Water cone reversal in oil wells - an analytical and experimental study

• Autorzy: Wojtanowicz A. K. , Shirman E. I.

Warianty tytułu

PL

Odwrócenie rozwoju stożka wodnego w złożach naftowych - analityczne i eksperymentalne studium

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Presented here is a theoretical and experimental study of water cone development and possible reversal in response to reduced production rate. The theoretical study used a new analytical model of water coning based on the moving spherical sink (MSS) approach for accurate modeling of flow in the vicinity of a limited-entry well in an anisotropic [...] reservoir. The advantage of MSS over other analytical models is that it does not lose validity near the well completion of a given length and size. The results of analytical analysis show that for oil production rates below the critical (breakthrough) rate there are two equilibrium positions of the water cone: lower (stable), and upper (unstable). Typically, water cones would assume the stable shapes in response to ascending values of production rate. However, for descending rates the cone becomes insensitive to the rate reduction and its reversal pathway is quite different to the cone development pathway resulting in the histeresis effect. The study explains why reversing the cone is difficult since it requires reduction of production rate much below its critical value. It also describes how to determine the water cone reversal rate. The experimental study provides verification of the theoretical findings using a physical model. The experiments demonstrate four stages of water cone development and reversal histeresis: a series of the increased equilibrium cones in response to the series of increased production rates; water breakthrough at critical production rate; continuing water breakthrough despite lowering the production rate below the critical rate; and the final water cone reversal at a very low value of the "cone reversal" production rate. This work contributes basic understanding of water coning control with production rate adjustments and explanation of the cone equilibrium effects. It also provides an analytical method for finding the critical and cone reversal production rates.

PL

W artykule opisano teoretyczne i eksperymentalne badania nad rozwojem stożka wodnego oraz możliwości odwrócenia zjawiska przez obniżenie wydajności wydobycia płynów z odwiertów. Przepływ w strefie przyodwiertowej, w złożu anizotropowym [...] modelowano przy użyciu nowej metody analitycznej, opartej na teońi wędrujących źródeł sferycznych (MS S). Metoda ta ma tą przewagę nad innymi modelami analitycznymi, że nie traci ważności w pobliżu odwiertu i uwzględnia charakterystyczne wymiary odwiertu, tzn. głębokość penetracji w złożu i średnicę. Wyniki obliczeń pokazują, że przy wydajnościach ropy naftowej z odwiertów poniżej wydajności krytycznych (reprezentujących przebicie wody do odwiertu) istnieją dwa punkty równowagi stożka wodnego: dolny (stabilny) i górny (niestabilny). Stożek wodny wraz ze wzrostem wydajności wydobycia rośnie i przybiera stabilny kształt właśnie stożka. Jednakże ze zmniejszeniem się wydajności wydobycia stożek jest mniej czuły na zmianę wydajności, i jego powrotna droga, w sensie wysokości, jest zupełnie inna, i zarysowuje się efekt histerezy stożka. W artykule wyjaśniono, dlaczego to powrotne obniżenie się stożka jest trudniejsze do zrealizowania, ponieważ wymaga ono zmniejszenia wydajności odwiertu znacznie poniżej wartości krytycznej. Określono również wielkość wydajności odwiertów prowadzących do zatrzymania rozwoju i obniżenia stożka wodnego. Badania eksperymentalne weryfikują rezultaty dociekań teoretycznych, używając do tego celu fizycznego modelu Hele-Shaw. Badania te demonstrują cztery stadia rozwoju stożka wodnego i powrotnej histerezy: - serię stożków wodnych znajdujących się w stanie równowagi odpowiadających wzrastającym wydajnościom odwiertu; - rozpoczęcie się dopływu wody do odwiertów (przebicie się wody) po osiągnięciu krytycznej wydajności odwiertu; - trwanie dopływu wody pomimo obniżenia wydajności odwiertu poniżej wydajności krytycznej; zmniejszenie się stożka wodnego przy niskich wydajnościach odwiertu. Artykuł wyjaśnia fizykę zjawiska powstawania i rozwoju stożka wodnego wraz z wzrostem wydobycia oraz stany równowagi stożka. Także przedstawia analityczną metodę określania wydajności krytycznych oraz wydajności, przy których nastąpi odwrócenie rozwoju stożka wodnego.

Słowa kluczowe

EN

water coning; oil wells; petroleum production

PL

stożek wodny; otwór naftowy; produkcja ropy naftowej

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 50, no 1
• Strony: 3--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wojtanowicz A. K.

• Louisiana State University, Dept. Of Petroleum Engineering, Baton Rouge, La 70803, USA

autor

Shirman E. I.

• Schlumberger Data Consulting Services, USA

Bibliografia

• [1] Bournazel, C., Jeanson, B., 1971. Fast Water-Coning Evaluaton Method. SPE 3628 presented at the 46th Annual Fall Meeting, New Orleans, LA, Oct. 3-6.
• [2] Butler, R.M., Jians, Q., 1996. Effect of Gravity on Movement of Water-oil Interface for Bottom Water Driving Upwards to a Horizontal Well. J. Canadian Petroleum Technology, Vol. 35, No. 7.
• [3] Chaperon, I., 1986. Theoretical Study of Coning Toward Horizontal and Vertical Wells in Anisotropic Formations: Subcritical and Critical Rates. SPE 15377 presented at 61th Annual Conference and Exhibition, New Orleans, Oct. 5-8.
• [4] Meyer, H.I., Garder, A.O., 1954. Mechanics of Two Immiscible Fluids in Porous Media, Journ. Apply. Phys. Vol. 25, No. 11, 1400-1406.
• [5] Muskat, M., Wyckoff, R.D., 1935. An Approximate Theory of Water Coning in Oil Production. Transactions AIME, Vol. 114, 144-161.
• [6] Schols, R.S., 1972. An Empirical Formula for the Critical Oil Production Rate, Erdoel Ergas Z., Vol. 88, No. 1, 6-11.
• [7] Shirman, E.I., Wojtanowicz, A.K., 1997. Water Cone Histeresis and Reversal in Oil Wells – An Analytical and Experimental Study. SPE 37467, presented at the 1997 Production and Operation Symposium, Oklahoma City, Oklahoma, 9-11 March, 611-616.
• [8] Shirman E.I., 1996. A Well Completion Design Model for Water-Free Production from Reservoirs Overlaying Aquifers. Proceedings of the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Denver, CO, Oct. 6-9,, Vol. II, 853-860.
• [9] Shirman, E.I., 1995. An Analytical Model of 3-D Flow Near a Limited-Entry Wellbore in Multilayered Heterogeneous Strata – Theory and Applications Master Thesis, Louisiana State University, Baton Rouge, LA, August.
• [10] Sobocinski, D.P., Cornelius A.J. 1965. A Correlation for Predicting Water Coning Time. J. Petroleum Technology, May, 594-600.
• [11] Wheatly, M.J., 1985. An Approximate Theory of Oil/Water Coning, SPE 14210 presented at the 60th Annual Technical Conference and Exhibition, Las Vegas, NV, Sep. 22-25.