturering av en eller flere innstrømningssoner.

En alternativ handling som følge av analysen er at man oppdaterer reservoarmodellen på grunnlag av analysen, som ikke er en direkte og umiddelbar materiell handling på brønnstrømmen, men som får materielle konsekvenser ved at man produserer ut gassen på en annen måte eller i en annen rekkefølge.

Mer spesifikt, i en utførelse av oppfinnelsen hvor brønnen er komplettert, regulerere produksjonen ved å justere ventiler (vzl, vz2, vz3, ...) for å sonevis regulerere innstrømningen fra innstrømningssonene (zl, z2, z3, ...).

Andre og supplerende trinn og trekk ved oppfinnelsen er angitt i de underordnede patentkrav. Slike trinn og trekk kan utføres i kombinasjoner dersom de ikke er motstridende i forhold til hverandre. For eksempel kan man kombinere at man tar prøver (si) fortløpende ved kumulativt væskevolum, og at man opererer på en brønn som er komplettert, og hvor tracerne (tri, tr2, tr3, ..

.) er plassert ut i separate soner (zkl, zk2, ...) av en komplettering (12) eller på eller inne i bergartene ved sonene i kompletteringen (12), dvs. at sonene er

merket i henhold til kompletteringens (12) inndeling, og at man regulerer (600) produksjonen av gassen (g), etter at væsken (v) er tatt ut av brønnen (1), på grunnlag av de analyserte prøvene (sl, s2, s3, ...) som indikerer innstrømning av væsken (v) og dermed antar innstrømning av gassen (g) på tilsvarende måte når gassproduksjonen kommer i gang, for eksempel ved å justere ventiler (vzl, vz2, vz3, ...) i kompletteringen (12) for å sonevis regulere innstrømningen fra innstrømningssonene (zl, z2, z3, ...). Slik kan man oppnå en produksjon fra ønskede deler av innstrømningssonene hvor innstrømningen er størst i en tidlig fase av produksjonen og unngå å produsere gass fra innstrømningssoner hvor trykket er lavere, og eventuelt også unngå innstrømning fra uønskede innstrømningssoner som vannproduserende soner.

Det kan være nødvendig å korrigere for forskjellen mellom permeabilitetene for væske og gass (relative permeabiliteter) når man tolker tilbakestrømningsevnen for gass.

Et eget problem ved krysstrømning er at det kan forekomme strømning fra en sone med høyere trykk til en annen sone i samme brønn med lavere trykk. Denne situasjonen kan man avhjelpe ved å stenge ned en brønn som man mistenker har krysstrømning, fylle på væsken (v) og avvente trykk-ekvilibrium, for så å anvende inneværende metode på den trykkbalanserte brønnen. Dette kan ta flere døgn, eller bare noen timer. For å få et bilde av eventuelle trykkforskjeller i de forskjellige innstrømningssonene kan man anvende metoden en første gang ved en første høyere strømningsrate (som gir et lavere trykk), og en andre gang ved en lavere strømningsrate (som gir et høyere trykk), og dedusere seg frem til trykkforskjeller mellom innstrømningssonene.

Kort figurforklaring

Oppfinnelsen er illustrert i de vedlagte figurtegninger hvorav

Fig. 1 er et overforenklet vertikalsnitt av en såkalt "barefoot"-brønn med fire utplasserte tracersystemer i borehullsveggen eller skutt inn i formasjonene ved potensielle innstrømningssoner zl, z2, z3, og z4. Det er ikke stål i produksjonssonen. Fig. 2 er et tilsvarende vertikalsnitt av en enkel komplettert brønn med en såkalt "pre-drilled productionliner, eller "slotted production liner, eller "stand alone screen", som ikke har pakninger mellom innstrømningssonene. Denne tillater å plassere ut tracersystemer på utsiden av produksjonsrøret eller i veggen av produksjonsrøret i stedet for i eller på borehullsveggen. Fig. 3 er et tilsvarende vertikalsnitt av en komplettert brønn med fire utplasserte tracersystemer i eller bak kompletteringen eller i bergartene bak kompletteringen i innstrømningssonene. Fig. 4 er kurver over konsentrasjon av tracere i den produserte væsken (v) som funksjon av tid eller kumulativt produsert volum, og hvor den innerste traceren tri i "toe" av brønnen produseres sist og er fortynnet av overliggende innstrømningssoner. På bakgrunn av slike kurver kan man danne et innstrømningsprofil for brønnen som helhet. Fig. 5 er en skjematisk oppstilling av trinnene i metoden ifølge oppfinnelsen.

Utførelser av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen er en metode for å detektere (eller kartlegge) potensielle innstrømningssoner (zl, z2, z3, ...) for gass (g) fra en geologisk formasjon til en gassbrønn (1) med et brønnhode (b) med et ventiltre eller choke (12), vennligst se Fig. 1 for en oversikt.

Metoden omfatter i utgangspunktet følgende trinn:

- først, å merke (100) de potensielle innstrømningssonene (zl, z2, z3, ...) med tracersystemer (tsl, ts2, ts3, ...) med tilhørende unike tracere (tri, tr2, tr3, ...). Slike tracersystemer kan være polymerbærere dopet med tracere. Tracerne kan være for strømningsuavhengig diffusjonslignende frigjøring. - dernest, å fylle (200) gassbrønnen, fortrinnsvis fra overflaten, gjennom brønnhodet (b) med en væske (v) hvor tracerne (tri, tr2, tr3, ...) har affinitet til væsken (v). Væsken (v) kan for eksempel være hovedsakelig vann, dieselolje, eller andre vanlig brukte væsker i gassbrønner. Hovedpoenget er at vi kjenner væskens sammensetning og fysiske egenskaper, at væsken (v) opptrer i det vesentlige i væskefase i brønnen under betraktning. Fortrinnsvis ønsker vi å spesialtilpasse tracerfrigjøringen til væsken (v), selv om vi ikke nødvendigvis

forhindrer frigjøring til andre væsker enn væsken (v). Man kan som et alternativ til det å fylle gassbrønnen fra overflaten, utnytte en eller flere eventuelle naturlig forekommende innstrømningssoner av vann til brønnen, innstrøminngssoner som man før naturlig produksjon vil søke å redusere eller stenge, flømme brønnen fra denne eller disse sonene for å væte de øvrige sonene med tracerne, og så

fortsette metoden som nedenfor.

- dernest, å produsere (300) væsken (v), dvs. å tillate væsken (v) å strømme kontrollert ut fra brønnen (1) via brønnhodet. - videre, å prøveta (400) ved hjelp av fortløpende prøver (sl, s2, s3, ...) av den produserte væsken (v) mens den produseres. Prøvetakingen kan skje tar prøver fortløpende ved kumulativt væskevolum eller tid og sette opp kurver over deres forløp. - et neste trinn blir å analysere (500) prøvene (sl, s2, s3, ...) for å påvise eventuell tilstedeværelse av en eller flere av tracerne (tri, tr2, tr3, ...) eller også å måle konsentrasjoner (cl, c2, c3, ...) av disse.

Ved å utføre de ovennevnte trinnene kan man påvise eventuell innstrømning av tilbakestrømmet væske (v) fra innstrømningssonene (zl, z2, z3, ...). Man kan videre anta at tilbakestrømning av væsken (v) impliserer et gasstrykk som vil medføre innstrømming av gass (g) fra innstrømningssonene (zl, z2, z3, ...).

Man har alltid en viss modellkunnskap om petroleumsbrønnen. Modellkunnskapen tilsier at innstrømningsprofilet i brønnen kan indikeres på bakgrunn av tidspunktene eller kumulativt volum ved ankomstene av de forskjellige tracerne, slik som illustrert i Fig. 4. Amplitude og areal av konsentrasjonsforløpene for hver enkelt tracer for hver innstrømningssone har betydning for de relative innstrømningsratene i de forskjellige sonene. Det som løper inn fra én innstrømningssone til produksjonsrøret, tynner ut oppstrøms innstrømmede konsentrasjoner. Dette er eksempler på parametre som inngår i modellen for tolkningen av konsentrasjonenes forløp.

Med brønn (1) mener vi en "monobore" brønn eller en multilateral brønn (med flere greiner).

I en utførelse av oppfinnelsen krever vi en spesiell egenskap ved traceren: intelligent frigjøring av tracer til en såkalt "target fluid", for eksempel at vi har en tracer som frigjøres kun av vann og til vann, men som ikke frigjøres av gassen som er subjektet for undersøkelsen. I en slik utførelse av oppfinnelsen er det altså slik at tracerne (tri, tr2, tr3, ...) har affinitet til væsken (v), men hvor tracerne (tri, tr2, tr3, ...) ikke har affinitet til gassen (g). En fordel dermed blir at metoden er "renere" ved at gassen ikke smører ut tracerne før væsken (v) blir pumpet inn.

I en nokså rudimentær utførelse av oppfinnelsen er brønnen boret, men ikke komplettert, altså en såkalt "barefoot" brønn (1), se Fig. 1, hvor tracersystemene (tsl, ts2, ts3, ...) er plassert ut på eller i en brønnvegg (11), dvs. at sonene er merket på eller i brønnveggen (11). Dette er en situasjon som vanligvis er begrenset til borede brønner i godt konsoliderte bergarter, av hensyn til vanskeligheten med ellers pålitelig anbringelse av tracersystemer eller tracersystem bærere, men kan tenkes anvendt.

I en utførelse av oppfinnelsen er brønnen komplettert, vennligst se Fig. 2 og Fig. 3, dvs. at det er satt inn en komplettering (13) i brønnen, med et produksjonsrør og med inndeling ved hjelp av pakninger (se ) og eventuelle ventiler slik at brønnen blir inndelt i trykkmessig adskilte zoner (zkl, zk2, zk3, ...) , og hvor tracersystemene (tsl, ts2, ts3, ...) er plassert ut i de separate soner (zkl, zk2, zk3 ...) av kompletteringen (13).

Metoden omfatter fortrinnsvis å regulere (600) produksjonen av gassen (g), etter at væsken (v) er tatt ut av brønnen (1), på grunnlag av de analyserte prøvene (sl, s2, s3, ...). I utførelsen av oppfinnelsen hvor brønnen er komplettert og sonene adskilte ved pakninger og ventiler, kan man regulere produksjonen ved å justere ventiler (vzl, vz2, vz3, ...) for å sonevis regulere innstrømningen fra innstrømningssonene (zl, z2, z3, ...).

I en utførelse av oppfinnelsen, hvor man etter å ha fylt (200) væsken i brønnen, lar det hele stå statisk en tid for å bygge opp "tracer shots" (skyer av tracermolekyler) ved hvert enkelt tracersystem (tsl, ts2, ts3, ...). Dette kan svekkes under aktiv krysstrømning, altså før trykk-ekvilibrium, som til en viss grad vil forhindre dannelsen av slike skyer.

En utførelse av metoden ifølge oppfinnelsen kan omfatte, hvor man under eller etter å ha fylt (200) væsken i brønnen, også trykksetter brønnen videre for å presse væsken (v) et stykke inn i en eller flere av sonene (zl, z2, z3, ...) i formasjonene. Dette kan man utføre av minst tre grunner: a) for å sikre at ikke en av sonene (zl, z2, z3, ...) skal blåse inn gass til brønnen eller produksjonsrøret før de andre sonene, ved at hver sone i det minste i

produksjonstallen blåser ut væsken (v) og ikke bare gass.

b) for å sikre at i det minste kompletteringen (12) eller til og med en del av reservoiret bak hver produksjonssone blir fuktet av væsken (v), ved å skylle eller

overflømme sonene (zi) for å sikre fukting og dermed kontakt mellom væsken (v) og tracerne (tri, tr2, tr3, ...). Det vil si at man erstatter gassen (g) bak hver innstrømningssone (zi) med væsken (v) og således får en bedre kontakt med hver enkelt tracer).

c) at hele metoden skal utføres med produksjon av én enkelt sammenhengende fase av væsken (v) som forflytter seg til overflaten sammenhengende, nærmest som en stempelbevegelse. Dersom gasslommer blir liggende innimellom , vil den forstyrre metoden og gjøre tolkningen vanskeligere.

Claims (9)

1. En fremgangsmåte for å detektere eller kartlegge potensielle innstrømningssoner (zl, z2, z3, ...) for gass (g) fra en geologisk formasjon til en gassbrønn (1) med et brønnhode (b) med et ventiltre eller choke (12),karakterisert vedtrinnene: - å merke (100) de potensielle innstrømningssonene (zl, z2, z3, ...) med tracersystemer (tsl, ts2, ts3, ...) med korresponderende unike tracere (tri, tr2, tr3, ...), - å fylle (200) gassbrønnen fra overflaten, gjennom brønnhodet (b) med en væske (v) hvor tracerne (tri, tr2, tr3, ...) har affinitet til væsken (v), - å produsere (300) væsken (v) fra brønnen (1), - å prøveta (400) fortløpende prøver (sl, s2, s3, ...) av den produserte væsken (v), - å analysere (500) prøvene (sl, s2, s3, ...) for å påvise eventuell tilstedeværelse av en eller flere av tracerne (tri, tr2, tr3, ...) eller også å måle tracernes konsentrasjon (cl, c2, c3, ...).

2. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor brønnen er boret, men ikke komplettert, og hvor tracersystemene (tsl, ts2, ts3, ...) er plassert ut på eller i en brønnvegg (11), på en slik måte at sonene er merket på eller i brønnveggen (11) .

3. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor det er satt inn en komplettering (13) i brønnen (1) , og hvor tracersystemene (tsl, ts2, ts3, ...) er plassert ut i separate soner (zkl, zk2, ...) av kompletteringen (13).

4. Fremgangsmåten ifølge krav 3, ved videre - på grunnlag av de analyserte prøvene (sl, s2, s3, ...), å regulere (600) produksjonen av gassen (g), etter at væsken (v) er tatt ut av brønnen (1).

5. Fremgangsmåten ifølge krav 4, ved å regulerere produksjonen ved å justere ventiler (vzl, vz2, vz3, ...) for sonevis å regulere innstrømningen fra innstrømningssonene (zl, z2, z3, ...).

6. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor man tar prøver (sl, s2, s3, ...) av den produserte væsken (v) fortløpende ved kumulativt produsert væskevolum eller forløpt tid.

7. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor man etter å ha fylt (200) væsken i brønnen lar det hele stå statisk en tid for å bygge opp "tracer shots" (skyer av tracermolekyler) ved hvert enkelt tracersystem (tsl, ts2, ts3, ...).

8. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor man under eller etter å ha fylt (200) væsken i brønnen også trykksetter brønnen videre for å presse væsken (v) et stykke inn i en eller flere av sonene (zl, z2, z3, ...) i formasjonene.

9. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor tracerne (tri, tr2, tr3, ...) har affinitet til væsken (v), men hvor tracerne (tri, tr2, tr3, ...) ikke har affinitet til gassen (g).