Optimizing Horizontal Well Length to Mitigate Injectivity Loss During Viscoelastic Polymer Flooding. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis Final Report_ V8_Mohammed AlAmeer_201635460.pdf - Published Version Restricted to Repository staff only until 21 June 2024. Download (7MB)

Arabic Abstract

وفقاَ لمعايير فحص الاستخلاص المعزز للنفط، يمكن تطبيق غمر البوليمر في المكامن ذات اللزوجة والنفاذية المتغيرة وما إلى ذلك. يعتبر غمر البوليمر أحد أكثر طرق الاستخلاص المعزز للنفط (EOR) تطبيقاً. تم إجراء الاستخلاص المعزز للنفط للبوليمر في الغالب باستخدام بوليمر بولي أكريلاميد متحلل بالماء (HPAM) بسبب انخفاض سعره، وقابلية أقل للهجوم البكتيري، وتقليل حركية أعلى، وتوافره في نطاقات أوزان جزيئية (Mw) مختلفة وما إلى ذلك. البولي أكريلاميد متحلل بالماء (HPAM) عبارة عن بوليمر صناعي لزج مرن يمتلك خصائص سماكة القص؛ حيث تزداد لزوجته مع زيادة معدل القص/السرعة بعد معدل البداية. من ناحية أخرى، فإن البوليمرات الحيوية مثل صمغ الزانثان (Xanthan Gum) عبارة عن بوليمرات لزجة ذات خصائص ترقق القص. إذا كانت البوليمرات تمتلك أو تظهر خصائص ترقق القص بمفردها (كما هو الحال مع صمغ الزانثان)، فمن المتوقع أن يكون لها لزوجة أقل بمعدل قص أعلى، مما يعني انخفاض ضغط الحقن حول تجويف البئر، مما يعني ارتفاع مؤشر الحقن. من ناحية أخرى، إذا كانت البوليمرات تتكاثف بمعدل قص مرتفع (كما هو الحال مع HPAM)، فمن المتوقع أن يكون لها لزوجة أعلى بمعدل قص مرتفع، مما يعني ارتفاع ضغط الحقن حول حفرة البئر، مما يعني انخفاض مؤشر الحقن. إذا لم يتم تقليل معدل الحقن (وبالتالي مؤشر الحقن)، فهناك خطر تكسير الخزان. التكسير الهيدروليكي جيد، لكنه يحتاج إلى نهج مناسب. ومع ذلك، فإن البئر الأفقي هو خيار آخر. نظرًا لأن مؤشر الحقن مهم للغاية لعملية الاستخلاص المعزز للنفط، فقد تم اتخاذ خطوات في هذا المجال (حقل بحيرة البجع في كندا، وحقل ماتزن في النمسا، وحقل داكينغ في الصين) للتخفيف من مشكلات الحقن عن طريق حفر الآبار الأفقية أو إحداث كسر. كلما زاد طول البئر الأفقي، ستواجه السوائل سرعة منخفضة (معدل القص)، وبالتالي يمكنها تجنب نظام سماكة القص. ومع ذلك، فإن الآبار الأفقية الطويلة باهظة الثمن وقد تلغي التأثيرات اللزجة المرنة التي قد يكون لها تأثير إيجابي على تخفيض تشبع الزيت غير القابل للاختزال (Sor). كيف تؤثر الانسيابية الخاصة بـ HPAM المحقون على طول البئر الأفقي المطلوب بحيث يمكن للمرء الحصول على مقدار مقارب من الحقن الذي يمكن أن يوفره حقن صمغ الزانثان الأساسي في الزيت الخفيف واللزوجة المتوسطة ومكمن الزيت الثقيل ذو نفاذية مختلفة. يهدف هذا البحث إلى دراسة آثار متطلبات طول البئر الأفقي فيما يتعلق بمؤشر سماكة القص المختلفة للبوليمرات المحقونة ولزوجة البوليمر ولزوجة الزيت والنفاذية على حقنة البئر لتطوير نموذج يحدد الطول الأمثل المطلوب للبئر الأفقي للتخفيف من مشاكل الحقن المقرونة مع غمر البوليمر في المكامن المختلفة. وفقًا للنتائج، أثر طول البئر الأفقي على مؤشر الحقن للبوليمر، مما أدى إلى إزالة الجوانب السلبية لمرونة اللزوجة وإعطاء حقنة مماثلة للبوليمرات اللزجة في آبار الحقن الرأسية. علاوة على ذلك، يزيد الطول الأفقي المطلوب مع زيادة مرونة البوليمر (مؤشر سماكة القص) ولزوجة البوليمر ولزوجة الزيت بينما تتناقص عندما تزداد النفاذية. عند لزوجة البوليمر المنخفضة جدًا، يكون تأثير مرونة لزوجة البوليمر على طول البئر الأفقي ضئيلًا. تساعد نماذج الارتباطات المطورة في نهاية هذا العمل في تقدير الطول الأمثل المطلوب للبئر الأفقي المطلوب للحالات الثلاث المدروسة باستخدام نمط حقن الخط المتعرج. تجدر الإشارة إلى أن الطريقة المقترحة في هذا العمل يمكن اتباعها للحالات الميدانية الأخرى ذات المعاملات والخصائص وأنماط الحقن المختلفة للحصول على ارتباط تمثيلي لتحسين طول البئر الأفقي للحاقن.

English Abstract

As per the EOR screening criteria, polymer flood can be applied in the reservoirs of varying oil viscosity, permeability etc. Polymer flooding is one of the most applied EOR methods. Polymer EOR has been mostly conducted using (hydrolyzed polyacrylamide) HPAM polymer due to its lower price, lesser susceptibility to bacterial attack, higher mobility reduction, availability in various Mw ranges etc. HPAM is a synthetic viscoelastic polymer with shear thickening characteristics; its viscosity increases as shear rate/velocity increases after the onset-rate. Biopolymers such as Xanthan gum on the other hand are viscous polymers with shear thinning characteristics. If the polymers are shear thinning alone (as is the case with xanthan gum), it is expected to have lower viscosity at a higher shear rate, meaning lower injection pressure around the well-bore, which means a higher injectivity index. On the other hand, if polymers are shear thickening at a high shear rate (as is the case with HPAM), it is expected to have higher viscosity at a high shear rate, which means higher injection pressure around the wellbore, which means a lower injectivity index. If the injection rate (and therefore injectivity index) is not reduced, then there is a risk of fracking the reservoir. Fracking is good, but it needs a proper approach. Nevertheless, horizontal well is another option. Since injectivity index is extremely important for an EOR process, steps were taken in the field (Pelican Lake field in Canada, Matzen field in Austria, and Daqing field in China) to mitigate injectivity issues by drilling horizontal wells or inducing fracturing. The larger the horizontal well length, the fluids are going to experience low velocity (shear rate), and thereby it can avoid the shear thickening regime. However, lengthy horizontal wells are expensive and may abolish the viscoelastic effects that might have positive influence on Sor reduction. How does the rheology of the injected HPAM influence the required horizontal well-length so that one can have a comparable injectivity that a base-case xanthan gum injection can provide in the light oil, medium viscosity, heavy oil reservoir of differing permeability. This research aims to study the effects of horizontal well length requirement with regard to different shear thickening index of injected polymers, polymer viscosity, oil viscosity, and permeability on the injectivity of the well to develop a model that determine the optimum required horizontal well length to mitigate the injectivity issues of polymer floods in various reservoirs. According to the results, the horizontal well length affected the injectivity index of the polymer, removing the negative aspects of viscoelasticity and giving comparable injectivity to viscous polymers with vertical injectors . Further, the required horizontal length increases as the polymer elasticity (shear thickening index), polymer viscosity, and oil viscosity increase while it decreases when the permeability increases. However very low polymer viscosity, the polymer viscoelasticity effect on horizontal well length is insignificant. The developed correlations at the end of this work help estimating the optimum required horizontal well length required for the three studied cases using staggered line injection pattern. It is worth noting that the method proposed in this work can be followed for other field cases with different parameters, characteristics, and injection patterns to get a representative correlation for optimizing the injector horizontal well length.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Petroleum Petroleum > Well Performance and Optimization Petroleum > Enhanced Oil Recovery Petroleum > Reservoir Modelling and Simulation
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Azad, Madhar Sahib
Committee Members:	Al-Shehri, Dhafer and Awotunde, Abeeb
Depositing User:	MOHAMMED ALAMEER (g201635460)
Date Deposited:	22 Jun 2023 07:19
Last Modified:	22 Jun 2023 07:19
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142447