Modeling and Analysis of Liquid Loading Phenomena and Its Impact on Crossflow in Gas Wells Using ROCX and OLGA
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3093332Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Denne oppgaven undersøker samspillet mellom reservoar og brønn under væskeopphopning(liquid loading). Det kan oppstå kryss-strømninger mellom reservoarsonermed ulike egenskaper, og denne oppgaven undersøker om væske-opphopningi brønnen kan utløse et slikt fenomen. Studiet baseres på numeriske simuleringerder en reservoarsimulator er koblet til en flerfase brønnsimulator.
Den første delen av oppgaven setter søkelys på strømningsdynamikken somfører til væske-opphopning. Turners ligning sammenlignes med gasshastighet, dråpehastighetog væske-filmhastighet frembrakt av brønnsimulatoren. I tillegg sammenlignesmodeller for stasjonær og ikke-stasjonær strømning, ettersom stasjonærestrømningsbeskrivelser kan være upassende for å beskrive ikke-stasjonære hendelser.Den andre delen av studien tar for seg fenomener relatert til væske-opphopningi flerlagsreservoarer med ulike egenskaper. Spesielt hvordan opphopning påvirkerproduksjon gjennom omfordeling av væske, kondensatbanking og kryss-strømmellom reservoarsoner.
Støttende programvare er utviklet i Python ved bruk av Conda og JupyterNotebook for å behandle, analysere og generere figurer basert på utdatafiler frabrønnsimulatoren og reservoarsimulatoren. Programvaren inkluderer også en kritiskhastighets- og ratekalkulator basert på Turners ligning, som bruker væskeegenskaperfra PVT-filer og trykk- og temperaturverdier fra simuleringene.
Simuleringene viser at væske-opphopning starter når væskefilmen begynner åstrømme nedover. Hvis opphopning oppstår, vil det meste av væsken strømme inni den mest uttømte sonen, som vanligvis er den høypermeable sonen, i stedet for åsamle seg i bunnen av brønnen. Denne kryss-strømningen viser seg å avhenge avkapillært trykk. Væske-opphopning kan utløse kryss-strøm mellom reservoarsoner,men produksjonsstrategi, reservoaregenskaper og væskeegenskaper påvirker fenomenetbetydelig.
Det er viktig å merke seg at forskningen ikke er sammenlignet med virkeligedata. Fremtidig arbeid kan inkludere modellering basert på virkelige inngangsdataog verifisere om de viktigste funnene i denne avhandlingen er mulige. I tilleggkan væske-opphopning og forekomsten av kryss-strøm studeres i inklinerte ellerhorisontale brønner, ettersom væskestrømning påvirkes av orientering. This thesis investigates the reservoir and well interaction during liquid loading.Crossflow can occur between reservoir zones of different properties, and this studyexamines whether liquid loading can trigger such a phenomenon. The study isbased on numerical simulations, where a reservoir simulator is coupled to a transientmultiphase wellbore simulator.
The first part of the study focuses on the flow dynamics that initialize liquidloading. Turner’s equation is compared to the gas, droplet, and liquid film velocitiesgenerated by the wellbore simulator. In addition, steady-state and transientflowmodels are compared, since steady-state descriptions are commonly used butmay be inadequate for analysis. The second part of the study addresses liquidloading-related phenomena in multilayered reservoirs with different properties.Specifically, how liquid loading affects production through fluid redistribution,condensate buildup, and crossflow between reservoir zones.
Supportive software is developed in Python using Conda and Jupyter Notebookto efficiently process, analyze, and generate plots from the output files generatedby the wellbore and reservoir simulators. The software also incorporates acritical velocity and rate calculator based on Turner’s equation, with the additionof using fluid properties from PVT files and pressure and temperature from thesimulations.
Simulations show that the liquid loading starts when the liquid film reverses.If liquid loading occurs, most of the liquid will flow into the most depleted zone,which is typically the high-permeability zone, rather than accumulating at thebottom of the well. However, this depends on the production strategy and reservoirproperties such as capillary pressure. Liquid loading can trigger crossflow betweenadjacent reservoir zones, but the production strategy, reservoir properties,and fluid properties significantly affect the phenomenon. Isolating the reservoirzones and regulating the flow from each zone can increase the total productionof gas, without the use of an artificial lift.
It is important to note that the research has not been compared to real-worlddata. Suggested future work is to make a model based on real-world input andverify whether the key findings in this thesis are plausible. Additionally, liquidloading and the occurrence of crossflow can be studied in inclined or horizontalwells, since orientation strongly affects fluid flow.