Optimization of Well Placement and Trajectories for Enhanced Waterflooding Performance in Heterogeneous Reservoirs. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (M.S. Thesis, Optimization of Well Placement and Trajectories for Enhanced Waterflooding Performance in Heterogeneous Reservoirs) Turki Almisfer M.S. Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 28 December 2026. Download (16MB)

Arabic Abstract

يعد اختيار مواقع الآبار قراراً أساسيًا في استراتيجية تطوير الحقول النفطية، ولا يُستثنى من ذلك مساراتها، والتكوين العام للحقل، وآليات الاستخلاص. منذ اكتشافه في أواخر القرن التاسع عشر، يُعد الحقن المائي من التقنيات المعروفة والمقبولة على نطاق واسع وقد شكّل الركيزة الأساسية للاستخلاص الثانوي للنفط بوصفه الآلية الأكثر استخدامًا عالميًا. تعد عملية الحقن المائي عملية معززة لاستخلاص النفط من باطن الأرض وخلال هذه العملية يتم حقن الماء في المكامن عبر آبار الحقن لإزاحة النفط باتجاه آبار الإنتاج، مما يسهم في تحسين معدل استخلاص الاحتياطيات النفطية. ويعود الانتشار الواسع لهذه التقنية إلى تكلفتها المنخفضة، بساطتها التشغيلية، وفعاليتها المثبتة في كلٍ من المكامن التقليدية للنفط الخفيف، وفي الآونة الأخيرة – مكامن النفط الثقيل. على الرغم من نجاحها الكبير، فإن أداء الحقن المائي يعتمد بدرجة عالية على مواقع الآبار ومساراتها، لما لهما من تأثير مباشر على كفاءة الاستخلاص والجدوى الاقتصادية. وتبحث هذه الدراسة بشكل خاص في تأثير مواقع الآبار ومساراتها لتحديد الطبقات الأفضل أداء للحقن المائي والإنتاج في المكامن غير المتجانسة. يسعى هذا البحث إلى تحديد المواقع والمسارات الأفضل لحفر الآبار من أجل تحسين أداء الحقن المائي وإنتاج النفط، وذلك من خلال دراسة عدة أنظمة للآبار وسمات المكمن المختلفة وما يترتب عليها من آثار. سيتم دمج خوارزمية سرب الجسيمات مع نمذجة المحاكاة للمكامن لتقييم المواقع والمسارات المختلفة لحفر آبار الحقن والإنتاج وتأثيراتها النسبية على الأداء. كما سيتم استخدام نموذج مكمن حقل نورن النفطي لتقييم السيناريوهات المقترحة، نظرًا لاعتماده على الحقن المائي بوصفه آلية الاستخلاص الثانوي الرئيسة. من المتوقع أن توفر النتائج إرشادات علمية قيّمة لتحسين تصميم وتنفيذ مشاريع الحقن المائي في المكامن النفطية من خلال تقديم تفسيرات واضحة حول أفضل مواقع الآبار ومساراتها لتحقيق أقصى استخلاص للهيدروكربونات من المكامن التقليدية غير المتجانسة. بشكل عام، تشكل هذه الدراسة خطوة مهمة لسد فجوة قائمة في الأدبيات العلمية من خلال القياس الكمي للتأثيرات الفردية والمشتركة لكلٍ من مواقع الآبار ومساراتها، إلى جانب معدلات حقن الماء. كما تهدف إلى تقديم استراتيجيات عملية لزيادة كفاءة الاستخلاص بالحقن المائي في المكامن غير المتجانسة. وستوفر النتائج إطارًا داعمًا لاتخاذ القرار لتمكيّن المهندسين من تحسين تصاميم الحقن المائي في المكامن التقليدية، مع الأخذ في الاعتبار الدروس المستفادة من الخبرات العلمية والعملية خلال السنوات الماضية.

English Abstract

Decision making plays a fundamental role in field development strategy, choosing well locations, trajectory, overall configuration, and recovery mechanisms are no exception. Since its discovery in the late 19th century, water-flooding has been a well-known and generally accepted enhanced oil recovery (EOR) technique which has been the pillar of secondary oil recovery as the most used mechanism globally. During the process, water is being injected into reservoirs via injection wells to displace hydrocarbons toward the production wells, therefore, improving the recovery of oil reserves. The method's wide acceptance comes as a result of its modest cost, relative simplicity, and demonstrated efficacy over both traditional light oil reservoirs and, more recently, heavier oil reserves. Despite its widespread success, water-flooding performance is highly dependent on well placement and trajectory, which govern recovery efficiency and economic viability. This study particularly investigates how well placement and trajectories (e.g., azimuth, targeted layers) impact waterflooding performance in heterogeneous reservoirs. This work attempts to find the optimal well configuration to increase water-flooding performance by investigating several well systems and reservoir parameters along with their consequences. The Particle Swarm Optimization (PSO) method will be integrated with simulation modelling to evaluate the different scenarios and their respective effects. The Norne oil field reservoir model will be used to evaluate the proposed scenarios since it utilizes water-flooding as its main secondary recovery technique. The findings are expected to provide valuable, practical guidelines for improving the design and implementation of water-flooding projects, offering insights into maximizing optimal well placement, trajectories, and configurations to maximize hydrocarbon recovery from conventional reservoirs. Ultimately, this research bridges the gap in existing literature by quantifying the combined and individual effects of well placement and trajectory along with water injection rates. In addition, it aims to offer practical strategies to maximize recovery of waterflooding in heterogenous reservoirs. The results will provide a decision-making framework for engineers to optimize waterflooding designs in conventional reservoirs while considering lessons learned over the past years.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Earth Sciences Research Research > Petroleum Petroleum > Reservoir Engineering and Management Petroleum > Well Performance and Optimization Petroleum > Reservoir Modelling and Simulation
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Ahmed, Ibrahim
Committee Co-Advisor:	Alarifi, Sulaiman
Committee Members:	Weijermas, Ruud
Depositing User:	TURKI ALMISFER (g202302250)
Date Deposited:	31 Dec 2025 12:17
Last Modified:	31 Dec 2025 12:17
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143925