Udskyder alderdommen på norsk hylde

Sand i oliestrømmen med risiko for brøndkollaps er et velkendt problem, når sandstensreservoirer nærmer sig udtømning. Avancerede sensorer og en supermaskine hjælper forskere med at finde den tærskel, hvor rentabel produktion ophører. Dette kan øge reservoirernes levetid.

I modne marker på norsk sokkel - dem der har produceret i nogen tid - er væsketrykket i reservoiret reduceret, hvilket resulterer i lavere modstand mod de kræfter, som reservoirbjergarten udsættes for. Disse kræfter får sand- og stenfragmenter til at bryde løs fra brøndvæggene og blandes med olie- eller gasstrømmene. Dette kaldes "sandproduktion" og er et problem, der især gælder for ældre marker.

"For at udnytte ressourcerne i udviklede områder, det kan betale sig at producere så effektivt som muligt fra eksisterende brønde, og det kræver viden om, hvordan man producerer, når risikoen for sandproduktion øges. Det er det, vi nu er i stand til at forudsige mere præcist, siger Andreas Berntsen hos SINTEF.

Tæmme enorme kræfter

Olie og gas findes primært i lag af porøs sandsten, hvor de fylder porer på samme måde som en væske fylder en svamp. Nogle af de mest almindelige reservoirer består af sandkorn, der er blevet cementeret sammen over geologisk tid for at danne sandsten begravet flere kilometer under overfladen.

Hvis der produceres for meget sand fra en brønd, det vil forårsage uforholdsmæssigt stort slid på ventiler og rør. Det kan også resultere i tilstopning af brønden, blokeret udstyr og reduceret produktivitet. Sandet skal også adskilles fra produktionsstrømmen, rengøres og bortskaffes.

Brønde skal bores ned i reservoiret for at muliggøre produktion af olien eller gassen. Når ventilerne åbnes, olie og gas vil strømme ud fra de porøse bjergarter ind i brønden og op til produktionsplatformen eller i rørledninger på havbunden.

"Reservoarer ligger ofte i en dybde på mellem to til fem kilometer, og vægten af ​​overliggende klippeformationer vil udsætte reservoirbjergarten for betydelige belastninger. Området

umiddelbart ved siden af ​​brønden er mest sårbar over for skader, hvis klippen er på grænsen af, hvad den kan modstå, " siger Euripides Papamichos, seniorforsker med ansvar for projektet ved SINTEF.

Gammelt forskningsfelt

Sandproduktion har derfor været et vigtigt forskningsemne i 25 år, både for at forstå mekanismerne i spil og også for at muliggøre forudsigelsen, håndtering, begrænsning eller forebyggelse af fænomenet.

Et vigtigt element i forskningsindsatsen er laboratorietestning af sandsten, opnået enten fra stenbrud eller direkte fra et oliefelt. Der bores et cylindrisk hul i sandstensprøven, som en lille brønd. Stenen placeres derefter i et trykkammer, hvor den udsættes for spændinger, der efterligner dem i et reservoir. Store hydrauliske cylindre anvender varierende tryk i forskellige retninger, mens olie trænger gennem klippen og ind i brønden. Efterhånden som belastningerne stiger, det er muligt at observere sand i oliestrømmen, når stenen omkring brønden bliver knust.

"I laboratoriet kan vi styre tryk og flow og reproducere de spændings- og strømningsforhold, der er i forskellige felter. Vi kan også måle sandproduktion og observere, hvordan brøndvæggene er eroderet. Ud fra dette kan vi lave modeller for, hvornår sandproduktionen vil begynde, og hvordan det vil udvikle sig over tid for forskellige sten. Dette er meget sværere at måle i marken, så laboratorietestene er værdifulde, siger Berntsen.

Kræfter påvirker reservoiret fra alle retninger

Den lodrette spænding er størst, mens de vandrette spændinger ofte er noget mindre. At antage, at spændingerne i det vandrette plan er lige store i alle retninger, gør beregningerne og laboratorietestene enklere. De fleste laboratorier er alligevel ikke i stand til at variere dem uafhængigt. Problemet er, at dette ikke repræsenterer det virkelige billede i de fleste feltsituationer.

"Ud over, lang, skrå eller vandrette brønde er blevet mere almindelige, og det gør spændingsmønstret meget mere komplekst. Vi ved, at stenstyrken afhænger af stressmønsteret, og det påvirker sandproduktionen. Imidlertid, kun True Triax tillader os faktisk at teste effekten af ​​stressmønsteret, " forklarer Lars Erik Walle fra SINTEF Industri. Han henviser til afdelingens seneste større investering, det ægte triaksiale testsystem, som kan variere spændinger i alle tre retninger.

Specielt udviklet monstermaskine

True Triax-maskinen er den eneste af sin type, der kan efterligne forhold, der hersker op til ti kilometer under overfladen, mens den tillader væskegennemstrømning ved høj temperatur. Udstyret er specielt konstrueret til dette laboratorium, vejer ti tons og, har en ydelse på 800 tons kraft på stenprøver, der måler op til en halv meter i diameter.

I mange år, SINTEF-forskere har udviklet testmetoder til at studere sandproduktion i laboratoriet, men først nu tillader udstyret simulering af virkelig realistiske stressforhold. Arbejdet med dette projekt har stået på siden 2017, og SINTEF-forskere har nu hvervet en ph.d. stipendiat ved NTNU, der vil lave en konkret undersøgelse af, hvordan sandproduktion foregår i gasfelter.

Fra fysiske målinger til computermodeller

De fysiske målinger fra laboratorietestene, kombineret med modeller og simuleringer, bliver brugt til at udvikle en softwareapplikation til estimering af sandproduktion.

"Vi er ved at opbygge en stor videnbase ved at bruge forskellige sandsten i testene. alle sten er forskellige, så vores industripartnere sender reservoirstenprøver direkte fra marken for at blive testet af os, så vi kan kalibrere vores modeller. Oplysninger fra brønde inkorporeres derefter i softwaren, som beregner sandproduktion fra forskellige dele af brønden under givne forhold. På denne måde kan operatørerne sammenligne forskellige produktionsmetoder, " siger Papamichos.

Hovedformålene med dette forskningsprojekt er at:

• undgå sandproduktion eller hold den under kontrol, og at finde grænserne for rentabel produktion i ældre olie- og gasfelter. I petroleumsterminologi er dette kendt som "sandhåndtering".
• øge indvindingsfaktoren for eksisterende oliefelter og reducere behovet for nye feltfund.
• reducere miljøbelastningen ved at forlænge en marks levetid og undgå sandforarbejdning.
• udvikle computerværktøjer, som operatører kan bruge til at forudsige sandproduktion under forskellige forhold.