Trykkfall i produksjonsbrønnen og nærbrønnområdet

Reservoartrykket

Reservoarene på norsk sokkel har opprinnelig tilstrekkelig reservoartrykk til å få oljen til å strømme til overflaten. Over tid vil dette trykket synke fordi vi tapper ut olje eller gass fra reservoaret. Reservoartrykket kan støttes ved hjelp av vann- og/eller gassinjeksjon i brønner på feltet.

En brønn må ha nok trykk til å kunne levere oljen fra dypet til overflaten (brønnhodet). Dette gjelder både i oppstarten og når brønnen har produsert i mange år. Operatørselskapet planlegger for lang tid framover og velger utstyr til kompletteringen som passer for slike trykkforhold. Noen velger gassløft i brønnen, og andre velger elektriske pumper som plasseres nede i brønnen.

Strømningstrykket

Trykket nederst i en produserende brønn kalles strømningstrykket, P_wf (well flowing). Når oljen strømmer gjennom reservoaret og inn i brønnen, vil det oppstå trykkfall. Det betyr at trykket i bunnen av brønnen er mindre enn reservoartrykket et stykke utenfor brønnen, på samme dyp.

Tap av trykk fra reservoar til brønn

I en sementert og perforert 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. Derfor strupes oljestrømmen ytterligere inn mot brønnen. Sandfilter (screen) av ulike slag vil også redusere innstrømningen til brønnen.

En åpent-hull-komplettering (open hole completion) har større overflate der oljen kan strømme inn i brønnen. Det gir mindre trykkfall.

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

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

• trykktap på vei fra reservoaret til brønnen

• trykktap på vei fra bunnen av brønnen til overflaten

Løfteenergi inne i brønnen

Olje og gass strømmer gjennom nedre komplettering, opp gjennom øvre komplettering til et prosessanlegg på overflaten. Et reservoar kan typisk ligge på 2 000 meters dyp. Den energien som er nødvendig for å løfte oljen 2 000 meter, resulterer i et trykktap. Trykket er derfor lavere på toppen av brønnen enn i bunnen. Dette skjer gradvis gjennom hele brønnens lengde, men mest i den vertikale delen.

Trykktapet øker dersom det kommer mer vann sammen med oljen opp i brønnen, fordi vannet har høyere densitet enn olje.

Utformingen av den indre overflaten og den indre diameteren gjennom kompletteringen påvirker også strømningen og skaper friksjon. Mange innsnevringer og ru overflate øker trykktapet på vei opp i brønnen.

Dersom vi øker produksjonsraten, vil trykktapet også øke. Det er fordi høyere strømningsrate gir mer friksjon innvendig i røret der væsken går. Det kan derfor lønne seg å strupe litt på produksjonsraten for å få opp mer olje, selv om det tar lengre tid.

Trykkfall på grunn av blanding av væsker og gass

I en produksjonsbrønn vil det vanligvis strømme en blanding av olje, gass og vann. Fra et oljereservoar er det mest olje, noe vann og litt gass. Fra et gassreservoar vil det strømme mest gass, noe vann og kanskje litt gasskondensat og olje.

Slike blandinger kalles flerfasestrøm. Flerfasestrøm påvirker hvordan væsken strømmer i produksjonsrøret fra reservoaret til overflaten. Det kan dannes boblestrøm, støtvis strøm, separat strøm eller dråpestrøm. En brønn kan ha flere av disse strømmningstypene på ulike dyp.

De ulike strømningene gir ulike trykktap i brønnen.

Trykktap som følge av brønnbane

Brønnbanens retning, lengden på brønnen og dypet den plasseres på, bestemmes av reservoarets geologi. Trykktapet i brønnen avhenger av hvor mange meter oljen skal løftes i vertikal retning (TVD), brønnens lengde (MD) 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.

Valg av kompletteringsløsning skal ta hensyn til reservoarets trykk, hvor mye olje eller gass som kan hentes ut gjennom brønnen, og hvor lenge det er forventet at brønnen skal produsere.