Condensate Blockage - A study from the Norwegian Continental Shelf

Abstract

This Master Thesis is a continuation of the work done in the specialization project TPG4560 in the fall of 2019. Some parts are directly taken from the report “PVT Analysis for Condensate Blockage – A study of gas condensate samples from the Norwegian Continental shelf”. Wintershall DEA provided fluid sample data of a new discovery and potential field development (hereafter called Field A) including an ECLIPSE model of the near well region of the exploration well. The main objective of the project is to study the condensate blockage effects present and the potential impact this will have on the production of Field A.

Condensate blockage is a phenomenon important to understand related to field development of a gas condensate field. Well deliverability can be greatly reduced due to blockage in the near-wellbore region and can lead to an increase in number of wells needed. The pressure drop due to condensate blockage must be weighed relatively to the total pressure drop in the production system. Modelling the pressure drop in the near-wellbore region, using a three-region modelling concept developed by Fevang and Whitson (Fevang and Whitson 1995), is an effective method for studying the importance of condensate blockage. However, before the modelling can be done a basic understanding of the mechanisms and fluid behavior related to the blockage is required.

Having an equation of state (EOS) predicting the correct fluid behavior is crucial for modelling the condensate blockage correctly. Reservoir engineers often work with an EOS developed by a third part or co-worker and it can be difficult to understand the process behind developing and how to use the EOS. Sometimes the quality of the EOS used is unknown. Therefore, a quality control (QC) is important. Younus et al. provides a recommended validation process that can be applied to any EOS model (Younus et al. 2019). Such a QC will make sure that the EOS predicts reliable (at least physical) properties. A modification process of the EOS developed by Consultant A is discussed in this master thesis and a detailed QC can be found in the project report for the specialization project TPG4560 in Appendix C.

Consultant A is a third-party company delivering consultancy to the oil and gas industry and is given an anonymous name for confidentiality reasons. A QC of the black oil tables provided by Consultant A was done and the modified EOS mentioned above was used to generate new black oil tables that were used as the base case fluid model in the study cases.

The major pressure drop due to condensate blockage is in the near-wellbore region and is an effect of reduction in the relative permeability of gas, krg. In this region both oil and gas flows and krg can be described as a function of the krg/kro-ratio. Therefore, krg/kro-ratios at different stages of depletion is obtained using the modified EOS to design core flooding experiments completed on a set of cores with different absolute permeabilities.

Core experiments was conducted by STRATUM Reservoirs on two of the cores taken from the exploration well. This was done to provide relevant relative permeability data input to the reservoir model.

The reservoir model provided by Wintershall DEA is a high-resolution model in the z-direction and was modified to be a simpler “box model”. Averaging methods based on the sum of permeability and height (kh) were utilized to comply the higher permeability layers present in the reservoir zones. Both coarse grid models and fine grid radial models were made and used in the sensitivity study cases.

From simulation studies conducted in this master thesis there is two high-level conclusions that can be drawn: - Condensate blockage reduces the well deliverability in Field A greatly. If this effect is overlooked wrong investment decisions will be made. - It is shown that a simple coarse grid model with the generalized pseudopressure well treatment method (Whitson and Fevang 1997) provides good approximations of condensate blockage effects compared to a fine grid model for Field A.

Denne masteroppgaven er en fortsettelse av arbeidet gjennomført i spesialiserings prosjektet TPG4560. Noen deler av teksten i denne master oppgaven er mer eller mindre tatt direkte fra rapporten “PVT Analysis for Condensate Blockage – A study of gas condensate samples from the Norwegian Continental shelf” skrevet for TPG4560. Wintershall DEA utleverte væske prøve data fra en mulig feltutvikling (Videre kaldt Felt A). En ECLIPSE modell fra området nær borehullet av letebrønnen var også utlevert i forbindelse med denne oppgaven. Målet med denne oppgaven er å studere effekten kondensatblokkering og den mulige innvirkningen dette har på produksjonen av Felt A.

Kondensatblokkeringer er viktig å forstå i relasjon til felt utvikling av et gas kondensat felt. Brønn leveransen kan bli kraftig redusert på grunn av blokkering nært brønnhulls regionen og kan lede til at antall brønner som trengt på feltet øker. Trykkfallet på grunn av kondensatblokkering må veies relativt til det totale trykkfallet i produksjonssystemet. Modellering av trykkfallet i nær-borehulls regionen, ved bruk av et tre-regioners modelleringskonsept utviklet av Fevang og Whitson i 1995 er en effektiv metode for å studere viktigheten av kondensblokkering på en full felt skala. Før modelleringen kan gjennomføres, er det imidlertid nødvendig med en grunnleggende forståelse av mekanismene og væskeatferden relatert til blokkeringen og gas kondensater.

Å ha en tilstandsligning (EOS) som forutsier riktig væskeatferd, er avgjørende for å modellere kondensblokkeringen riktig. Reservoaringeniører jobber ofte med en EOS utviklet av en tredjepart eller en medarbeider, og det kan være vanskelig å forstå prosessen bak utvikling og hvordan man bruker en EOS. Noen ganger er kvaliteten av EOS-en også ukjent. Derfor er en kvalitetskontroll (QC) viktig. Younus et al. gir en anbefalt valideringsprosess som kan brukes på enhver EOS-modell (Younus et al. 2019). En slik QC vil sørge for at EOS-en spår pålitelige (i det minste fysiske) egenskaper. En modifikasjonsprosess av EOS utviklet av Consultant A blir diskutert i denne masteroppgaven og en detaljert QC kan bli funnet i prosjektrapporten for fordypningsprosjektet TPG4560 i vedlegg C.

Konsulent A er et tredjepartsfirma som leverer konsulentvirksomhet til olje- og gassindustrien og får et anonymt navn av taushetsgrunner. En QC av tabellene med svart olje levert av konsulent A ble gjort, og den modifiserte EOS nevnt ovenfor ble brukt til å frembringe nye tabeller med svart olje som ble brukt som base-case fluidmodell i studiene.

Det største trykkfallet på grunn av kondensatblokkering er i området nær borehullet og er en effekt av reduksjon i den relative permeabiliteten til gass, krg. I dette området kan både olje og gass strømmer og krg beskrives som en funksjon av krg/kro-forholdet. Derfor oppnås krg/kro-forhold i forskjellige trinn av uttømmingen ved å bruke den modifiserte EOS for å designe strømningsforsøk på kjerneprøver for å bli gjennomført på et sett med kjerner med forskjellige absolutte permeabiliteter.

Kjerneeksperimenter ble utført av STRATUM Reservoirs på to av kjernene hentet fra letebrønnen. Dette ble gjort for å gi relevant relativ permeabilitetsdatainngang til reservoarmodellen.

Reservoarmodellen levert av Wintershall DEA er en høyoppløselig modell i z-retningen og ble modifisert til å være en enklere “boks modell”. Gjennomsnittsmetoder basert på summen av permeabilitet og høyde (kh) ble benyttet for å samsvare med de høyere permeabilitetslagene som er til stede i reservoarsonene. Både grove rutenettmodeller og fine radialmodeller ble laget og brukt i sensitivitetsstudietilfellene.

Fra simuleringsstudier utført i denne masteroppgaven er det to konklusjoner på høyt nivå som kan trekkes: - Kondensatblokkering reduserer brønnleveransen i felt A kraftig. Hvis denne effekten overses, vil det bli tatt feil investeringsbeslutninger. - Det er vist at en enkel grov rutenettmodell med den generaliserte pseudopressure-brønnbehandlings-metoden utviklet av Fevang og Whitson (Whitson og Fevang 1997) gir gode tilnærminger av kondensblokkeringseffekter sammenlignet med en finnettmodell for felt A.