Field Development Study of Combined Well Cleanup and Dewatering to Shore on Tanzania Block 2

Abstract

Driftsforbedringer med sikte på økonomiske besparelser og reduserte miljøbelastninger er sterkt vektlagt i olje- og gassindustrien. Opprensking av offshore-brønner er forbundet med en relativt høy miljøpåvirkning, i tillegg til å være en kostbar operasjon, ettersom det krever tilstedeværelse av en rigg eller et fartøy. Et initiativ som tar sikte på de nevnte forbedringene er således å utføre brønnopprensking til produksjonsanleggene på land i stedet for til en offshore rigg, noe som både vil spare rigg-dager og redusere miljøbelastningen på grunn av redusert fakling.

Målet med denne masteroppgaven er å undersøke mulighetene for brønnopprensking til land, kombinert med avvanning av rørledningen for gasskondensatfeltet Block 2 offshore Tanzania. De tekniske utfordringene tilstede på Block 2, og utviklingskonseptet som skal implementeres, presenteres i denne oppgaven. Videre foreslås og diskuteres flere oppstartsprosedyrer på Block 2. Sammenligninger med utfordringene og konseptløsningene implementert på lignende felt presenteres. En beskrivelse av feltutviklingsfasen blir lagt frem, inkludert operasjoner som blir utført før produksjon startes opp. Videre blir flerfasestrømning introdusert, og de grunnleggende ligningene for å simulere flerfasestrømninger i porøse medier og rørledninger blir presentert. Videre gis en introduksjon til flerfasestrømssimuleringer, med vekt på simulatorene brukt i denne oppgaven.

De initielle brønnforholdene på Block 2 hemmer en effektiv oppstart og brønnopprenskning. Derfor undersøkes gravitasjonsdrevet boreslamdrenering til nærbrønnen under brønnsuspendering som en mulig løsning. Videre blir det lagt vekt på opprenskingen av boreslam i reservoarsonen nær borehullet under tidlig produksjon. Av stor interesse er perioden boreslammet vil påvirke produksjonen. Ved å benytte en koblet brønn-reservoar-modell, bestående av en OLGA og en ROCX-modell, blir flerfasestrømssimuleringer utført. Det gjennomføres en omfattende modellverifisering, inkludert sensitivitetsstudie av numerisk grid, og sensitivitetsstudie på reservoar- og væskeparametere for å vurdere deres effekt på brønndreneringen og opprenskingen av reservoaret.

Resultatene viser at en suspensjonsperiode på 7 dager er nødvendig for å drenere en tilstrekkelig mengde boreslam fra brønnen og inn i reservoaret, for å sikre en vellykket og effektiv brønnoppstart. Suspensjonsperioden resulterer i en drenert masse på 13.7 tonn, bestående av 13.5 tonn boreslam og 0.2 tonn saltlake. Avvanningsoperasjonen krever omtrent 36.5 timer, ved hjelp en PI-kontroller for å holde pig-hastigheten konstant på 0.8 m/s. Etter 19 dager reduseres boreslammet i reservoaret fra 15 tonn til 0.3 tonn, og etter 20 dager er alt boreslammet produsert ut av rørledningen.

Operational improvements aiming at economic savings and reduced environmental impacts are highly emphasized in the oil and gas industry. Cleanup of offshore wells is associated with a relatively high environmental impact, in addition to being a costly operation, as it requires the presence of a rig or vessel. Thus, one initiative aiming at the aforementioned improvements is to perform well cleanup to the production facilities onshore instead of to an offshore rig, which will both economize rig days and reduce the environmental impact.

The aim of this thesis is to investigate the contingencies of well cleanup to shore, combined with dewatering of the trunkline for the gas-condensate field Block 2 offshore Tanzania. The technical challenges present on Block 2 along with the development concept to be implemented are presented. Moreover, several startup procedures on Block 2 are suggested and discussed. Comparisons to the challenges and concept solutions implemented on similar fields are presented. A description of the field development phase is presented, including the operations conducted prior to initializing the production. Furthermore, the principles of multiphase flow are highlighted, and the fundamental equations as prerequisites for simulating multiphase flows in porous media and flowlines are presented. Moreover, an introduction to multiphase flow simulations is provided, with emphasis on the simulators utilized in this thesis.

Initial well conditions at Block 2 inhibit an efficient startup and well unloading. Thus, gravity-driven mud drainage to the near-wellbore zone during well suspension is investigated as a possible solution. Furthermore, emphasis is made on the flushing of filtrate in the near-wellbore zone during early production. Of particular interest is the period of time the mud will affect the production. Utilizing a coupled wellbore-reservoir model, constituting an OLGA and a ROCX model, multiphase flow simulations are performed. A comprehensive model verification is conducted, including grid sensitivity studies and sensitivity on reservoir- and fluid parameters to assess their effect on the well drainage and reservoir flushing.

The results reveal that a suspension period of 7 days is required in order to drain a sufficient amount of mud from the well into the reservoir to ensure successful and effective unloading. The suspension period results in a drained mass of 13.7 tons, constituting 13.5 tons of mud and 0.2 tons of brine. The dewatering operation requires approximately 36.5 hours to complete, utilizing a PI controller to retain the pig velocity at 0.8 m/s. After 19 days, the drilling- and completion fluid content in the reservoir is reduced to 0.3 tons, and after 20 days, all the drilling- and completion fluids are produced out of the trunkline.