PRESSURE TRANSIENT TESTING OF U-SHAPED HORIZONTAL WELLS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Dissertation_final.pdf Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

على مدى العقد الماضي , أخذ حفر الأبار المتعددة الأطراف الطويلة والآبار الأفقية زيادة مطردة في الصناعة النفطية وساعد ذلك التقدم التكنولوجي في مجالات الحفر و استكمال الآبار بالاضافة إلى الفائدة الكبيرة للوصول لأقصى قدر من المنطقة المراد الاتصال بها بالمكامن و زيادة إنتاج النفط وانخفاض نسب الغاز المصاحب لأنتاج الزيت . و لهذه الأسباب , قد نمى الحفر الأفقي للآبار الطويلة بسرعة , وقد تم تمديد التمدد الأفقي إلى أكثر من 10.800 متر ( 35.770 قدم ) . و على الرغم من أن حفر الأبار الأفقية الطويلة قد يمنع بشكل ملحوظ أو يؤخر ظهور بعض المشاكل المتعلقة بالأنتاج مثل معدلات الإنتاج المنخفضة وأنخفاض كفاءة أستخلاص الزيت , فإنها تواجه ايضا العديد من التحديات التقنية التي تعوق الأستفادة الكاملة من هذه الآبار الطول الكامل للبئر الأفقي المحفور . في البداية , كان يعتقد أن الآبار الأفقية يجب أن تكون طويلة قدر الإمكان , و لكن أتضح أنه كلما زاد طول البئر الأفقي المحفور تكون الزيادة هامشية في الأنتاجية بعد طول معين و ربما لا تكون هذه الزيادة كافية لدفع تكاليف حفر الأقدام الأضافية . يرجع ذلك إلى زيادة الإحتكاك في هذه الآبار الطويلة , ليس هذا فحسب , ولكن تم التحقق من أن حفر الآبار الأفقية الطويلة يؤدي إلى تقليل قدرة التدفق غير المنتظم على طول البئر. و يعزى هذا التدفق الغير منتظم إلى التعرض لفترة طويلة لسوائل الحفر أثناء حفر الآبار الأفقية الطويلة بالإضافة إلى زيادة الأحتكاك في مجرى البئر . و بالتالي فإن إنتاجية هذه الآبار الطويلة لم يعد يتناسب مع أطوال هذه الآبار المحفورة . في هذا البحث نقترح لإنتاج هذه الآبار الأفقية و الخطوط الفرعية الطويلة من طرفي البئر ( كعب و اصبع القدم ) بأستخدام الآبار على الشكل U . أن الدافع وراء إدخال الأبار على شكل حرف U هو الحاجة إلى رفع مساهمة التدفق من جميع الأطوال المحفورة و أن يكون توزيع التدفق أكثر أتساقا على جميع الأبار المحفورة . هذا بألاضافة إلى أن الآبار على شكل U لها مزايا إضافية على الآبار الأفقية التقليدية وهو تمكين الوصول إلى أي موقع داخل البئر بسهولة مقارنه بالآبار الأفقية التقليدية . ليس هذا فحسب , بل يمكن تقليل مدة حفر هذه الآبار بالحفر من الجهتين و الأتصال في نفس الموقع المحفور لتقليل مخاطر الأضرار بمجرى هذه الآبار بسبب كثرة التعرض لسوائل الحفر . لقد وجدت الآبار الأفقية على شكل حرف U في حقول النفط لاغراض الوصول إلى اماكن محددة داخل الآبار الأفقية ولم يكن لإنتاج أو لزيادة او تنظيم الأنتاج من الآبار الأفقية . وقد وضعت حلول للآبار الأفقية التقليدية و المزدوجة و المتعدده الأطراف الجانبية بأستخدام نهج شمولي مركب و لكن ليس لتدقيق الموائع في اتجاهين متعاكسين مع حسابات منفصلة للحصول على تدفق و ملامح الضغط الأفقي على طول الجانب الأفقي من البئر . لتحقيق الهدف من هذه الدراسة ودعم هذه الفكرة , تم تطوير نموذج شبه تحليلي في هذا البحث لدراسة هذه الآبار الأفقية على شكل حرف U . و تفترض هذه الدراسة أن يكون البئر محدود الموصلية والتي تمثل تأثير الخسارة في الضغط نتيجة الاحتكاك بجوف البئر . يتضمن النموذج المطور آثار جوف البئر الهيدروليكية في الحل كما أن الآبار على شكل حرف U يمكن أن تنتج من كلا الطرفين حسب معدل التدفق المطلوب أو النسبة المطلوبة بين طرفي الأنتاج . النموذج المطور يفترض تدفق مرحلة واحدة و متجانسة لمكمن متباين الخواص . ومن المفترض أن يكون المكمن من المكامن التمثيل الأ نهائية . الحل المطور يكمن من حساب ضغط الآبار الوقتي لكل من طرفي الآبار على شكل الحرف -- . يعتمد النموذج المطورعلى أساسات حسابات الضغط الوقتية للمكامن و العمليات الحسابية المتطورة . أو بأستحداث بئر عمودي يتقاطع مع هذه الآبار الافقية الطويلة في نقطة على شكل حرف -- صغيرة يتم تحديدها عبر طريقة مثلى . وقد استخدم هذا النموذج للتحقق من سلوك الضغط الوقتي للبئر الأفقية على شكل حرف -- وتقييم خصائص و متغيرات المكامن عن طريق قياس ضغط البئر في طرف واحد أو كلا الطرفين و تم استخدام النموذج أيضا لحساب معدل التدفق على طول الجزء الأفقي تحت معدلات ثابتة ومختلفة بنسب مختلفة الأنتاج من الطرفين . ويمكن أيضا أن استخدام النموذج كأداة لتعزيز الفوائد من التدفق الأمثل الآبار الأفقية لأنها تتيح الأنتاج من الطرفين بمعدلات تدفق مختلفة و بأي نسبة . بالإضافة إلى ذلك ,يتناول النموذج المطور أثبات فاعلية تطبيق هذا التصميم من الآبار الأفقية على شكل حرف U لزيادة الطاقة الإنتاجية و ضمان التدفق بصورة امثل . أخيرا , تم تقديم مقارنة بين سلوك ضغط البئر الأفقية الوقتي على شكل حرف U و كذلك البئر الأفقية التقليدية و مناقشتها في هذه الأطروحة و تؤكد نتائج هذه الدراسة ان طريقة الإنتاج المقترحة من الآبار الأفقية على شكل حرف -- وهو حل ناجح ليس فقط بالنسبة للأجزاء غير المنتجة من الأطوال الكلية المحفورة للآبار بل أيضا يؤدي إلى توزيع تدفق أكثر اتساقا على طول الجزء الأفقي . كما أنه يمثل حلول مثلى لأنتاج الآبار المحفورة في مكامن تحت دعم مائي من اسفل او غازي من اعلى .

English Abstract

Over the past decade, drilling of long multilaterals and horizontal wells has been increasing steadily in the petroleum industry. This was supported by technological advancement in the areas of drilling and well completion in addition to the substantial rewards to maximize reservoir contact area and oil production rate at lower gas oil ratios. For these reasons, horizontal bore-hole lengths have grown rapidly and horizontal displacement have been extended to over 10,800 meters (35,770 feet). Even though long horizontal drain-holes may preclude or significantly delay the onset of production problems such as low production rates and low recovery efficiency, they are also facing many technical challenges that are hindering the full utilization of the bore-hole. Initially, it was believed that a horizontal well should be as long as possible. However, as the length increases, marginal gain in productivity becomes smaller and may not be enough to pay the cost of drilling the additional footage. This is due to the frictional losses in the wellbore. Not only this, but long horizontal wells were found to create non-uniform flux profiles due to the variation in formation damage caused by long time exposure to damaging drilling fluids in addition to frictional effects in the wellbore. Consequently, the productivity of a long horizontal well is no longer proportional to the drilled well length. In this research we propose to produce these long horizontal wells and laterals from the two ends (heel and toe) by using U-shape wells. The introduction of the U-shaped wells is driven by the need to maximize flow contribution from all drain-hole lengths and to have more uniform flux distribution along the horizontal drain-hole. The U-shape wells have additional advantages over the conventional horizontal wells enabling wellbore accessibility and better reservoir characterization. Not only this, but if they are planned ahead and half of the drain-hole length is drilled from one end and the other half is drilled from the other end, this will minimize the damage of the drain-hole. The U-shape completion design for lateral drain-holes exists in the petroleum industry for well accessibility purposes, but not for production purposes and no pressure transient solution was developed for such setup. Solutions were developed for conventional horizontal wells and dual lateral and multilateral using a composite and holistic approach but not for two-way flow with discrete calculations to get the flow and pressure profiles along the horizontal drain-hole. To achieve the objective of this study and support this idea, a semi-analytical model has been developed in this research for this U-shaped horizontal well. The well is assumed to be a finite-conductivity well which accounts for the impact of wellbore frictional losses. The model includes the impact of wellbore hydraulics in the solution. The U-shaped wells can be produced from both ends at any desired constant rates or at any ratios to predict the pressures at the two ends (heel and toe). The developed model assumes a single phase flow and for a homogenous but an anisotropic reservoir. The reservoir is assumed to be an infinite acting reservoir. The developed model extends Ozkan’s pressure transient analysis model for a single horizontal well. The developed solution based on collective science of transient reservoir response and wellbore steady flow models. The developed semi-analytical model has been used to investigate the pressure transient behavior of this U-shaped horizontal well and evaluate the reservoir parameters by calculating the classical horizontal well performance and reservoir characteristics by measuring wellbore pressure at one or both wings. The model was also used to calculate the flow profile along the horizontal section under different constant rates and different ratios from both ends. The model can also be used as an optimization tool to maximize the benefits from long horizontal drain-hole as it allows producing the two wings at different flow rates at any ratios. Additionally, the developed model addresses the applicability of such well architecture and shows the merit of the U-shaped horizontal well from the production capacity and flow assurance point of view. Finally, a comparison between the pressure transient behavior of the U-shaped horizontal well and the conventional single horizontal well is presented and discussed in this dissertation. The results of this study confirm that the proposed production of long horizontal well through the U-shaped horizontal well is a viable solution not only for the non-contributing section of the drain-hole, but also result in a more uniform flux distribution along the entire length of the drain-hole. The U-shape wells can also be optimized to have more uniform flux distribution along the horizontal drain-hole in reservoirs subjected to water drive and/or gas cap drive.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Petroleum > Well Testing
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Al-Hashim, Hasan
Committee Co-Advisor:	Al-Yousef, Hasan
Committee Members:	Abu-Khamsin, Sidqi and Ozkan, Erdal and Kazemi, Hossein
Depositing User:	AL-GAHTANI MUBARAK (g198214320)
Date Deposited:	08 Sep 2014 05:47
Last Modified:	01 Nov 2019 15:43
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139352

Available Versions of this Item

• PRESSURE TRANSIENT TESTING OF U-SHAPED HORIZONTAL WELLS. (deposited UNSPECIFIED)
  • PRESSURE TRANSIENT TESTING OF U-SHAPED HORIZONTAL WELLS. (deposited 08 Sep 2014 05:47) [Currently Displayed]