Effect of intersected wells configuration on productivity

Abstract

Hidrokarbonlar, PVT (Basınç Hacim Sıcaklık) özelliklerine bağlı olarak, retrograd gazlar, kuru gazlar, ıslak gazlar, uçucu petrol ve petrol olarak sınıflandırılır. Petroller API gravitesine gore hafif petrol (> 30o API), orta petrol (20o-30o API), ağır petrol (10o-20o API) ve ekstra-ağır petrol (<10o API) olarak isimlendirilir.Rezervuar sıcaklığı ve basıncının diğer türdeki petrollere göre çok daha düşük olduğu derin olmayan rezervuarlarda ağır petroller oluşur. Bu nedenle, petrol içinde bulunan gazlar petrolü serbest bırakır ve petrol yalnızca bir fazın bulunduğu ağır petrol olur. Bu, petrol viskozitesini ve yoğunluğunu arttırır. Ağır petrollerın viskozitesi 100 cP'den yüksektir, daha ağır petroller ise 100000 cP gibi yüksek bir viskoziteye sahiptir.Yüksek yoğunluk ve viskoziteye sahip olan ağır petroller, gözenekli ortamda pek hareket edemez. Ve eğer rezervuar basıncının çok düşük olduğunu düşünürsek, ağır petrolün rezervuarın kendi doğal enerjisi ile üretilmesi imkansızdır. Su enjeksiyonu, gaz enjeksiyonu ve gaz-lift gibi geleneksel yolları kullanılsa bile, ağır petrolleri geri kazanmak zordur. Ağır petrolleri geri kazanım yöntemlerinin farklı çeşitleri vardır. Bu yöntemler genellikle iki ana grupta sınıflandırılabilir: termal ve termal-olmayan kurtarma yöntemleri. Çoğunlukla kullanılan yöntemler termal kurtarma yöntemleridir. Termal olmayan kurtarma yöntemlerinde farklı pompa tiplerini kullanmak daha yaygındır. Pompaların çalışma şekli onların yapılarının tamamen farklı olmasına rağmen aynıdır. Buradaki temel amaç kuyu içinde basınç farkı yaratmaktır. Bu pompalar çoğunlukla dikey kuyularda kullanılır. Bununla birlikte, bu pompaları yatay kuyularda kullanmak daha fazla yarar sağlayabilir, çünkü yatay kuyuların akış alanı daha büyüktür. Fakat yatay kuyularda pompa kullanmak dikey kuyulara göre çok daha zordur. Yatay kuyular yönlü olarak delinir ve bu durum sürtünme ve kırılmalara neden olur. Bu nedenle pompalar yatay kuyuların derin kısımlarında çalışamazlar. Bu çalışmada, yukarıda belirtilen sorunun çözümü önerilmiştir. Yatay kuyu yerine yatay ve dikey kuyuların kesişdiği bir model yukarıda belirtilen problemin çözümü olarak önerilebilir. Bu modelde pompayı dikey kuyuda kullanmak daha yüksek üretim elde etme fırsatı verebilir. Bu çalışmada sentetik veri kullanılarak yatay ve dikey kuyu kesişim modelinin performansı araştırılmıştır. Rezervuar ve ağır petrol özellikleri Rubis-simülatörü kullanılarak modellenmiştir ve bu model kullanılarak farklı senaryolar incelenmiştir. Ağır petrollerin çoğu gaz fazını içermediğinden, tek fazlı, az-sıkıştırılabilir varsayımı yapılır. Senaryolar için akış olmayan sınıra sahip kare şeklinde rezervuar kullanılmıştır. Ağır petrol sahasının performansı olarak yatay kuyu boyunun, derinliğinin, lokasyonunun ve eğim açısının etkileri incelenmiştir. Rezervuar basıncının, debinin ve kümülatif petrol üretiminin davranış nedenlerinin analitik denklemlerle açıklanması verilmiştir. İnceleme sonrasında rezervuarın ortasında ve kesişen kuyuların arasındaki mesafenin en büyük olduğu durum en iyi senaryo olarak belirlenmiştir. Eğim derecesinin etkisi rezervuarın anizotropisine bağlı olduğu görülmüştür. Yüksek anizotropiye sahip olan bir rezervuarda kullanılan kesişen kuyu modelinde daha yüksek eğim derecesi kullanmak daha yüksek petrol üretimi sağladığı görülmüş.Bilindiği gibi ağır petrol konvensiyonel yöntemler kullanılarak üretilemez. Bu nedenle günümüzde çeşitli kurtarma yöntemleri kullanılmaktadır. Ağır petrolün pompa ile yüzeye çıkarılmasında kesişen kuyular kullanmak bu çalışmada önerilen bir yöntemdir.Sürtünmeden dolayı yatay kuyunun daha derin kısmında pompayı doğrudan kullanma imkanı bulunmadığından yatay kuyu yerine kesişen kuyular kullanılır. Bununla birlikte kesişen kuyuları kullanarak pompa, yatay kuyunun ucu ile kesişen düşey kuyunun en derin kısmına kadar indirilebilir. Aynı zamanda bu modelde yatay kuyu yerine rezervuar parametrelerine dayanarak eğimli kuyu da kullanılabilir. Böylece yatay kuyunun akışa açık alanı arttırarak, üretime vermiş olduğu yararını kullanarak pompa ile düşey kuyunun daha derin kısımlarında ağır petrol üretimi yapılabilir. Böylece hem pompa hem de düşey kuyu kullanımından daha fazla yarar sağlanabilir.Bu çalışmada çeşitli durumlar araştırılmış, kesişen kuyular için avantajlar ve dezavantajlar tartışılmıştır.Bu çalışma sırasında aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır:1. Rubis simülatörü için kütle-denge doğrulaması yapıldı ve kütle-denge denklemi sonuçları ile rubis simülatöründen alınan sayısal sonuçlar arasında uyum sağlandı. 2. Babu-Odeh denklemi kullanılarak simülatörden gelen sonuçlar için analitik kıyaslama yapıldı. Kıyaslama sonucunda birerbir uyuşma sağlandı. 3. Kesişen kuyularda pompa kullanımı yatay kuyularda pompa kullanımından iki kat daha fazla yarar sağladığı görülmüştür.4. Farklı yatay kuyu uzunluklarının kullanımının üretime olan etkisi araştırılmıştır. Sonuç olarak en uzun kesişen kuyuda daha fazla üretim gözlenmiş bunun yanı sıra basınç azalımı daha fazla olmuştur. Buradan da anlaşılacağı gibi en uzun kesişen kuyu en iyi durumu ifade etmektedir. Bunun nedeni akışa açık alanın daha uzun yatay kuyularda daha fazla olmasıdır.5. Farklı derinliklerde kesişen kuyu durumları kullanımının üretime olan etkisi araştırılmıştır. En iyi sonuçlar orta derinlikte kullanılan kesişen kuyularda elde edilmiştir. Sonuç olarak orta derinlikte kullanılan kesişen kuyuda üretim diğer derinliklerde kullanılan kesişen kuyulara göre daha fazladır. Bunun yanı sıra basınç azalımı da daha fazla olmuştur. Bunun nedeni kesişen kuyuların rezervuarın orta derinliğinde olması durumunda yatay kuyunun rezervuarın üst ve alt sınırlarından diğer derinlik durumlarına göre daha uzak olduğu için debinin sınırlardan daha az etkilenmesidir.6. Farklı lokasyonlarda kesişen kuyu durumlarının üretime olan etkisi incelenmiştir. En iyi sonuçlar rezervuarın merkezinde kullanılan kesişen kuyuda elde edilmiştir. Sonuç olarak rezervuarın ortasından kullanılan kesişen kuyuda üretim oranı diğer lokasyonlarda kullanılan kesişen kuyulara göre daha fazladır. Bunun yanı sıra basınç azalımı da daha fazla olmuştur. Bunun nedeni lokasyonun rezervuarın merkezi olması durumunda kesişen kuyuların diğer lokasyon durumlarına göre rezervuar sınırlarından daha uzak olması ve rezervuar sınırlarından daha az etkilenmesidir. 7. Anizotropik rezervuarda (kv/kh= 0.01) farklı eğim açısına sahip kesişen kuyu durumlarının üretime olan etkisi araştırılmıştır. En iyi sonuçlar daha fazla eğim açısına sahip kesişen kuyularda görülmüştür. Sonuç olarak daha fazla eğim açısına sahip kesişen kuyularda daha fazla üretim olduğu görülmüştür. Bunun yanı sıra basınç azalımı da daha fazla olmuştur. Bunun nedeni anizotropik rezervuarda yatay yöndeki akış debisinin düşey yöndeki akış debisine göre yüz kat daha fazla olmasıdır.8. Farklı kuyu çaplarına sahip kesişen kuyular incelenmiştir. En iyi sonuçlar daha büyük kuyu çapına sahip kesişen kuyularda görülmüştür. Sonuç olarak daha büyük kuyu çapına sahip olan kesişen kuyular diğerlerine göre daha fazla üretim sağlamaktadır. Bunun yanı sıra daha fazla basınç azalımı görülmüştür. Bunun nedeni daha büyük kuyu çapına sahip kesişen kuyularda diğer durumlara göre akışa açık alanın daha fazla olmasıdır. 9. Farklı kirlenme zonlarına sahip kesişen kuyular incelenmiştir. En iyi sonuçlar kirlenme zonu düşük olan kesişen kuyularda görülmüştür. Sonuç olarak düşük kirlenme zonuna sahip kesişen kuyularun üretim miktarı yüksek kirlenme zonuna sahip kesişen kuyulardan daha fazladır. Bunun nedeni daha büyük kirlenme zonlarındaki geçirgenliğin diğer durumlara göre daha küçük olmasıdır.

Hydrocarbons are classified as retrograde gases, dry gases, wet gases, volatile oil and black oil depending on their PVT (Pressure Volume Temperature) properties. If only oil is considered, it is categorized based on specific gravity (API gravity) range: light oils (>30o API), intermediate oil (20o—30o API), heavy oil (10o—20o API) and the heaviest one- extra heavy oils (<10o API). Heavy oils occur in shallow reservoirs where reservoir temperature and pressure is much lower than other type of oils. Therefore, gases existing in oil liberate from oil, and oil becomes dead oil in which there is only one phase. This increases oil viscosity and density. Heavy oil viscosity is higher than 100 cP, even extra heavy oils have more than 100000 cP viscosity. Having high density and viscosity, heavy oils hardly move in porous media. And if we consider that reservoir pressure is very low, it is impossible for heavy oil to be extracted by its natural energy. Even using conventional ways such as water injection, gas injection, gas-lift etc. it is difficult to recover heavy oils. That is why, if secondary recovery methods are not enough to extract heavy oil, tertiary recovery methods can be used to extract heavy oil. These recovery methods are also called Enhanced Oil Recovery (EOR) methods. There are a variety of heavy oil recovery methods. However, they can be categorized generally into two main groups: thermal and non-thermal recovery methods. Mostly used methods are thermal recovery methods. Nonetheless, non-thermal recovery methods are also useful and beneficial.In non-thermal recovery methods, using different types of pumps is widely used in the world. The principle of the pumps is the same- to create pressure difference inside the well, even though they have totally different structures. These pumps are mostly used in the vertical wells. However, it could be more beneficial to use pumps in horizontal well structure, because in horizontal well we can have much more area open to flow. The main problem is that it is hard to use pumps in horizontal wells, especially deeper part of horizontal wells. Horizontal wells are drilled with deviation, therefore, pumps cannot work at lower part of horizontal wells due to friction. Due to friction between pump and wellbore, there can be breaking of the pump inside the wellbore. Therefore, it will require a fishing process which is expensive.In this work, the solution to the problem stated above is proposed. Using intersected wells instead of the horizontal well can be the solution to the problem. Using vertical well intersecting with a horizontal well can give the opportunity to use the pump in vertical well at whatever depth we want. Therefore, we can get the benefit of using the pump as well as the benefit of using horizontal well. In this work, the performance of such a configuration is investigated using a synthetic example. Using the Rubis-simulator, the reservoir and heavy oil are modeled and using this fictional field, different cases are investigated. Single phase, slightly compressible fluid is used since heavy oil is dead oil. Square shaped reservoir with no-flow boundary is used for the cases. The effects of horizontal well length, depth, location, and inclination angle on the performance of the heavy oil field is studied. The reasons for the behavior of reservoir pressure, flow rate and cumulative oil production are also explained using analytical equations. After an investigation, the best case is to use intersected wells having the longest length in the center of the field, in the middle of the reservoir. For the reservoir having higher anisotropy shows higher oil rate for the higher degree of inclination of intersected wells.