Hochwassermanagement: Konformitäts- oder Sweep-Effizienzprobleme lösen – Teil 2: Probleme mit Lösungen verbinden

In Teil 1 haben wir das Prozessrad und die ersten beiden Elemente dieses Rads besprochen, nämlich Kandidatenauswahl und Problemklärung. In Teil 2 konzentrieren wir uns darauf, eine Verbindung zwischen den in der Konformitätsproblemmatrix beschriebenen Problemtypen und verschiedenen Methoden zur Lösung dieser Probleme herzustellen.

In diesem Abschnitt verwenden wir weiterhin die in Teil 1 beschriebene Konformitätsproblemmatrix und integrieren verschiedene Überlagerungen in diese Matrix, um zu beschreiben, wie Elemente des Konformitätslösungskontinuums und des Unterabschnitts des Kontinuums, d. h. bestehende Bohrlochinterventionen, zur Darstellung verwendet werden können wie diese Lösungen effektiv eingesetzt werden können.

Frühere Bemühungen zur Klassifizierung von Konformitäts-Engineering-Problemen verwendeten eine lineare Sichtweise der Einstufung von Problemen von der einfachsten zur schwierigsten zu kontrollieren. Das wahrscheinlich am häufigsten zitierte Dokument in diesem Zusammenhang stammt von Seright et al., SPE 84966. Obwohl ich mit ihrem Ranking-Prozess nicht einverstanden bin, hilft es uns wirklich nicht, uns auf die am besten geeignete Lösung zu konzentrieren.

Eine andere Art der Klassifizierung von Konformitätsproblemen wurde entwickelt, kurz beschrieben und in Teil 1 vorgestellt. Die Konformitätsproblemmatrix (Abb. 1) ermöglicht es uns, Konformitätsprobleme basierend auf zwei primären Problemmerkmalen zu klassifizieren: dem dominanten Problemflusspfad (d. h. a VSC [Leerraumleitung] oder durchlässiges Gestein) und der Ort einer ausgeprägten Flusskontrolle (z. B. in der Nähe des Bohrlochs oder tiefer im Reservoir). Obwohl einige Probleme mehrere Merkmale enthalten können, besteht der Schlüssel darin, das dominanteste Merkmal zu definieren, damit es zuerst gelöst werden kann.

In diesem Diagramm wird nicht jedes Konformitätsproblem dargestellt, aber wenn Sie diese beiden Hauptelemente des Problemflusses berücksichtigen, sollten wir in der Lage sein, jede Art von Konformitätsproblem in dieser Matrix zu platzieren. Bitte studieren und betrachten Sie diese Matrix sorgfältig, da sie ein Schlüsselelement von Teil 2 sein wird.

In Teil 2, der im JPT im Juni veröffentlicht wird, werden wir eine ausführlichere Diskussion über die Probleme und die Problemmatrix liefern. Wir werden auch Lösungen für Bohrlochinterventionen diskutieren und wie diese Lösungstypen über die Konformitätsproblemmatrix gelegt werden können. Darüber hinaus stellen wir das Konformitätslösungskontinuum vor und zeigen seine Beziehung zur Problemmatrix.

Würde man die Matrix mit jedem Problemtyp füllen, mit dem wir in der Branche konfrontiert sind, würde dies zu einem sehr unübersichtlichen Diagramm führen. Zu erkennen ist, dass es sich bei dem Bohrloch um einen VSC handelt, den wir geschaffen haben, um uns mit dem Reservoir zu verbinden. Immer wenn wir die Kontrolle darüber verlieren, wie Flüssigkeit aus dem Reservoir in das Bohrloch gelangt, haben wir ein VSC.

Daher beginnen wir mit der Betrachtung der häufigeren Probleme, die mit dem Verlust der Kontrolle über das Bohrloch einhergehen, wie z. B. Gehäuselecks, Packerlecks oder -stopfen, falsch perforierte Abschnitte, Zementkanäle, falsch perforierte Abschnitte usw. Diese Probleme fallen alle in den oberen linken Quadranten . Da es sich ausschließlich um Hohlraum- oder Leitungsströmungen handelt, werden sie vollständig am Bohrloch kontrolliert.

Das nächste Beispiel hilft uns, die Bedeutung geologischer Kontrollen und des Verständnisses zu verstehen. Wenn wir eine verwässerte Schicht ohne Querströmung zwischen den Schichten haben, fällt dieses Problem in den oberen rechten Quadranten, da das Strömungsproblem von der durchlässigen Strömung dominiert wird, aber aufgrund der fehlenden Querströmung zwischen den Schichten die gesamte Kontrolle am Bohrloch erfolgt.

Anschließend wenden wir uns dem komplexeren Problem einer verwässerten Schicht zu, allerdings mit starker Querströmung zwischen den Schichten. Dieses Problem würde in den unteren rechten Quadranten fallen, da das Strömungsproblem mit der Durchlässigkeit zusammenhängt, aber da es einen starken Querfluss gibt, ist die Kontrolle am Bohrloch wirklich begrenzt oder gar nicht möglich.

Diese letzten beiden Probleme bestehen als kontinuierlicher Grad vom oberen rechten Quadranten zum unteren rechten Quadranten, abhängig vom Grad der Querströmung zwischen den Schichten.

Der untere rechte Quadrant enthält alle Probleme, bei denen die Reservoirpermeabilität sehr heterogen und/oder anisotrop ist. Hier kann sich die Durchlässigkeit sowohl in der Richtung als auch in der Größe ändern. Deltaische Ablagerungsumgebungen mit geflochtenen Strömen können diese Art von Permeabilitätsvarianz erzeugen. Der Schlüsselaspekt dieses Problems besteht darin, dass dieses Strömungsproblem vollständig von der durchlässigen Strömung dominiert wird und die gesamte Steuerung weit entfernt vom Bohrloch erfolgt.

Ein Reservoir, das stark gestört und zerklüftet ist und in dem sich Flüssigkeit leicht durch diese Strukturen bewegen kann, würde in den unteren linken Quadranten fallen. Der problematische Fluss existiert innerhalb der Hohlraumstruktur der Brüche, aber da es ausgedehnte natürliche Brüche gibt, wird die Kontrolle tief im Reservoir dominiert. Diese Merkmale können von extrem dicht mit begrenzter Durchlässigkeit bis hin zu sehr offen und hochleitfähig reichen. Bei einem induzierten Bruch handelt es sich um eine Hohlraumströmung, aber in begrenztem Umfang ist die Kontrolle vom Bohrloch aus etwas leichter zugänglich. Verkarstete Abschnitte (mit verbundenen Vugularabschnitten) stellen Probleme mit der Hohlraumströmung dar, der Grad ihrer Kontrolle hängt jedoch davon ab, wie verbunden sie mit vertikalen Strömungsmerkmalen (z. B. Brüchen oder durchlässigem Gestein) entfernt vom Bohrloch sind. Ein weiteres Merkmal dieser VSCs in tiefen Lagerstätten besteht darin, dass sich ihre Leitfähigkeit im Laufe der Zeit aufgrund von Auflösung oder Erosionsverstärkungen häufig ändert.

In den meisten Problemszenarien ist die Fähigkeit, den Fluss richtig zu charakterisieren, die größte Einschränkung beim Entwurf der besten Lösung. Ingenieure setzen jeden Druckabfall über einer Region normalerweise mit einer Funktion des Darcy-Gesetzes und der durchlässigen Strömung gleich. Der Leitungsfluss (dh der Fluss in großen Hohlräumen) lässt sich jedoch möglicherweise besser durch den Pipeline-Fluss charakterisieren. Der entscheidende Teil dieses Verständnisses bezieht sich auf die Art und Größe der Leerraummerkmale. Wie wir Lösungen oder Materialmischungen zur Steuerung dieser Merkmale entwerfen, hängt eng mit der Größe, Form und Gesamtausdehnung des Strömungsmechanismus innerhalb des Bohrlochs und der Formation zusammen.

Echte durchlässige Strömungen in kompetentem Gestein, sogar bis zu mehreren Darcys, können durch ausreichende Mengen sehr starker Gele kontrolliert werden. Größere VSC-Merkmale, die mit verstärkten Verwerfungen oder Brüchen, Karsten, großen Wurmlöchern usw. einhergehen, erfordern jedoch ein viel stärkeres Material, typischerweise Zemente oder sehr starke vorgeformte Partikelgele, die als Hohlraumfüller konzipiert sind. Wir werden dies ausführlicher besprechen, wenn wir uns auf die Lösungsüberlagerung konzentrieren. Beachten Sie jedoch vorerst, dass es sehr wichtig ist, die Art des Flusses richtig zu charakterisieren, um effektive Lösungen zu generieren.

Bevor wir uns mit den Einzelheiten darüber befassen, welche Lösungen für bestimmte Merkmale am besten funktionieren könnten, müssen wir erkennen, dass die Lösungsmöglichkeiten für Conformance-Engineering-Probleme von einer Vielzahl bestehender Bohrlocheingriffe bis hin zu umfassenderen maßgeschneiderten Lösungen reichen. Diese Lösungsmenge kann durch ein Lösungskontinuum dargestellt werden (Abb. 2).

Innerhalb dieses Kontinuums die beste Option zu ermitteln, kann sehr schwierig sein und erfordert oft jahrelange Arbeit in einem bestimmten Bereich oder Projekt, um den kostengünstigsten Ansatz zu ermitteln. In den meisten Fällen in der Branche beginnen wir jedoch mit bestehenden Bohrlocheingriffen und/oder konzentrieren uns auf diese. Schauen wir uns die bestehenden Bohrlochinterventionen genauer an.

Da wir nun über eine bevölkerte Matrix mit einer Vielzahl von Problemen verfügen, wie hilft uns das dabei, eine geeignete Lösung zu finden? Ich glaube, wir sind uns alle einig, dass es angesichts der bestehenden Lösungen für Bohrlochinterventionen oft am besten ist, sich an die einfachste Lösung zu halten. Bei mehreren Konformitätsproblemen handelt es sich in der Regel um mechanische Lösungen, Brückenstopfen, Straddle Packer, Scab Liner usw.

Wir wissen jedoch, dass diese Lösungen nur in der oberen Hälfte dieser Matrix wirksam sind. In bestimmten Situationen sind mechanische Lösungen aufgrund des bestehenden Abschlusscharakters möglicherweise nicht verfügbar. In diesen Fällen können wir möglicherweise Zement oder andere Hohlraumfüller (VSFs) verwenden, und wenn das Problem im oberen rechten Quadranten liegt, können chemische Lösungen wie Permeabilitätsblocker verwendet werden.

In den Fällen, in denen das Bohrloch ein anderes VSC schneidet und die Kontrolle vom Bohrloch weg in den unteren linken Quadranten der Problemmatrix ausdehnt, können wir Zement und andere VSFs verwenden. Der Schlüssel zur Schaffung wirksamer Lösungen im unteren linken Quadranten liegt in unserer Fähigkeit, große Mengen an VSF-Materialien zu pumpen, die über die richtige Festigkeit verfügen, um diesen Bereich zu kontrollieren. Wir können unsere Wirksamkeit bei solchen Lösungen verbessern, indem wir die Stärke der von uns verwendeten Materialien verringern. Ein gutes Beispiel dafür findet sich in SPE 103044. Wenn wir uns auf bestehende Bohrlochinterventionslösungen beschränken, können wir nur durch den Einsatz von Lösungen, die tief in die Permeabilität eindringen, oder extrem kleinen Nanopartikelsystemen wirksame Lösungen für die Probleme im unteren rechten Quadranten generieren. Diese sind in den chemischen Lösungen enthalten. Wir können diesen Zusammenhang zwischen mechanischen Lösungen, Zementen/VSFs und chemischen/Dichtungsgelsystemen weiter erkennen, indem wir ein grafisches Überlagerungsbild auf der Problemmatrix verwenden (Abb. 3).

Wenn das alles wäre, was wir tun müssten, wäre die Welt des Conformance Engineering einfach. In vielen Fällen treten jedoch mehrere Probleme in einem Bohrloch oder Feld auf. Beispielsweise haben wir ein Bohrloch in einem Feld mit erheblichen Durchlässigkeitsstreifen hydraulisch gebrochen. Vielleicht haben wir unseren Bruchabschnitt erweitert und ihn so mit einem Grundwasserleiter verbunden. In einigen Fällen haben wir verkarstete Abschnitte in Kombination mit ausgedehnten Brüchen, entweder induzierter oder natürlicher Art. In anderen Situationen haben wir die Bohrlochverbindung zum Hohlraum oder den Leitungsfluss nicht kontrolliert, wodurch unsere Gesamtkontrolle eingeschränkt ist (z. B. geschlitzte Auskleidungen, drahtumwickelte Siebe oder vorgepackte Auskleidungen). Darüber hinaus haben wir auch Probleme, die möglicherweise zunächst als begrenzter Durchfluss entstanden sind, diese Merkmale jedoch im Laufe der Jahre durch zusätzliche Gesteinsauflösung oder Erosion verstärkt werden. Wie in Teil 1 besprochen, ist das Verständnis dieser Probleme und ihrer Gesamtauswirkungen entscheidend für unsere Fähigkeit, effektive Lösungen zu entwickeln.

Beim Entwurf einer effektiven Lösung muss der Schwerpunkt auf der Kontrolle oder zumindest aggressiven Beeinflussung des vorherrschendsten Strömungsproblems liegen. In Fällen, in denen ein VSC beteiligt ist, wird dies immer das dominierende Merkmal sein. Dies ist der einzige Bereich, in dem wir Glück hatten. Unsere Fähigkeit, den Hohlraumfluss zu kontrollieren, ist wesentlich besser als unsere Fähigkeit, Lösungen zu entwerfen und zu platzieren, die eine erhebliche Kontrolle über durchlässige Flussprobleme ermöglichen. Mechanische Systeme sind am einfachsten zu installieren und in der Regel auch am einfachsten zu entfernen, wenn sie nicht funktionieren. Als nächstes kommen Zement und VSFs, und unsere Erfahrung mit Sanierungszementierung (oder Quetschzementierung) geht oft auf langjährige Erfahrung zurück. Das einzige wesentliche Problem bei der Sanierungszementierung besteht darin, dass sich die Industrie jahrelang nur darauf konzentriert hat, die Kontrolle am oder in unmittelbarer Nähe des Bohrlochs zurückzugewinnen, und die heutigen Probleme erfordern oft, dass wir diese Hohlraumleitungen weit über das Bohrloch hinaus beeinflussen.

Es gibt auch Situationen, in denen mehrere Lösungstechniken gleichzeitig implementiert werden können, um Synergien zwischen den beiden Lösungen zu erzielen. Ein Beispiel ist das Pumpen von Gelen, gefolgt von Zement, wie in den in Prudhoe Bay dokumentierten Fällen von Gasabschaltungen.

Zusätzlich zu den Artikeln über Prudhoe und Anton Irish empfehle ich zwei Artikel über West Sak, die diese Technik nutzen und den Fortschritt der Lösungen zeigen, die sich aus der Leistungsbewertung und Verbesserungen des Problemverständnisses ergeben (SPE 169073 und SPE 201302).

Zurück zur Problemmatrix mit der Lösungsüberlagerung: Keine dieser Lösungsgrenzen oder Problemplatzierungsorte sind fest und schnell. Es gibt immer Grauzonen innerhalb der Probleme und Lösungen, die ihren Standort bis zu einem gewissen Grad verändern können. Denken Sie außerdem daran, dass wir zwar etwas unternommen haben, um ein Problem in den Griff zu bekommen, es aber oft mehrere Probleme gibt, die den Gesamtnutzen der gewählten Lösung schmälern. Die Auswirkungen der Ökonomie können diese Grenzen sowie technologische Verbesserungen und/oder physikalische Einschränkungen der Bohrlochkonfiguration verschieben. Obwohl chemische Systeme und/oder Gelsysteme weiter in den unteren rechten Quadranten vordringen können, gibt es außerdem häufig Fälle, in denen sich viele Probleme in diesem Bereich für bessere Lösungen durch Musterneukonfiguration oder Designer-Bohrlöcher eignen, wie bereits erwähnt. Abb. 4 bietet eine allgemeine Perspektive auf die Interaktion des Konformitätslösungskontinuums mit der Problemmatrix sowie ein Diagramm von Schweregrad und Wahrscheinlichkeit.

Die in Abb. 4 dargestellte Perspektive stellt keine feste Beziehung dar, sondern eher eine allgemeine Regel, die sich aus vielfältigen Erfahrungen, technischen Überprüfungen und Erkenntnissen anderer entwickelt hat. Ich bin der Meinung, dass die meisten Konformitätsprobleme, die es in der Branche gibt, mit der Durchlässigkeitsvarianz zwischen Zonen zusammenhängen, die tief im Reservoir tief miteinander verbunden sind. Diese Probleme bestehen im unteren rechten Quadranten und sind von bestehenden Bohrlöchern aus nur sehr schwer zugänglich und zu kontrollieren. Diese Probleme sind im Hinblick auf einen schnellen oder massiven Injektionsmittelkreislauf oder Durchbruch nicht die schwerwiegendsten. Die schwerwiegendsten Probleme resultieren aus direkten VSC-Problemen und erfordern irgendeine Form von physischem Eingriff, andernfalls geht der Wert der betroffenen Bohrlöcher verloren.

Im Laufe der Jahre wurden die Permeabilitätsvarianzprobleme, die im unteren rechten Quadranten bestehen, im Allgemeinen durch Sidetracking, benutzerdefinierte Musterneukonfigurationen, Neuausrichtung von Injektion/Produktion usw. gelöst. Dies ist auch der Hauptbereich, in dem die heutige Anwendung der Big-Data-Analyse versucht, diese zu korrigieren Konformitätsprobleme durch Wiederherstellung des Flüssigkeitsgleichgewichts.

Um den größtmöglichen Nutzen aus Ihren Konformitäts-Engineering-Bemühungen zu ziehen, müssen Sie die Informationen, die Sie bei jedem Versuch gewinnen, weiterhin nutzen, um noch mehr über das Problem zu erfahren und so die besten möglichen Lösungen für die Konformitätsprobleme zu formulieren, auf die Sie stoßen. Denken Sie an Schritt 5 des Prozessrads in Teil 1.

Um bei Konformitätsproblemen die größtmögliche Erfolgsquote zu erzielen, müssen Sie Ihr Problemverständnis und die Wirtschaftlichkeit der angewandten Lösungen überdenken.

Teil 3 konzentriert sich darauf, sicherzustellen, dass wir die Vorteile unserer Diagnose- und Lösungsbemühungen ordnungsgemäß berücksichtigen.

Zur weiteren Lektüre

SPE 84966 Eine Strategie zur Bekämpfung der überschüssigen Wasserproduktion von RS Seright, New Mexico Petroleum Recovery Research Center; RH Lane, Northstar Technologies Intl.; und RD Sydansk, Syndansk Consulting Services.

SPE 103044 Die erfolgreiche Entwicklung der Konformitätsbemühungen von Anton Irish von DD Smith, MJ Giraud und CC Kemp, Occidental Petroleum, et al.

SPE 54596 Gel-Zement-Kombinationspressen für die Gasabschaltung von QJ Lai und AJ Bond, ARCO Alaska Inc.; und TW Carpenter, ARCO AEPT, et al.

SPE 169073 Ein Überblick über die Konformitätskontrollbemühungen für das West-Sak-Feld am Nordhang von Alaska von JW Peirce, MR Hutcherson und MD Jensen, Conoco Phillips et al.

SPE 201302 Fallgeschichte von Konformitätslösungen für West Sak Wormhole/Void Space Conduit mit einem neuen wieder zusammensetzenden vorgeformten Partikelgel-RPPG von G. Targac, C. Gallo und D. Smith, ConocoPhillips et al.

David Smith, SPE, ist derzeit Präsident und Hauptberater von Oilfield Conformance Consulting LLC und außerordentlicher Professor an der Missouri University of Science and Technology (MS&T). Vor seinen jetzigen Bemühungen war Smith etwa 20 Jahre lang globaler Conformance Engineering-Berater für ConocoPhillips oder Occidental Petroleum. Zuvor war er Projektmanager im Bereich Conformed Water Management für Halliburton und hatte mehrere Positionen bei ARCO inne, die mit Profilmodifikationen und Sweep-Verbesserungen verbunden waren. Smith ist seit mehr als 45 Jahren aktives SPE-Mitglied. Er war Vorsitzender des technischen Programms der SPE EOR/IOR-Konferenz 2014 in Tulsa, ehemaliger Co-Vorsitzender der SPE EOR/IOR TIG (Technical Interest Group) und SPE Distinguished Lecturer in den Jahren 2019–2020. Smith hat einen Bachelor-Abschluss in Geologie von der Pacific Lutheran University und einen MS in Erdöltechnik von der Stanford University.