Fagstoff

Trykkfall i produksjonsbrønnen og nærbrønnområdet

Publisert: 10.02.2016, Oppdatert: 06.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Sentralt i emnet:

  • Trykkfall i perforeringer
  • Trykkfall i skadet formasjon
  • Trykkfall på grunn av kompletteringsdesign
  • Strømningsregime

Innstrømning i to brønner. Illustrasjon.  

Ulike kompletteringsløsninger skaper ulikt trykkfall. En perforert liner har betydelig mindre innstrømningsareal enn en åpent-hull-løsning (Open Hole). Også skade fra borefasen (skin) kan påvirke strømning og trykk. Trykkfallet forårsaker lavere trykk på brønnhodet.

Trykkutvikling i nærbrønnområdet

Nær brønnen strømmer oljen med høy hastighet, mens strømningsratene langt ute i reservoaret er lave. Høy hastighet betyr at trykktapet er høyt. (Det oppstår friksjonstrykk på grunn av strømningsraten.)

Trykktapet er altså høyest nær brønnen og lavere ute i reservoaret. Dette kan sammenlignes med vann som renner ut av et badekar. Rundt sluket er hastigheten på vannet høyt, mens det i andre enden av badekaret knapt kan sees at vannet strømmer, og at nivået synker.

 

Reservoartrykk. Illustrasjon.  

Her vises trykkstatus rundt en brønn i produksjon. Trykktapet rundt brønnen er et ikke-lineært trykktap, dvs. at det ikke følger en rett linje. Trykktapet inn mot brønnen er størst nær brønnen. Da vil også strømningsraten øke inn mot brønnen (som hastigheten i badekaret).

Avstanden ut i reservoaret (radius fra brønnen) til det området der det fremdeles er statisk reservoartrykk, vil være avhengig av permeabiliteten i reservoaret og oljens viskositet.

Dersom produksjonen stenges (på ventiltreet), stiger trykket nede i brønnen til det er likt med gjennomsnittlig reservoartrykk. Dette vil gå raskt dersom permeabiliteten er høy, og ta lengre tid dersom permeabiliteten er lav.

Oljestrøm mot brønn. Illustrasjon.Oljestrøm til perforert brønn

Strømningstrykket

Trykket ved perforeringene i en produserende brønn kalles strømningstrykket, Pwf (well flowing). Når oljen strømmer fra reservoaret og inn i brønnen, vil det oppstå trykkfall som påvirkes av hvilken kompletteringsløsning og hvilket perforeringsdesign som er valgt.

I en sementert liner vil innstrømningen til brønnen bli begrenset av antall perforeringshull, størrelsen på hullene og hvor langt inn i formasjonen perforeringene går. Videre er det slik at bare deler av reservoarformasjonen er perforert. Da strupes oljestrømmen ytterligere inn mot brønnen.

En åpent-hull-komplettering (Open Hole completion) vil ikke ha de samme begrensningene, men sandskjermer (screen) av ulike slag vil også redusere innstrømningen til brønnen.

Trykkfallskurve i reservoaret. Illustrasjon.Trykkfallskurve i reservoaret

Ofte kan formasjonen bli skadet under boring, for eksempel ved at slam eller sement trenger inn i reservoaret og reagerer med reservoarvæskene (skin). Dette medfører redusert permeabilitet i nærbrønnområdet.

Trykktapet fra perforeringene i brønnen til brønnhodet

Trykktapet fra reservoaret til brønnhodet kan grovt sett deles i to:

  • Trykktap som følge av at olje og gass strømmer fra reservoaret og opp til plattformen.
    Energien som trengs for å løfte oljen fra reservoaret til overflaten (vertikal løftehøyde), gir et trykktap.
  • Trykktap på grunn av skadet formasjon (skin), friksjon i brønnutstyret og størrelsen på perforeringsintervallet.
    Slikt trykktap kan reduseres ved å bruke riktige borevæsker, god dimensjonering av kompletteringsutstyret og optimalisert perforeringsintervall i brønnen.

Dersom trykket på brønnhodet nærmer seg minimumstrykket, kan det brukes gassløft eller nedihullspumper slik at produksjonen kan fortsette. En god planlegging legger til rette for slikt utstyr i kompletteringen.

Løfteenergi

Når oljen strømmer inn i brønnen, blir den transportert gjennom nedre komplettering og løftet fra brønnens dyp i reservoaret opp til brønnhodet på overflaten. Reservoaret kan typisk ligge på 2000 m dyp. Den energien som trengs for å løfte oljen 2000 m, resulterer i et trykktap. Trykket synker derfor fra bunnen av brønnen opp til brønnhodet. Dette skjer gradvis gjennom hele brønnens lengde, men mest i den vertikale delen.

Trykktapet øker om vi åpner for høyere produksjonsrate (økt strømningshastighet gir økt friksjon). Trykktapet øker også om væskens densitet øker (vann følger med oljen).

Innsnevringer og overflateruhet i kompletteringen gir også trykktap.

Feltene på norsk sokkel har tilstrekkelig reservoartrykk til å få oljen til å strømme til overflaten. Reservoartrykket blir også vedlikeholdt gjennom hele feltets levetid ved hjelp av vann- og/eller gassinjeksjon. Det kan likevel oppstå problemer med å få oljen til å strømme til overflaten. Dette kan skje når vannproduksjonen øker, eller når reservoartrykket blir lavt som følge av for eksempel utilstrekkelig vanninjeksjon.

Strømningsregime i en brønn. Illustrasjon.Strømningsregime i en brønn

Trykkfall på grunn av ulike brønnstrømningsregimer

Stort sett produseres en blanding av olje, gass og vann i produksjonsbrønner; mye olje og litt gass og vann i oljefelt, mye gass og lite olje/kondensat og vann i et gassfelt. Slike blandinger kalles flerfasestrøm.

Brønnstrøm i flerfase gir ulike strømningsregimerStrømningsregime; beskriver fordeling og plassering av gass/væske/fast stoff som oppstår når ulike kombinasjoner av gass/væske/fast stoff strømmer sammen i en retning. i produksjonsrøret så som boblestrøm, støtvis strøm, separat strøm, dråpestrøm.

De ulike strømningsregimene gir ulike trykktap i brønnen.

Trykktap som følge av brønnbane

Reservoarets geologi – som dyp, antall oljeførende lag, eventuelle tette lag, utstrekking og forkastninger – bestemmer brønngeometrien, det vil si brønnbanen . Dette er igjen bestemmende for hvor mye energi som trengs for å løfte oljen til overflaten, og hvor stort trykktapet blir.

Trykktapet i brønnen vil avhenge av hvor mange meter oljen skal løftes, altså brønnens TVD, brønnens lengde MDMD; engelsk Measured Depth. Målt lengde/dybde. Brønnens lengde fra RKB til bunnen i hullet. og den indre diameteren i produksjonsrøret og i kompletteringen.

Trykktap som følge av friksjon

Når brønnstrømmen passerer gjennom kompletteringen og produksjonsrøret, oppstår det friksjon som gir trykktap. En jevn og glatt indre diameter gir lavest trykktap. Innsnevringer i brønnens indre diameter øker friksjonen og kan medføre at lineær strømning (lav friksjon) går over til turbulent strømning (høyere friksjon) .

Turbulent strømning øker trykktapet. Brønnen må imidlertid utstyres med mye forskjellig kompletteringsutstyr både i nedre og øvre komplettering for at brønnen skal kunne produsere optimalt over hele brønnens levetid.

Både ønske om optimal indre diameter og nødvendig og fleksibelt kompletteringsutstyr må ivaretas når brønnens kompletteringsprogram blir designet.