Forskere arbejder på at forbedre genopretning fra tætte skiferreservoirer

En betydelig mængde af den amerikanske indenlandske olieproduktion kommer fra skifer. Udvinding af olie og gas fra disse ukonventionelle reservoirer kræver normalt boring af vandrette brønde og anvendelse af hydrauliske brudteknikker. Men at forudsige den fulde effekt af disse teknikker er stadig usikker, fordi forståelsen af, hvordan væske strømmer gennem skifer stadig udvikler sig.

Dr. David Schechters forskningsgruppe har udviklet en ny type simulator, der bedre illustrerer og forudsiger virkningerne af disse teknikker. Denne robuste simulator trækker på data fra laboratorieforsøg og kombinerer dem med kendte geologiske data om brud. Derefter anvender den ustruktureret gridding og nyudviklet kodning til at skabe modeller, der forbedrer forståelsen af:

• hvordan brud påvirker reservoirstrømmen
• hvordan fraktureringsvæsker tilsat overfladeaktive stoffer (sæber) påvirker olieindvindingen
• hvilke forbedrede olieindvindingsprocesser er bedst til forskellige reservoarsituationer

Udover at forbedre forståelsen, forskergruppen brugte disse data og disse modeller til at udfordre aktuelle teorier om væskeretention i reservoirer.

Brud påvirker strømning

Schechter, en lektor og Aghorn Energy Career Development Professor i Harold Vance Department of Petroleum Engineering ved Texas A&M University, er ikke fremmed for brud. Hans forskningsinteresser dækker geologisk og petrofysisk analyse, og han er hurtig til at forklare brudets grundlæggende.

"Brud er ikke nødvendigvis kaotiske i reservoirsten, "sagde Schechter." Hvis du kender rockmekanikkens regler, og du studerer friløb på overfladen og undergrunden med værktøjer nede i hullet, så kan du generere brudnetværk baseret på visse kendte regler. Nogle brud er velopdragen med hensyn til brudafstand og længde, nogle er ikke, og nogle er med uregelmæssig afstand. Hvis vi har nok kernedata, hvis vi forstår rockmekanik og de belastninger, bassinet har undergået, så overholder de resulterende brudmønstre normalt de enkle regler. "

Vand strømmer i overfladebrud på klippefremspring. Dette tiltrækker vegetation, som vist på luftfotoet (med tilladelse fra John Lorenz). I undergrunden, lignende brudsmønstre tillader transport og produktion af olie. Geologer kortlægger overfladefremspring af sten med scanningslinjer, oprettelse af kort over brudmønstre i væskebærende formationer. Schechters gruppe konverterer disse kort til reservoirsimuleringsgitre ved hjælp af en teknik kaldet ustruktureret gridding. I denne teknik, brud repræsenteres med komplekse polygonale gitre, ikke det enkle lige linjer kartesiske net, de fleste softwareanvendelser.

En elev, Jianlei Sun, skrev en kode, der konverterer brudsmønstre og ustrukturerede net til sofistikerede simuleringsgittersystemer. Koden indeholder egenskaber af interesse, der er nødvendige for simulatoren, såsom brudsslag og retning, revne størrelse, og længden og højden af ​​bruddet.

Andre måder væske bevæger sig på

Schechters simulator går ud over modellering af brudegenskaber, det omhandler også væskeegenskaber. Olieflowet i skiferreservoirer er svært at forudsige, fordi klippen har ekstremt lav permeabilitet på grund af mikroskopiske porer. Udvinding af olie fra denne stramme sten sker ved transportmekanismer, såsom ændring af fugtbarhed for at forbedre kapillær imbibition.

Schechters laboratorier specialiserer sig i at studere befugtning og imbibition i sten. Fugtbarhed er en væskes evne til at opretholde kontakt med en stenoverflade og ikke blive frastødt af den. Imbibition er klippens evne til at absorbere brudvæsker, såsom vand blandet med overfladeaktive stoffer. Disse væsker frastøder og fortrænger olie inden i klippens porer, så olien kan genvindes. Uden at ændre eller ændre befugtning, kapillær imbibition sker muligvis ikke.

"Hvis vand frastødes fra overfladen, den bevæger sig ikke ind i klippen, "sagde Schechter." Men hvis vand tiltrækkes til overfladen, det vil trække vand ind, udskiftning af oliemættede porer på grund af kapillær imbibition. Måske har du taget en sukkerterning og rørt den til kaffe? En sukkerterning er mættet med luft (mellem sukkerkrystallerne), men sukkerterningens overflade foretrækkes at blive befugtet af vand eller kaffe i modsætning til luft. Når du rører den til kaffeoverfladen, og den suger den kaffe op, det er kapillær imbibition. Vi ser på at forbedre olieindvindingen med overfladeaktive stoffer, som afhænger af væske/væskeimbibition. Derfor studerer vi kontaktvinkler. "

Schechters gruppe undersøger virkningerne af forskellige kemiske blandinger i brudvæsker. De leder efter blandinger, der ændrer fugtbarheden af ​​sten fra olie-våd til vand-våd, tillader væsken at trænge ind i oliefyldt sten i laboratorieindstillinger. Eksperimenterne hjælper forskere med at forstå og kortlægge resultaterne af kontaktvinkler. De bruger en CT -scanner til at bekræfte resultaterne og derefter overføre disse oplysninger til deres simulator.

Væskeretention i ukonventionelle reservoirer er fordelagtigt

"Den utraditionelle revolution er så overraskende, "sagde Schechter." Vi kan tage en konventionel prop af porøs sten, såsom sandsten, og vi kan pumpe væsker i den. Under pres, vi kan let sprøjte olie eller vand igennem det. De utraditionelle klipper, vi studerer, såsom skifer, er så stramme, at vi ikke kan pumpe noget i dem. Imidlertid, når vi udsætter dem for overfladeaktive stoffer, der ændrer fugtbarheden, spontan imbibition opstår, og transporterer derved den vandige fase ind i klippen med overraskende hurtige hastigheder. "

I fortiden, virksomheder injicerede vand og sand (eller proppant) i konventionelle reservoirbrønde under højt tryk for at skabe brud. Man mente, at det var fordelagtigt at genvinde det meste af vandet (tilbagestrømning), så vand ikke ville blokere den ydre strøm af olie. Schechters eksperimenter med ukonventionelle klipper viser, at ikke -porøse klipper opfører sig anderledes. Prøver mættet med olie blev udsat for vand, der var gennemsyret af overfladeaktive stoffer. CT-scanninger, der måler densitet, afslørede, at den mindre tætte olie blev erstattet af de tættere vandblandinger gennem imbibition. Brud gjorde det muligt for olien at strømme ud.

"Vi fandt ud af, at du vil have reservoiret til at beholde det vand, "sagde Schechter." Det er kontraintuitivt. Det bryder gammel praksis. Før det blev antaget, hvis vand trænger ind i formationen, så vil det blokere olieflowet, derved reducere brønnens produktivitet. Det, vi finder, er, hvis vand trænger ind af kapillær imbibition, og du får meget lidt vand tilbage, implikationen er, at den vandige fase har indsuget sig i klippen og fortrængt olie i brudene, og det er faktisk en god ting. "

Forbedrede forudsigelser gavner industrien

Ved hjælp af kemi, matematik og fysik, Schechters gruppe har udviklet et værktøj, der bedre illustrerer og maksimerer brøndproduktion til skiferreservoirer. Deres simulator har skabt mere robuste forudsigelser end nuværende simulatorer, fordi den er baseret på omfattende data. Dette hjælper industrien med at reducere unødvendige driftsomkostninger ved at hjælpe ingeniører med bedre at forstå, hvordan utraditionel sten opfører sig efter specifikke brudbehandlinger.

"Grundlæggende er det det, jeg studerer, at denne sten er fuld af olie, men det er fantastisk, at der kommer olie ud af denne sten, fordi den er så stram, "sagde Schechter." Industrien er interesseret i forbedring af genopretning, enten ved at injicere vandig fase med overfladeaktive stoffer eller gasindsprøjtning, og vi undersøger alle former for forbedret genopretning. Vi kan forudsige, hvad der kommer til at ske. Vi kan opskalere vores simulator til reservoirdimensioner og kvantificere forbedringen. "