Vanngjennombrudd og sandproblem

Når vannproduksjonen øker vesentlig i en produksjonsbrønn, kalles det vanngjennombrudd. En kilde til vannet kan være injisert vann. Vannproduksjonen vil øke etter hvert som injisert vann strømmer fra injeksjonsbrønnene til produksjonsbrønnene. Dette vannet blir produsert sammen med oljen.

Dersom reservoaret har en vannsone under oljen, kan vann fra vannsonen strømme til produksjonsbrønnene og bli produsert sammen med oljen. Vannet suges inn i produksjonsbrønnen på grunn av det høye trykkfallet rundt brønnen. Dette kalles vannkoning, Ved å redusere produksjonsraten i choken på ventiltreet reduseres trykkfall inn mot brønnen. Dette kan redusere størrelsen og hastigheten på vannkonen.

Vann er tyngre enn olje, og jo større vannproduksjonen blir, jo mer energi trengs for å løfte brønnstrømmen til overflaten. Typisk er densiteten til olje 0,85 kg/l, mens vannet er tyngre og har en densiteten på typisk 1,03 kg/l. Økt vannproduksjon gir seg utslag i større trykktap i brønnen og dermed lavere trykk på brønnhodet og chokeventilen.

På norsk sokkel har mange oljefelt produsert olje i mange år samtidig som det er injisert vann. Mange felt har fått vanngjennombrudd. Samlet sett blir det i dag produsert mer vann enn olje fra norske felt, altså over 50 prosent vann.

Trykktap og høye rater nær brønnen utsetter reservoarformasjonen for store belastninger. Dette kan gjøre at sandkorn løsner fra reservoarformasjonen og følger med brønnstrømmen inn i brønnen – det oppstår sandproduksjon.

Sandproduksjon er størst i reservoarformasjoner som er dårlig konsolidert, altså der sandkornene henger dårlig sammen. Når vannet strømmer gjennom formasjonen i produksjonsbrønnene, vil kreftene som virker fra strømningen i reservoarformasjonen endres, og bindingen i formasjonen svekkes. Sandproduksjonen kan derfor øke vesentlig ved vanngjennombrudd.

Sandproduksjon utsetter produksjonsrøret og kompletteringsutstyret i brønnen for stor slitasje i form av erosjon. Det finnes ulike tiltak for å forhindre dette, som for eksempel å installere sandskjermer i perforeringsintervallet som hindrer sand å komme inn i brønnen, eller å redusere produksjonsraten.

På Gullfaksfeltet reduseres produksjonsraten i enkelte brønner til 50 prosent av maks produksjonsrate for å redusere sandproduksjonen. Det bidrar til mindre erosjonsskader på produksjonsrør og kompletteringsutstyr.

Produksjonsraten reguleres med åpningen i chokeventilen i ventiltreet. Maksimum produksjonsrate for en brønn begrenses av hvor mye olje reservoaret kan levere til brønnen og minimum trykkbehov på chokeventilen. Innstrømningen fra reservoaret bestemmes av reservoartrykket, kvaliteten i reservoarformasjonen og kvaliteten på oljen.

Prosessanlegget dimensjoneres for de ulike reservoarene (feltene), og kapasiteten i prosessanlegget er tilpasset forventet produksjon fra reservoaret. Måten prosessanlegget er utformet på, bestemmer hvor lavt trykket inn til ventiltreene kan være.

Utformingen og kapasiteten til prosessanlegget tar hensyn til at noen brønner kan bli stengt, og at andre brønner dermed må øke produksjonsraten. Dette kan skje når det kommer vanngjennombrudd i en del av reservoaret mens andre områder fremdeles produserer mest olje. Produksjonsraten fra enkeltbrønner justeres etter hvert som forholdene i reservoaret og brønnene endrer seg.

Lavere produksjonsrate kan øke effekten av vanninjeksjon når injisert vann får tid til å synke under oljen og danne en stabil vannfront i reservoaret.

Lavere produksjonsrate kan også redusere vannproduksjon i enkeltbrønner fordi det reduserer trykktapet i nærbrønnområdet. Mindre vann vil da bli sugd inn til brønnene (redusert vannkoning) fordi vannet er tyngre enn olje og synker tilbake til vannførende lag. Når oljen strømmer med lavere hastighet gjennom reservoaret, er det mindre belastning på bergarten, og faren for sandproduksjon reduseres.

Produksjonsraten må selvsagt vurderes i forhold til økonomi. Lav produksjonsrate per brønn krever mange brønner, hvis ikke tar det lang tid å produsere oljen. Dette er kostbart og/eller skyver inntekter langt fram i tid.

Mange ulike elementer kan forårsake det samlede trykktapet fra reservoar til overflaten og i sin tur påvirke utvinningsgraden fra et reservoar. Noe av trykktapet kan unngås ved å redusere friksjonen i produksjonsrør og kompletteringsløsning. Det krever god planlegging. Enda mer kan gjøres ved å utnytte reservoaret maksimalt gjennom planlegging av brønnplassering, perforeringsintervall, produksjonsrate og vanninjeksjon.

Til tross for god planlegging og smarte løsninger endres produksjonen over tid. Trykkfall, vanngjennombrudd og sandproduksjon kan forårsake store problemer, og i verste fall må brønnene stenges.

Kompletteringsløsningen må derfor være fleksibel nok til å kunne gjøre endringer og vedlikeholdes etter hvert som behovet oppstår. Høy utvinning og lavt trykktap vil være avhengig av at brønnen vedlikeholdes for eksempel gjennom å fjerne scale, syrebehandle reservoaret, stenge perforeringsintervall med mye vanninjeksjon, åpne nye perforeringsintervall i områder der oljen ikke er produsert, frakturere for å øke permeabilitet, bore sidesteg, osv. Produksjonsbrønner blir vedlikeholdt med wireline eller coiled tubing intervensjon, i hele brønnens levetid.