NO344286B1

NO344286B1 - Brønnmodellering knyttet til ekstraksjon av hydrokarboner fra undergrunnsformasjoner

Info

Publication number: NO344286B1
Application number: NO20080922A
Authority: NO
Inventors: Bruce A Dale; Rahul Pakal; Jason A Burdette; David C Haeberle; Scott R Clingman
Original assignee: Exxonmobil Upstream Res Co
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2019-10-28
Also published as: EP1917619A4; CN101233526A; EA200800436A1; US8249844B2; WO2007018858A2; EA201300750A1; US20090205819A1; NO20080922L; WO2007018858A3; CA2613817C; CA2613817A1; CN101233526B; EP1917619A2; MX2007016574A; BRPI0613857B1; EP1917619B1; EA031769B1

Description

Bakgrunn

Produksjon av hydrokarboner, så som olje og gass, har blitt gjort i mange år. For å produsere disse hydrokarbonene bores én eller flere brønner i et felt typisk til en undergrunnsplassering, som generelt blir referert til som underjordisk formasjon eller basseng. Prosessen av å produsere hydrokarboner fra undergrunnsplasseringen innebærer typisk forskjellige faser, fra en fase hvor det gjøres konseptvalg til en produksjonsfase. Typisk benyttes forskjellige modeller og verktøy i konstruksjonsfasene før produksjon av hydrokarboner, for å bestemme brønnplasseringer, estimere brønnytelse, estimere reserver, og planlegge for utviklingen av reservene. I tillegg kan undergrunnformasjonen analyseres for å bestemme fluidstrømning og strukturelle egenskaper eller parametre i bergartsgeologien. I produksjonsfasen driftes brønnene for å produsere hydrokarbonene fra undergrunnsplasseringen.

Generelt utføres fasene fra konseptvalg til produksjon i serielle operasjoner.

Således er modellene som benyttes i de forskjellige fasene spesialiserte, og rettet mot en spesifikk applikasjon for den fasen. Som et resultat av denne spesialiseringen anvendes typisk forenklede antagelser for brønnmodellene brukt i de forskjellige fasene for å kvantifisere potensialet for brønnytelsen, som introduserer feil i evaluering av brønnytelsen og analysen. Feil i produksjonen og/eller vurdering av brønnytelse kan påvirke økonomien av feltutviklingen. For eksempel, under en av fasene i brønnkonstruksjonen, så som brønnkompletteringsfasen, kan en svikt i å gi en nøyaktig redegjørelse for effekter av brønnkompletteringsgeometri, produksjonsforhold, geomekaniske effekter og endringer i sammensetninger av produksjonsfluidet føre til en estimeringsfeil i produksjonsratene. Deretter, under denne påfølgende produksjonsfasen kan de virkelige produksjonsratene og brønnytelsene mistolkes pga. feil fra de forenklede modellene for brønnytelse. Følgelig kan brønn-mottiltak (dvs. brønnutbedringer), som er kostbare og potensielt inneffektive benyttes i forsøk på å stimulere produksjon fra brønnen.

Videre, andre tekniske modeller kan spesifikt konstrueres for en særskilt applikasjon eller utviklingsanledning. Disse modellene kan være altfor kompliserte og krever mye tid for å prosessere den spesifikke informasjonen for den særskilte applikasjonen. Det vil si at de tekniske modellene er for komplekse og bruker betydelig mengder med tid for å utføre kalkulasjoner for en enkel brønn av interesse. På grunn av at disse modellene er rettet mot en spesifikk applikasjon eller utviklingsmulighet, er det ikke praktisk eller mulig å utføre forskjellige studier for å optimalisere konstruksjon av brønnkompletteringen og/eller anvende den tekniske modellen for sikre at hver brønn produserer ved sin fulle kapasitet.

Således er det behov for en fremgangsmåte og apparatur for å modellere brønnytelse for prediksjon, evaluering, optimalisering og karakterisering av en brønn i forskjellige faser av brønnens utvikling, basert på at koplet fysikkmodell.

Nærmeste kjente teknikk er å finne i patentet US 2004/0122640 A1.

Annet relatert materiale kan finnes i Yarlong Wang Et Al: "A Coupled Reservoir Geomechanics Modell and Applications to Wellbore Stability and Sand Prediction", SPE 69718, March 12, 2001, og David L. T, “Drawdown Guidelines for Sand Control Completions”, SPE 84495, October 5, 2003.

Sammenfatning av oppfinnelsen

I en utførelsesform er det beskrevet en fremgangsmåte. Fremgangsmåten inkluderer identifikasjon av feilslåtte modi for brønnkomplettering. Minst en teknisk begrensning knyttet til hver av de feilslåtte modi oppnås. Deretter formuleres en formålsfunksjon for optimalisering av brønnytelse. Deretter løses et optimaliseringsproblem ved å anvende formålsfunksjonen og minst en teknisk begrensning for å optimalisere brønnytelse.

I en alternativ utførelsesform er det vist en apparatur. Apparaturen inkluderer en prosessor med et minne koplet til prosessoren og en applikasjon som er tilgjengelig for prosessoren. Applikasjonen konfigureres til å motta feilslåtte modi for en brønn eller brønnkompletterings; oppnå minst en teknisk begrensning knyttet til hver av de feilslåtte modi; formulere en formålfunksjon for optimalisering av brønnytelse; løse et optimaliseringsproblem ved anvendelse av formålsfunksjonen og minst en teknisk begrensning for å optimalisere brønnytelse; og tilveiebringe den optimaliserte løsningen for en bruker.

Omfanget av oppfinnelsen er definert i de vedføyde patentkrav.

Kort beskrivelse av tegningene

De foregående og andre fordeler med den foreliggende teknikken kan bli opplagt ved å lese den følgende detaljerte beskrivelsen, og med referanse til tegningene, hvor:

Fig. 1 er et eksempelvis produksjonssystem i samsvar med visse aspekter av de foreliggende teknikkene;

Fig. 2 er et eksempelvis modelleringssystem i samsvar med visse aspekter av de foreliggende teknikkene;

Fig. 3 er et eksempelvis flytdiagram av utviklingen av responsflater for begrensninger i brønnoperabilitet, i samsvar med aspekter av de foreliggende teknikkene;

Fig. 4 er et eksempelvis diagram av brønnsynkehastighet versus utømming av et brønndreneringsområde for brønnen i fig.1 i samsvar med de foreliggende teknikkene;

Fig. 5 er et eksempelvis flytdiagram for utviklingen av responsflater for begrensninger i brønnproduktivitet, i samsvar med aspekter av de foreliggende teknikkene;

Figurene 6A og 6B er eksempelvise diagrammer av begrensning i brønnproduktivitet for brønnen i fig. 1, i samsvar med de foreliggende teknikkene;

Fig. 7 er et eksempelvis flytdiagram av utviklingen av koplete fysikkbegrensninger, i samsvar med aspekter av de foreliggende teknikkene;

Fig. 8 er et eksempelvis diagram av synkehastigheten versus utømming av brønnen i fig. 1, i samsvar med de foreliggende teknikkene;

Fig. 9 er et eksempelvis flytdiagram av optimaliseringen av tekniske begrensninger, i samsvar med aspekter ved de foreliggende teknikkene; og

Figurene 10A-10C er eksempelvise diagrammer av ytelsesoptimaliseringen for brønnen av fig. 1, i samsvar med de foreliggende teknikkene.

Detaljert beskrivelse

I den følgende detaljerte beskrivelsen vil de spesifikke utførelsesformene av den foreliggende oppfinnelsen bli beskrevet i forbindelse med dens foretrukne utførelsesformer. Imidlertid, i den grad at den følgende beskrivelsen er spesifikk for en særskilt utførelsesform eller en særskilt anvendelse av de foreliggende teknikkene, er dette kun ment å være illustrerende og tilveiebringer kun en presis beskrivelse av de eksempelvise utførelsesformene. Således er ikke oppfinnelsen begrenset til de spesifikke utførelsesformene beskrevet nedenfor, men oppfinnelsen inkluderer snarere alle alternativer, modifikasjoner og ekvivalenter som faller innenfor det sanne omfanget av de vedheftede kravene.

Den foreliggende teknikken er rettet mot en fremgangsmåte for å optimalisere integrert brønnytelse for en spesifikk brønn. I den foreliggende teknikken kan en brønnytelsesrelatert parameter, så som en maksimerende hydrokarbonutvinning fra brønnen, velges for optimalisering. Basert på brønnytelsesparameter eller brønnfunksjon, defineres en formålsfunksjon og optimaliseringsbegrensninger ved en eller flere tekniske begrensninger, så som begrensning på brønnoperabilitet, brønnproduktivitet, eller koplete fysikktekniske begrensninger. Resultatene fra denne formålsfunksjonen oversettes til brønnoperasjonsparametre, så som synkehastighet og uttømming i løpet av en brønns levetidssyklus. Deretter utvikles en plan for feltundersøkelse, som gjør det mulig med måling av optimaliserte brønnoperasjonsparametre i feltoperasjoner for anvendelse i brønndriften.

Ovenstående prosess forsterker brønnoperasjoner på feltet på en integrert måte som gjør rede for de forskjellige tekniske begrensningene basert på fysikken.

Nå med henvisning til tegningene, og opprinnelig med referanse til fig. 1, er et eksempelvis produksjonssystem 100 i samsvar med visse aspekter av de foreliggende teknikkene illustrert. I det eksempelvise produksjonssystemet 100, er en flytende produksjonsfasilitet 102 koplet til en brønn 103 som har et undervannstre 104 plassert på sjøbunnen eller havbunnen 106. For å få tilgang til undervannstreet 104, kan en kontrollumbilikal 112 tilveiebringe en fluidstrømningsvei mellom undervannstreet 104 og den flytende produksjonsfasiliteten 102 sammen med en kontrollkabel for å kommunisere med forskjellige anordninger innenfor brønnen 103. Gjennom dette undervannstreet 104 får den flytende produksjonsfasiliteten 102 tilgang på en undergrunnsformasjon 108 som inkluderer hydrokarboner, så som olje og gass. Imidlertid skal det nevnes at det produksjonssystemet 100 er illustrert for eksempelvise formål, og de foreliggende teknikkene kan være nyttige i produksjon av fluider fra enhver plassering.

For å få tilgang til undergrunnformasjon 108, penetrerer brønnen 103 sjøbunnen 106 for å danne et brønnhull 114 som strekker seg til og gjennom minst en del av undergrunnsformasjonen 108. Det vil forstås at undergrunnsformasjonen 108 kan inkludere forskjellige lag av bergarter som eventuelt inkluderer hydrokarboner og som kan refereres til som soner. I dette eksemplet inkluderer undergrunnsformasjonen 108 en produksjonssone eller intervall 116. Denne produksjonssone 116 kan inkludere fluider, så som vann, olje og/eller gass.

Undergrunnstreet 104, som er plassert over brønnhullet 114 på sjøbunnen 106, tilveiebringer en grenseflate mellom anordninger innenfor brønnhullet 114 og den flytende produksjonsfasiliteten 102. Således kan undergrunnstreet 104 være koplet til en produksjonsrørstreng 118 for å tilveiebringe fluidstrømningsveier og en kontrollkabel 120 for å tilveiebringe kommunikasjonsveier, som kan ha en grenseflate med kontrollumbilikal 112 ved undergrunnstreet 104.

Brønnhullet 114 kan også inkludere forskjellige fôringsrør for å tilveiebringe støtte og stabilitet for tilgjengeligheten til undergrunnsformasjonen 108. For eksempel kan en overflatefôringsrørstreng 122 installeres fra havbunnen 106 til en plassering under sjøbunnen 106. Innenfor overflate fôringsrørstrengen 122, kan en mellomliggende eller produksjonsfôringsrørstreng 124 benyttes til å tilveiebringe støtte for vegger i brønnhullet 114. Produksjonsfôringsrørstrengen 124 kan strekke seg nedover til en dybde i nærheten av eller gjennom undergrunnsformasjonen 108. Dersom produksjonsfôringsrørstrengen 124 strekker seg gjennom undergrunnsformasjonen 108, kan perforeringer 126 dannes gjennom produksjonsfôringsrørstrengen 124 for å tillate fluider å strømme inn i brønnhullet 114. Videre kan overflate- og produksjonsfôringsrørstrengene 122 og 124 sementeres til en fast posisjon med en sementslire- eller fôring 125 innenfor brønnhullet 114 for å tilveiebringe stabilitet for brønnen 103 og undergrunnsformasjonen 108.

For å produsere hydrokarboner fra undergrunnsformasjon 108 kan forskjellige anordninger benyttes for å tilveiebringe strømningskontroll og isolasjon mellom de forskjellige delene av brønnhullet 114. For eksempel kan en undergrunnssikkerhetsventil 128 benyttes til å blokkere strømningen av fluider fra produksjonsrørstrengen 118 i tilfelle av punktering eller brudd i kontrollkabel 120 eller kontrollumbilikal 112 over undervannssikkerhetsventilen 128. Videre kan strømningskontrollventilen 130 være en ventil som regulerer strømmen av fluid gjennom brønnhullet 114 ved spesifikke plasseringer. Dessuten kan et verktøy 132 inkludere en sandsikt, strømningsreguleringsventil, gruspakkingsverktøy, eller annen tilsvarende brønnkompletteringsanordning som benyttes for å håndtere strømmen av fluider fra undergrunnsformasjonen 108 gjennom perforeringene 126. Til slutt kan pakkingene 134 og 136 benyttes for å isolere spesifikke soner, så som produksjonssone 116, innenfor det ringformete volumet i brønnhullet 114.

Som nevnt ovenfor blir de forskjellige fasene av brønnutvikling typisk utført som sekvensielle operasjoner som benytter spesialiserte eller overdrevent forenklede modeller for å tilveiebringe spesifikk informasjon om brønnen 103. For de overforenklede modellene kan generelle antagelser om visse aspekter ved brønnen 103 føre til feil som kan påvirke feltøkonomien. For eksempel er kompaktering et mekanisk feilemne som må adresseres i en svak, svært komprimerbar undergrunnsformasjon 108. Typisk, unngås kompaktering ved å begrense det strømmende bunnhullstrykket i brønnen, basert på hverdagslige regler eller tommelfingerregler. Imidlertid er det intet teknisk underlag som støtter denne praksisen, og som begrenser produksjon av hydrokarboner fra brønnen. I tillegg kan feilaktige antagelser under brønnkonstruksjonsfasene føre til at de virkelige produksjonsratene mistolkes under produksjonsfasen. Således kan kostbare og potensielt ineffektive mottiltak benyttes på brønnen 103 i forsøk på å stimulere produksjonen.

Videre, kompliserte modeller som representerer de fysikalske lovene vedrørende brønnytelse er tidkrevende, datamaskin-intensive, og utviklet for en særskilt brønn av interesse. Fordi disse kompliserte modellene er rettet mot en spesifikk applikasjon, er det ikke praktisk å utføre forskjellige studier for å optimalisere kompletteringskonstruksjon og/eller sikre at andre brønner produseres ved full kapasitet basert på disse modellene. For eksempel kan et felt inkludere mange brønner som produserer hydrokarboner på en daglig basis. Det er ikke praktisk å benytte de kompliserte modellene for å forhindre brønnfeil og optimalisere ytelsen for hver brønn. Det er også urimelig å benytte de kompliserte modellene under hver fase av utviklingen for hver brønn, pga. tiden knyttet til analyse eller prosessering av dataene. Som sådan vil mange kompliserte modeller ikke bli evaluert for potensielle feil, og opprettholdes i en ikke-optimalisert tilstand.

På en fordelaktig måte er den gjeldende teknikken rettet mot et brukerverktøy som modellerer brønnytelsesprediksjon, evaluering, optimalisering og karakterisering av en brønn. Under den foreliggende teknikken tilveiebringer de tekniske modellbaserte responsflatene fysikkbaserte brønnproduktivitetsbegrensninger og brønnoperabilitetsbegrensning. Alternativt anvendes teknisk koplet fysikksimulatorer for å utvikle koplet fysikktekniske begrensninger.

Brønnproduktivitetsbegrensnig sammen med brønnoperabilitetsbegrensning og de koplete fysikkbegrensning anvendes til å utvikle integrerte brønnytelsesbegrensning, som er diskutert nedenfor i mer detalj. Responsflaten kan benyttes til effektiv evaluering av brønnen gjennom hver av forskjellige fasene i brønnens utvikling. Således er en eksempelvis utførelsesform av brukerverktøyet diskutert i mer detalj i fig. 2.

Fig. 2 er et eksempelvis modelleringssystem 200 i samsvar med visse aspekter av de foreliggende teknikkene. I dette modelleringssystemet 200, kan en første anordning 202 og en andre anordning 203 koples til forskjellige klientanordninger 204, 206 og 208 via et nettverk 210. Den første anordningen 202 og den andre anordningen 203 kan være en datamaskin-, server-, database- eller annen prosessorbasert anordning, mens de andre anordningerene 204, 206, 208 kan være laptop-datamaskiner, desktop-datamaskiner, servere eller andre prosessorbaserte anordninger. Hver av disse anordningene 202, 203, 204, 206 og 208 kan inkludere monitor, tastatur, mus og andre brukergrenseflater for vekselvirkning med en bruker.

Fordi hver av anordningene 202, 203, 204, 206 og 2008 kan være lokalisert ved forskjellige geografiske plasseringer, så som forskjellige kontorer, bygninger, byer, eller land, kan et nettverke 210 inkludere forskjellige anordninger (ikke vist), så som f.eks. rutere, brytere og broer. Dessuten kan nettverket 210 inkludere ett eller flere lokale nettverk, store arealnettverk, server-arealnettverk, eller byarealnettverk, eller kombinasjon av disse forskjellige nettverkstypene.

Koplingsbarheten og anvendelsen av nettverket 210 ved anordninger 202, 203, 204 206 og 208 kan forstås av de som er dyktige i faget.

Den første anordningen 202 inkluderer et brukerverktøy 212 som er konfigurert for å tilveiebringe forskjellige brønnoperabilitetsbegrensning og brønnproduserbarhetsbegrensning, og se på responsflaten 214 for en bruker av anordningene 202, 204, 206 og/eller 208. Brukerverktøyet 212, som kan ligge i minnet (ikke vist) innenfor den første anordningen 202, kan f.eks. være en applikasjon. Denne applikasjonen, som er videre beskrevet nedenfor, kan tilveiebringe datamaskin-baserte representasjoner av en brønnkomplettering, så som brønn 103 av fig. 1, koplet til et petroleumsreservoar eller et avsetningsbasseng, så som en underjordisk formasjon 108 av fig. 1.

Brukerverktøyet 212 kan implementeres som et regneark, program, rutine, programvarepakke, eller ytterligere datamaskin- avlesbare programvareinstruksjoner i et eksisterende program, som kan være skrevet i et datamaskinspråk, så som Visual Basic, Fortran, C++, Java og lignende. Selvsagt kan minnet som lagrer for brukerverktøyet 212 være av en hvilken som helst type datamaskin-avlesbar lagringsanordning, anvendt for lagringsapplikasjoner, som kan inkludere harddisk drive, floppy-disketter, cd-ROM og andre optiske medier, magnetisk tape, og lignende.

Som en del av brukerverktøyet 212, kan forskjellige tekniske modeller, som er basert på kompleks modellkoplet fysikk, benyttes for å generere responsflater for forskjellige feilmodi. Responsflatene 214 kan inkludere forskjellige algoritmer og ligninger som definerer de tekniske begrensningene for brønnen for forskjellige feilmodi. Videre kan brukerverktøyet 212 gi tilgang til tidligere genererte responsflater, som kan anvendes på andre brønner. Det vil si at brukerverktøyet 212 kan være basert på en felles plattform for å gjøre det mulig for brukere å evaluere tekniske begrensninger samtidig, muligens t.o.m. simultant. Videre kan brukerverktøy 212 konfigureres for å tilveiebringe grafiske utgangsverdier som definerer den tekniske begrensning og som tillater bruken og sammenligner forskjellige parametere for å modifisere tekniske grenser, for å forhøye produksjonsratene uten å ødelegge brønnen. Disse grafiske utgangsverdiene kan tilveiebringes i form av grafikk eller diagrammer som kan benyttes for å bestemme visse begrensninger eller forhøyet produksjonskapasitet for en brønn. Spesielt kan disse tekniske grensene inkludere brønnoperabilitetsgrenser, brønnproduktivitetsgrenser og koplet fysikkbegrensning, som er diskutert nedenfor i mer detalj.

Den andre anordningen 203 inkluderer et koplet fysikkverktøy 212 som konfigureres for å integrere forskjellige tekniske modeller sammen for en brønnkomplettering. Koplet fysikk verktøy 212, som kan ligge i minnet (ikke vist) innenfor den andre anordningen 203, kan f.eks. være en applikasjon. Denne applikasjonen, som er videre beskrevet nedenfor i figurene 7 og 8, kan tilveiebringe datamaskinbaserte representasjoner av en brønnkomplettering, så som brønn 103 av fig. 1, koplet til et petroleumsreservoar eller avsetningsbasseng, så som en underjordisk formasjon 108 av fig. 1. Koplet fysikkverktøy 218 kan implementeres som et program, rutine, datamaskin-pakke, eller ytterligere datamaskin-avlesbare programvareinstruksjoner i et eksisterende program, som kan være skrevet i et datamaskin-programmeringsspråk, så som Visual Basic, Fortran, C++, Java og lignende. Selvsagt kan minnet som lagrer koplet fysikk verktøy 218 være av en hvilken som helst konvensjonell type av datamaskin-avlesbar lagringsanordning som brukes for lagringsapplikasjoner, som kan inkludere harddisk drive, flopp disketter, CD-ROMer og andre optiske media, magnetisk tape, og lignende.

Knyttet til koplet fysikk verktøy 218, kan forskjellige tekniske modeller, som er basert på komplekse, koplet fysikkmodeller benyttes for å generere koplet fysikktekniske begrensninger 220 for forskjellige sviktmodi. Koplet fysikktekniske begrensninger 220 kan inkludere forskjellige algoritmer og ligninger som definerer de tekniske begrensninger for brønnen for forskjellige sviktmodi som er basert på fysikken i brønnkompletteringen og nær-brønn komplettering. Tilsvarende brukerverktøyet 212, kan koplet fysikktekniske grenser 220 gjøres tilgjengelig med andre anordninger, så som anordninger 202, 204, 206 og 208, og kan konfigureres for å tilveiebringe grafiske utgangs verdier som definerer tekniske begrensninger. En mer detaljert diskusjon av de koplet fysikkbegrensninger eller koplet fysikktekniske begrensninger er diskutert i figurene 7 og 8 nedenfor.

På en fordelaktig måte under den foreliggende teknikken, kan brønndriften forsterkes med tekniske begrensninger avledet fra å benytte brukerverktøyet 212, som er basert på responsflater 214, utviklet bruk av tekniske simuleringsmodeller eller datamaskin-simuleringsmodeller, basert på enten endelig differanse, 3D-geomekanisk endelig element, endelig element, endelig volum eller et annet punkteller gitter-/cellebasert numerisk diskretiseringsmetode brukt til å løse partielle differensialligninger. Til forskjell fra kompliserte tekniske modeller er brukerverktøyet 212 basert på responsflater 214 som er avledet fra anvendelsen av tekniske modeller som ikke er konstruert for en spesifikk applikasjon eller utviklingsanledning. Brukerverktøyet 212, basert på responsflater 214, kan benyttes for en rekke forskjellige brønner. Det vil si at responsflatene 214 kan representere detaljerte tekniske modeller uten å kreve store mengder datakraft og dyktig ekspertise for å drifte, konfigurere og evaluere programvarepakker, så som, men ikke begrenset til ABAQUS™, Fluent™, Excel™, og Matlab™. Dessuten, i motsetning til de forenklede modellene, utgjør de tekniske begrensningene som er utviklet anvendelse av brukerverktøy 212 for den fysikken som bestemmer brønnytelsen. Det vil si at brukerverktøyet 212 gjør rede for forskjellige fysikalske parametere som ignoreres av analysen, som er basert på forenklede modeller, så som f.eks. hastigheter, hverdagslige regler, og/eller tommelfingerregler, f. eks.

Videre, fordi detaljerte tekniske modeller har blitt forenklet for responsflater 214, kan brukerverktøyet 212 anvendes på en rekke brønner for å vurdere risikoen for mekanisk brønnintegritet eller operabilitetssvikt, potensiale for brønnproduktivitet eller begrenset strømningskapasitet, optimalisere brønnytelse ved anvendelse av brønnoperabilitetsbegrensninger sammen med brønnproduktivitetsbegrensninger, og/eller koplet fysikktekniske begrensingen som adresserer annen fysikalsk fenomen som ikke adresseres av operabilitets- og produktivitetsbegrensninger, som diskutert nedenfor. Som et eksempel kan en risikovurdering utføres under utvelgelsesfasen for å hjelpe til i beslutninger om brønnkompletteringsvalg, brønnplanleggingsfase for å hjelpe til i brønn- og kompletteringskonstruksjoner, og produksjonsfase for å forhindre svikt og øke produksjonshastighetene basert på de tekniske begrensningene. Det vil si at responsflatene 214 til brukerverktøyet 212 kan anvendes på forskjellige faser av brønnens utvikling pga at brukeren kan justere etter et område av inngangsparametre for en gitt brønn uten den tiden og kostnaden ved tekniske modeller, eller feil knyttet til begrensende antagelser innenfor forenklede modeller. Således kan brukerverktøyet 212 benyttes for å tilveiebringe brønntekniske begrensninger relatert til brønnoperabilitet, som diskutert i tilknytning med figurene 3-4, brønnproduktivitetsbegrensninger, som diskutert i tilknytning med figurene 5-6. Videre kan de brukerverktøy 212 avledede brønnoperabilitetsbegrensningene og/eller de koplete fysikkbegrensningene, som diskutert i tilknytning med figurene 7-8, brukes ved optimaliserting av forskjellige tekniske begrensninger eller brønndriftsparametre, som diskutert i tilknytning til figurene 9-10.

Som en utførelsesform kan brukerverktøyet 212 benyttes for å tilveiebringe responsflater 214 som er rettet mot å bestemme brønnoperabilitetsbegrensninger. Brønnoperabilitetsbegrensningene er knyttet til de mekaniske integritetsbegrensningene for en brønn før det oppstår en mekanisk svikthendelse. Den mekaniske svikten kan være en hendelse som gjør brønnen ubrukelig for dens tiltenkte formål. For eksempel kan den mekaniske svikten av brønnen 103 av fig. 1 oppstå fra kompaktering, erosjon, sandproduksjon, kollapsering, knekking, skilling, skjæring, bøying, lekasje eller andre tilsvarende mekaniske problemer under produksjons- eller injeksjonsoperasjoner av en brønn. Typisk fører disse mekaniske sviktene til kostbare overhalinger, sidespor for brønnen eller omboringsoperasjoner benyttet for å fange hydrokarbonreservene i undergrunnsformasjonen 108 i fig. 1. Disse postsviktsløsningene er kostbare og tidskrevende metoder som reaktivt adresserer den mekaniske svikten. Imidlertid, med brukerverktøyet 212 kan potensielle mekaniske brønnsviktsemner identifiseres under de forskjellige fasene, ikke bare for å forhindre svikt, men for å drifte brønnen på en effektiv måte innenfor dens tekniske begrensning.

Fig. 3 er et eksempelvis strømningsdiagram av den generasjonen, og bruker brønnoperabilitetsbegrensninger med brukerverktøyet 212 av fig. 2, i samsvar med aspekter ved de foreliggende teknikkene. Dette strømningsdiagrammet, som henvises til med henvisningstall 300, kan best forståes ved samtidig å betrakte figurene 1 og 2. I dette strømningsdiagrammet 300 kan responsflater 214 utvikles og benyttes for å tilveiebringe kompletteringsbegrensninger og retningslinjer for konseptutvelgelse, brønnplanlegging, økonomisk analyse, kompletteringskonstruksjon, og/eller brønnproduksjonsfaser for brønnen 103. Det vil si at den foreliggende teknikken kan tilveiebringe responsflater 214 for forskjellige mekaniske eller integritetssviktsmodi fra detaljerte simuleringer utført og lagret på en applikasjon, så som brukerverktøyet 212, på en effektiv måte. Således tilveiebringer responsflatene 214, som er basert på den koplete fysikktekniske modellen, andre brukere med algoritmer og ligninger som kan benyttes for å løse mekaniske brønnintegritetsproblemer mer effektivt.

Flytdiagrammet begynner ved blokk 302. Med blokk 304 etableres sviktmodusen. Etablering av sviktmodusen, som er den mekaniske svikten i brønnen, inkluderer bestemmelse av hvordan en spesifikk brønn kommer til å svikte. For eksempel kan en sviktmodus være sandproduksjon som oppstår fra skjæringssvikt eller strekkraftsvikt i bergarten. Denne svikthendelsen kan føre til et tap av produksjon for brønnen 103.

Ved blokk 306 er en teknisk modell for en sviktmodus bygget for å modellere vekselvirkningen av brønnens bygningskomponenter. Disse komponentene inkluderer rørledning, fluid, bergarter, sement, sikter og grus under vanlige produksjonsforhold, strømmende nedihullstrykk (FBHP), synkehastighet, uttømming, hastighet, vann-oljeforhold (WOR), gas-oljeforhold (GOR), eller lignende. Sviktskriteriene identifiseres basert på brønnkarakteristikker, som kan relatere til en spesifikk svikthendelse for brønnen. Som et eksempel, med sandproduksjon som sviktmodus, kan den tekniske modellen benytte bergartsmekaniske egenskaper med en numerisk simuleringsmodell av reservoaret og brønnen for å predikere når sandproduksjon oppstår under forskjellige produksjonsforhold, som kan inkludere produksjonshastighet, synkehastighet, og/eller uttømming. De tekniske modellene verifiseres deretter for å etablere at de tekniske modellene er gyldige, som vist i blokk 308. Verifikasjon av de tekniske modellene kan inkludere sammenligning av resultatene til de tekniske modellene med de virkelige dataene fra brønnen 103, sammenligne resultatene av responsflaten med resultatene av de tekniske modellene, eller sammenligne de tekniske modellene med andre brønner innenfor feltet for å etablere at de forenklede antagelsene er gyldige.

Siden de tekniske modellene generelt er detaljerte endelige elementmodeller som bruker en vesentlig mengde tid å evaluere, så som en eller flere timer til flere dager, omdannes den tekniske modellen til en eller flere algoritmer eller ligninger som refereres til som responsflate 214, som vist i blokk 310. Omdanningen inkluderer utførelse av en parameterhistorie på et område av sannsynlige parametre med den tekniske modellen for å danne de forskjellige responsflatene 214. Den parametriske studien kan benytte en numerisk konstruksjon av eksperimenter for å tilveiebringe algoritmene for forskjellige situasjoner. På en fordelaktig måte fanger den parametriske studien de forskjellige fysikalske parametrene og egenskapene som ikke er tatt hensyn til med analytiske modeller som typisk benyttes istedenfor numeriske modeller. Resultatene av den parametriske studien reduseres til enkle ligninger gjennom tilpasningsteknikker eller statistiske dataprogrampakker for å danne responsflatene 214. Disse kurveog flatetilpasningsteknikkene definerer generaliserte ligninger eller algoritmer, som kan være basert på en teknisk vurdering og/eller analytiske forenklinger av de tekniske modellene. Spesifikt kan en prøve-og-feile tilnærmelse benyttes for å definere en rimelig form for responsflatene 214, som kan tilpasses et stort antall resultater fra den parametriske studien. Således kan responsflatene 214 forenkles ytterligere ved å benytte forskjellige antagelser, så som f. eks. homogene bergartsegenskaper i en reservoarsone, lineare brønnveier gjennom produksjonsintervallene, og/eller skiveformet reservoar.

Ved blokk 312, er algoritmene og ligningene som definerer responsflatene 214 inkludert i brukerverktøyet 212. Som bemerket ovenfor, kan brukerverktøyet 212 benyttes for å tilveiebringe grafiske utgangsverdier for den tekniske begrensningen til brukere. Disse grafiske utgangsverdiene kan sammenligne produksjons- eller injeksjonsinformasjon, så som hastighet og trykk. På denne måten kan brukeren, så som en operatør eller ingeniør, evaluere de løpende produksjons- eller injeksjonshastighetene mot den tekniske begrensningen indikert av responsflatene 214, for å justere de bestemte parametrene for å forhindre brønnsvikt eller forbedre ytelsen for brønnen 103. Denne evalueringen kan utføres på en forenklet måte fordi de tidligere genererte responsflatene kan gjøres tilgjengelig istedenfor å benytte de tekniske modellene for å simulere de respektive forholdene for brønnen. Som sådan kan en bruker anvende en kvantitativ risikoanlyse for den tekniske begrensningen generert av responsflatene 214 for å svare for en uvisshet av inngangsparametre og håndtere den assosierte risikoen. Ved blokk 314 kan brukerverktøyet 212 benyttes for effektivt å anvende de tidligere genererte responsflatene 214 til økonomiske beslutninger, brønnplanlegging, brønnkonseptutvelgelse og faser i brønnoperasjoner. Således ender prosessen ved blokk 316.

Som et spesifikt eksempel kan brønnen 103 være en fôret-hullskomplettering som inkluderer forskjellige perforeringer 126. I denne kompletteringstypen kan endringer i sandflatens poretrykk til undergrunnsformasjon 108, som kan være basert på reservoarnedsynking og -uttømming, øke belastningen på perforeringer 126 i bergarten som er i produksjonsintervallet eller –sonen 116. Dersom de effektive belastningene på bergarten i produksjonssonen 116 overskrider konvolutten for skjæringssvikt eller kriteriet for bergartssvikt, kan sand produseres gjennom perforeringene 126 inn i brønnhullet 114. Denne produksjonen av sand inn i brønnhullet 114 kan ødelegge utstyr, så som treet 104 og ventilen 128 og 140, og fasiliteter så som produksjonsfasiliteten 102. Således kan skjærsvikten for bergarten i den underjordiske formasjonen 108 eller kryssing av bergartsviktkriteriet i den tekniske modellen identifiserer som sviktmodusen, som diskutert i blokk 304.

Straks sviktmodusen er identifisert kan den tekniske modellen bygges opp for å beskrive de mekaniske brønnoperabilitetsbegrensningene (WOL), som diskutert i blokk 306. Den tekniske modellbyggingen kan inkludere definisjon av endelig element modeller for å simulere brønndrenering fra produksjonssonen 116 gjennom perforering 126 inn i brønnhullet 114. Disse tre dimensjonale (3-D) modellene kan inkludere parametre som representerer reservoarbergarten i produksjonsintervallet 116, sementforing 125 og produksjonsfôringsrørstreng 124. For eksempel kan perforeringene 126 i produksjonsfôringsrørstrengen 124 modelleres som sylindriske hull, og perforeringene 126 i sementforingen 125 og reservoar bergarten kan modelleres som trunkerte koner med en halvsfære ved perforeringsspissen.

Videre, kan egenskaper og parametre også tilegnes reservoarbergarten, sementforingen 125 og produksjonsfôringsrørstrengen 124. For eksempel er symmetrien i modellen basert på perforeringsfasing og skuddtetthet. Dessuten anvendes grensebetingelsene for å representere reservoartrykk-forhold. Deretter evalueres hver modell ved forskjellige nivåer av nedsynkinghastighet for å bestemme det punktet hvor bergarten ved perforeringene 126 overskrider skjærsviktskonvolutten eller bergartsviktkriteriet. Synkehastigheten modellers som radiell Darcy-strømning fra brønndreneringsradiusen til perforeringene 126.

Brønndreneringsarealene er arealer for undergrunnsformasjon 108 som tilveiebringer fluider til brønnhullet 114.

Som et eksempel kan en eller flere endelige elementmodeller dannes ved å variere de bestemte parametrene. Disse parametrene kan inkludere bergartegenskaper så som: (1) bergartens innlukkede kompresjonsstyrke (”Unconfined Compressive Strength” – (USC)), friksjonsvinkel for bergarten (RFA); elastisitetsmodul eller skjærmodul, og/eller Poissonforhold for bergart (RPR), (2) fôringsrøregenskaper, så som rørgraderinger (f. eks. L80, P110, T95, Q125); (3) sementegenskaper (ubekreftet kompresjonsstyrke UCS), friksjonsvinkel, elastisitets- eller skjærmodul, Poissonforhold); (4) brønndreneringsradius (WDR); (5) perforeringsgeometri (PG) (perforeringsinngangsdiameter (PED), perforeringslengde (PL), og perforerings konvinkel (PT); (6) fôringsrørstørrelse (fôringsrørets utvendige diameter (COD), og fôringsrørdiameter/-tykkelse (D/T) –forhold (CDTR); (7) sementert ringromformet størrelse; (8) perforeringsfasing; og (9) perforeringsskudd per fot (PSPF). Mens hver av disse parametrene kan benyttes, kan det være fordelaktig å forenkle, eliminere eller kombinere parametre for å gjøre den parametriske studien lettere. Denne reduksjonen av parametre kan være basert på en teknisk ekspertise for å kombinere eksperimentet eller benytte en eksperimentell konstruksjonstilnærmelse eller –prosess for å forenkle den parametriske studien. Automasjonsutskriftene kan brukes til å gjøre det lettere med modellbygging, simulering, og innsamling av simuleringsdata for ytterligere å forenkle den parametriske studien. For dette eksemplet bestemmes fôringsrøregenskaper, perforeringsfasing og perforeringsskudd per fot til å ha en minimal innvirkning og fjernes fra den parametriske studien. Således kan den parametriske studien utføres på de gjenværende parametrene, som er inkludert i tabell 1 nedenfor.

Tabell 1: WOL Parametrisk studie

I dette eksemplet kan tre verdier defineres for hver av de ni parametrene listet ovenfor. Som et resultat vil 19683 mulige kombinasjoner eller modeller måtte evalueres som en del av den parametriske studien. Hver av modellene, og kan evalueres ved flere verdier av synkehastighet for å utvikle de individuelle tekniske begrensningene statsfestet for hver modell (f.eks. synkehastighet mot utømming).

Med de dannede tekniske modellene kan de tekniske modellene verifiseres og omdannes til responsflater 214. Verifikasjon av de tekniske modellene, som diskutert i blokk 308, kan innebære sammenligning av de individuelle tekniske modellresultatene med virkelige feltdata for å sikre at estimatene er tilstrekkelige nøyaktige. De virkelige feltdataene kan inkludere sandproduksjon ved en spesifikk synkehastighet for kompletteringen. Deretter kan de tekniske modellene omdannes til responsflaten, som er diskutert ovenfor i blokk 310. Spesielt kan de resultatene og de respektive parametrene for de forskjellige tekniske modellene kompileres i et regneark eller statistisk evalueringsprogramvare. Effektene av å endre de ni parametrene individuelt og interaktivt evalueres for å utvikle responsflatene 214 for de tekniske modellene. Den resulterende responsflateligningen eller -ligningene tilveiebringer en teknisk begrensing eller brønnopersjonsbegrensning, som en funksjon av synkehastighet.

Dersom brukerverktøyet 212 er et datamaskinprogram som inkluderer et regneark, kan responsflatene 214 og de assosierte parametrene lagres innenfor en separat fil som er tilgjengelig for programmet eller kombinert med andre responsflater 214 og parametre i en stor database. Uansett kan responsflatene og parametrene gjøres tilgjengelig av andre brukere via et nettverk, som diskutert ovenfor. For eksempel kan brukerverktøyet 212 akseptere brukerinnganger fra et tastatur for å beskrive de spesifikke parametrene i en annen brønn. Responsflatene 214 som er nedsenket i brukerverktøyet 212, kan kalkulere brønnoperabilitetsbegrensningene fra de forskjellige inngangene tilveiebrakte av brukeren. Inngangene er fortrinnsvis i området av verdier studert i den parametriske studien til den tekniske modellen.

Som et resultat av denne prosessen, illustrerer fig. 4 et eksempelvis diagram av synkehastighet mot uttømming av en brønn, i samsvar med de foreliggende teknikkene. I fig. 4 er det et diagram, som generelt referert til som et henvisningstall 400, som sammenligner synkehastigheten 402 for en brønn med uttømming 404 av brønnen 103. I dette eksemplet kan responsflatene 214 definere en teknisk begrensning 406, som er en brønnoperasjonsbegrensning, generert fra brukerverktøy 212. Som vist i diagram 400, kan den tekniske begrensningen 406 variere, basert på de relative verdiene av synkehastighet 402 og uttømming 404. Brønnen 103 blir produktiv i en ikke-sviktsmodus så lenge produksjons- eller injeksjonsnivå 408 er under den tekniske begrensningen 406. Dersom produksjonseller injeksjonsnivå 408 er over den tekniske begrensningen 406, er det sannsynlig at det skjer en skjærsvikt i bergarten i den underjordiske formasjonen 108. Det vil si at over den tekniske begrensningen 406, kan brønnen 103 ikke bli driftbar eller produsere sand. Således kan responsflaten benyttes til å håndtere reservoar synkehastighet og uttømming, basert på en teknisk begrensning indikert fra responsflaten.

På en fordelaktig måte kan, under den foreliggende teknikken, de forskjellige utviklingsmessige fasene til brønnen 103 forhøyes ved å bruke brukerverktøyet 212 for å bestemme brønnoperabilitetsbegrensninger og opprettholde brønnen 103 innenfor de begrensningene. Det vil si at brukerverktøyet 212 tilveiebringer brukere med tidligere genererte responsflater 214, under hver av utviklingsfasene i brønnen 103. På grunn av at responsflatene 214 har blitt evaluert mot parametre og egenskaper, tilveiebringer brukerverktøyet 212 nøyaktig informasjon om den mekaniske integriteten eller brønnoperabilitetsbegrensningene uten de forsinkelsene knyttet til komplekse modeller og feil til stede i overforenklede modeller. Videre kan brukerverktøyet 212 tilveiebringe retningslinjer for å drifte brønnen 103 for å forhindre svikthendelser og forhøye produksjon opp til brønnoperabilitetsbegrensninger.

Som en annen fordel kan responsflaten benyttes til å generere en brønn injeksjonsbegrensning. Brønninjeksjonsbegrensning definerer den tekniske begrensningen for en injeksjonsbrønn, uttrykt ved brønnens evne til å injisere en spesifisert hastighet av fluider og faste stoffer innenfor en spesifikk sone av en underjordisk formasjon. Et eksempel på en sviktmodus som kan adresseres med en injeksjonsbegrensning er potensialt for injeksjonsrelatert frakturering som utvikles fra sonen, og derved fører til tap av konformitet. Et annet eksempel på sviktmodus som kan adresseres er potensiale for skjæring av brønnforingsrør eller rør under multibrønns vekselvirkninger som oppstår fra injeksjonsoperasjoner i lukket-roms brønnutvikling. En responsflate med brønn-injiserbarhetsbegrensning kan også benyttes som en ytelsesmodell for strøm inn i en reservoarsimulator for simulering av injeksjonsbrønner eller innenfor en selvstendig brønn eller brønnkompletteringssimulator for å simulere brønnytelse.

Tilsvarende, til diskusjonen om mekaniske svikt, forringelse av strømningskapasiteten og karakteristikker for en brønn påvirket av produksjonseller injeksjonshastighet fra brønnen. Forringelsene kan være pga. perforeringsgeometrien og/eller høy hastighets- (dvs. ikke-Darcy) strømning nærbrønnhulls bergartsskade, kompakteringsindusert permanent tap, eller andre tilsvarende effekter. Siden modellene som beskriver forringelsene er overforenklede, kan brønnproduktivitets- eller injektivitetsanalyse, som er tilveiebrakt av disse modellene, neglisjere visse parametre og tilveiebringe unøyaktige resultater. Således kan feil i produksjonen og/eller vurderinger av brønnproduktivitet eller –injektivitet fra andre modeller på en skadelig måte påvirke evaluering av feltøkonomien. For eksempel kan sviktende nøyaktig redegjørelse effektene ved kompletteringsgeometri, produksjonsforhold, geomekaniske effekter, og endringer i fluidsammensetning føre til estimeringsfeil for produksjonshastighetene. Under den påfølgende produksjonsfasen kan estimeringsfeil føre til mistolkninger av brønntestdata, som kan føre til kostbare og potensielt ineffektive overhalinger i forsøk på å stimulere produksjonen. I tillegg til feilene med enkle modeller, svikter komplekse modeller fordi disse modellene er kun rettet mot en særskilt situasjon. Følgelig blir forskjellige brønner utilstrekkelig evaluert eller ignorert fordi det ikke finnes noe verktøy for å tilveiebringe responsflater for disse brønnene på en omfattende og likevel effektiv måte.

Under den foreliggende teknikken kan produktiviteten eller injiserbarheten for brønnen forhøyes ved å benytte dataene, så som responsflatene i brukerverktøyet. Som diskutert ovenfor kan disse responsflatene være forenklede tekniske modeller basert på tekniske datamaskinmodeller, så som en tredje geomekanisk endelig element modell. Dette gjør mulig for forskjellige brukere å få tilgang på tidligere genererte responsflater for analysen av forskjellige brønner i forskjellige faser, så som konseptutvelgelse, brønnplanlegging, økonomisk analyse, kompletteringskonstruksjon og/eller brønnproduksjonsfaser. Under f.eks. brønnundersøkelser blir forringelse ofte tolket fra målte ”avskrellings” verdier.

Likevel, er avskrellingsverdiene ikke en gyldig indikasjon for en brønns virkelige ytelse i forhold til dens tekniske begrensning. Således, ved å omdanne de tekniske modellene til responsflater, som diskutert ovenfor, kan andre parametre benyttes til å tilveiebringe en bruker med grafer og data som har mer gyldige indikasjoner for den tekniske begrensningen til brønnen. Dette forsterker effektiviteten av analysen for brukeren og kan t.o.m. benyttes i hver fase av brønnutviklingen. Det eksempelvise flytdiagrammet for denne prosessen, for anvendelse til å bestemme brønnproduktivitetsbegrensningen, tilveiebringe i fig. 5.

Som vist i fig. 5, er et eksempelvis flytdiagram vedrørende bruken av brønnproduktivitetsbegrensninger i brukerverktøyet 212 av fig. 2 i samsvar med aspektene ved de foreliggende teknikkene vist. Dette flytdiagrammet, som henvises med henvisningstall 500, kan best forståes ved den samtidige betraktningen av figurene 1, 2 og 3. I denne utførelsesformen kan responsflater, knyttet til strømningskapasiteten og karakteristikkene, utvikles og benyttes for å tilveiebringe tekniske begrensninger og retningslinjer for konseptutvelgelse, brønnplanlegging, økonomisk analyse, kompletteringskonstruksjon og/eller produksjonsfaser. Det vil si at brukerverktøyet 212 kan tilveiebringe responsflater 214 for forskjellige produserbare begrensninger basert på detaljerte simuleringer tidligere utført for en annen brønn på en effektiv måte.

Flytdiagrammet begynner ved blokk 502. Ved blokk 504 er forringelsesmodusen identifisert for brønn 103. Identifikasjon av forringelsesmodusen inkluderer bestemmelse av betingelser som hindrer strømningskapasiteten for fluider til og innenfor brønnen 103, eller injeksjonskapasiteten for fluider og/eller fast stoffer fra brønn 103, inn i formasjonen 108. Som notert ovenfor, er forringelser fysikalske mekanismer som bestemmer nær-brønnhullstrømning, eller det er en svikt i brønnen 103 for å strømning eller injeksjon ved dens teoretiske produksjons- eller injeksjonshastighet, henholdsvis. For eksempel kan forringelsesmodusen inkludere perforeringer som virker som strømningschoker innenfor brønnen 103.

Ved blokk 506 er en teknisk modell for den forringelsesmodusen bygget for å modellere vekselvirkningen av brønnkarakteristikkene. Disse karakteristikkene inkluderer brønn- og kompletteringskomponenter, rør, fluid, bergarter, sikter, perforeringer og grus under alminnelige produksjonsforhold, strømmende nedihullstrykk (FBHP), synkehastighet, uttømming, hastighet, vann/oljeforhold (WOR), gass/oljeforhold (GOR) eller lignende. Som et eksempel, med perforeringer som forringelse, som virker som en strømningschoke kan den tekniske modellen benytte bergarts- og fluidegenskaper med en numerisk simuleringsmodell av reservoarer, brønnen, og perforeringer for å predikere forringelsesmengden under forskjellige produksjonsforhold, så som hastighet, synkehastighet og/eller uttømming. Deretter verifiseres de tekniske modellene, som vist i blokk 508.

Verifiseringen av de tekniske modellene kan være tilsvarende verifiseringen diskutert i blokk 308.

Siden de tekniske modellene er generelt detaljerte endelig element modeller, som diskutert ovenfor i blokk 306, omdannes de tekniske modellene til responsflater 214 som inkluderer en eller flere algoritmer eller ligninger, som vist i blokk 510. Tilsvarende diskusjonen ovenfor, når det gjelder blokk 310, utføres parametriske studier for å tilveiebringe responsflatene fra forskjellige parametre og egenskaper. Det er fordelaktig at de parametriske studiene fanger aspekter som ikke er gjort rede for med analytiske modeller vanligvis benyttet for å erstatte numeriske modeller. Igjen, disse resultatene fra de parametriske studiene reduseres til numeriske ligninger gjennom tilpasningsteknikker eller statistiske programvarepakker for å danne responsflatene 214.

Ved blokk 512 er algoritmene for responsflatene 214 inkludert i et brukerverktøy 212. Som notert ovenfor i blokk 312 kan brukerverktøyet 212 benyttes til å tilveiebringe grafiske utgangsdata for den tekniske begrensningen av brønnproduktivitetsbegrensninger for brukerne. På denne måten kan brukeren evaluere gjeldende produksjon eller injeksjon mot den tekniske begrensningen for å justere hastigheten eller bestemme brønnens forringelse. I blokk 514 kan responsflatene 214 benyttes for effektivt å anvende tidligere genererte responsflater 214 for økonomiske beslutninger, brønnplanlegging, brønnkonseptutvelgelse, og/eller brønnproduksjonsfaser. Således ender prosessen ved blokk 516.

Som et spesifikt eksempel, kan brønnen 103 være en fôrethulls-komplettering som inkluderer forskjellige perforeringer 126. I denne kompletteringstypen kan fluidstrømningen inn i brønnhullet 114 forringes pga ”choke” –effekten av perforeringene 126. Dersom forringelsen er tilstrekkelig alvorlig, kan brønnen svikte i å oppnå målhastigheter med den assosierte synkehastigheten. I denne betydningen kan forringelse være synonymt med svikt. I slike situasjoner kan de lavere produksjonshastighetene aksepteres, men disse lavere produksjonshastighetene påvirker feltøkonomien på en uheldig måte. Alternativt kan synkehastighetstrykket i brønn 103 økes for å gjenopprette brønnen 103 til den målsatte produksjonshastigheten. Imidlertid kan det hende at denne tilnærmelsen ikke er mulig pga. trykkbegrensningene i produksjonsfasilitetene 102, synkehastighetsbegrensningene for brønnoperabilitet og andre tilknyttede begrensninger. Således kan trykktapet inn i og gjennom perforeringene 126 av brønnkompletteringen identifiseres som forringelsen eller sviktmodusen for brønnen 103, som diskutert ovenfor i blokk 504.

Straks forringelsesmodusen er identifisert kan den tekniske modellen bygges opp for å beskrive brønnproduktivitetsbegrensningen (WPL) som diskutert i blokk 506. Bygging av den tekniske modellen for brønnproduktivitetsbegrensningen kan inkludere definisjon av tekniske datamaskin-modeller, så som endelig element modeller, for å simulere konvergerende strømning inn i brønnhullet gjennom perforeringer 126 i brønnen 103. Tilsvarende byggingen av den tekniske modellen for brønnoperabilitetsbegrensninger diskutert ovenfor, kan de tekniske modellene inkludere parametre som representerer reservoarbergarten i produksjonsintervaller 116, sementforing 125, og produksjonsfôringsrørstreng 124.

Videre kan egenskaper eller parametre tilegnes reservoarbergarten, sementforingen 125, og produksjonsfôringsrørstrengen 124. For eksempel evalueres hver teknisk modell ved forskjellige nivåer av synkehastighet for å bestemme synkehastigheten hvor forringelsen overskrider en terskel som forhindrer at de målsatte produksjonshastighetene oppnås. Fra dette lages det flere endelig element modeller for en parametrisk studie ved å variere følgende parametere: (1) bergartspermeabilitet; (2) perforeringsfasing; (3) perforeringsskuddtetthet; (4) perforeringslengde; (5) perforeringsdiameter; (6) brønndreneringsradius; og (7) brønnhullsdiameter. Dette eksemplet kan forenkles ved å fjerne dreneringsradiusen og brønnhullsdiameterparametrene, som antas å ha minimal innvirkning resultatene i den parametriske studien. Således utføres den parametriske studien på de gjenværende parametrene, som er inkludert i tabell 2 nedenfor.

Tabell 2: WPL Parametrisk studie

I dette eksemplet, dersom tre verdier defineres for hver av de fem parametrene listet ovenfor, vil tohundre og førtitre mulige kombinasjoner eller modeller muligens måtte evalueres. Hver av modellene evalueres ved flere verdier av synkehastighet for å utvikle individuelle begrensningstilstander for hver modell (f.eks. produksjonshastighet versus synkehastighet). Således, for dette eksemplet kan brønnproduktivitetsbegrensningen (WPL) defineres ved svikt i brønnkompletteringen for å produsere ved en spesifikk målsatt hastighet.

Etter å ha laget de tekniske modellene kan de tekniske modellene verifiseres og omdannes til responsflater, som diskutert i blokker 508 og 510 og eksemplet ovenfor. Igjen dannes responsflatene 214 fra tilpasningsteknikker som generaliser ligningene i de tekniske modellene. Den resulterende ligningen eller ligningene tilveiebringer begrensningstilstanden eller brønnproduktivitetsbegrensningen som kan lagres i brukerverktøyet 212, som diskutert ovenfor.

Som en følge av denne prosessen, illustrerer figurer 6A og 6B eksempelvise diagrammer av brønnproduktivitetsbegrensningen i samsvar med de foreliggende teknikkene. I fig. 6A sammenlignes et diagram, som generelt henvises til med henvisningstall 600, målingen av forringelsen 602 av synkehastigheten 604 til brønnen 103. I dette eksemplet kan responsflatene 214 definere en teknisk begrensning 606, som er brønnproduktivitetsbegrensningen, generert fra brukerverktøyet 212. Som vist i diagrammet 600, kan den tekniske begrensningen 606 variere, basert på de relative verdiene av forringelsen 602 og synkehastigheten 604. Brønnen 103 forblir produktiv eller i en modus av ikke-forringelse så lenge den målte forringelsen er under den tekniske begrensningen 606. Dersom den målte forringelsen er over den tekniske begrensningen 606, kan ”choke” effekten til perforeringen 126 eller andre forringelsesmodi begrense produksjonshastigheten. Det vil si at over den tekniske begrensningen 606 kan brønnen 103 produsere mindre enn en målsatt hastighet og mottiltak kan utføres for å adressere forringelsen.

I fig. 6B er det et diagram, som generelt henvises til med henvisningstall 608, som sammenligner synkehastigheten 610 med uttømmingen 612 av brønnen av 103. I dette eksemplet kan den tekniske begrensningen 606 settes til forskjellige verdier for forskjellige brønnprofiler 614, 616 og 618. En brønnprofil kan f.eks. inkludere kompletteringsgeometrien, reservoar- og bergartskarakteristikker, fluidegenskaper og produksjonsbetingelser. Som vist i diagrammet 608, kan brønnprofilene 614 være perforeringene pakket med grus, mens brønnprofilen 616 kan være naturlig perforeringer uten grus. Dessuten kan brønnprofilen 618 inkludere fraktureringsstimulering. Brønnprofilene 614, 616 og 618 illustrerer de spesifikke ”choke” effektene av perforeringene 126, eller andre forringelsesmodi basert på forskjellige geometrier eller andre karakteristika ved brønnen.

Det er fordelaktig, som nevnt ovenfor, at brukere fra enhver plassering kan få tilgang til brukerverktøyet 212 for å danne brønnproduktivitetsbegrensningen og bestemme mengden av forringelse forventet for særskilte parametre, så som perforeringskonstruksjonen, bergartskarakteristikker, fluidegenskaper og/eller produksjonsbetingelser i en brønn. Brukerverktøyet 212 kan være en effektiv mekanisme, fordi den gir tilgang til tidligere bestemte responsflater 214 og tilveiebringer dem under forskjellige faser eller trinn av brønnens utvikling. For eksempel, under konseptutvelgelsen og brønnplanleggingsfasen, kan brukerverktøyet 212 benyttes til å gjøre ny betraktning av forventede ytelseshastigheter av en rekke brønnkompletteringskonstruksjoner. Tilsvarende, under konstruksjonsfasen, kan brukerverktøyet 212 forsterke eller optimalisere spesifikke aspekter av brønnkonstruksjonen. Til slutt, under produksjonsfasen, kan brukerverktøyet 212 benyttes til å sammenligne observerte forringelser med forventede forringelser for å overvåke ytelsen i brønnkompletteringen.

Som en tredje utførelsesform av de foreliggende teknikkene, kan brukerverktøyet 212 i fig. 2 benyttes til å predikere, optimalisere og evaluere ytelsen i brønnen 103, basert på tekniske modeller som er knyttet til fysikken som beskriver strømmer inn eller ut av brønnen. Som nevnt ovenfor, kan brønnen 103, som opererer i en produksjons- eller injeksjonsmodus, benyttes til å produsere forskjellige fluider, så som olje, gass, vann eller damp. Generelt gjør ikke tekniske modelleringsteknikker rede for det komplette settet av de første fysikkprinsippene som styrer fluidstrømmer inn i eller ut av brønnhullet og innenfor en brønnkomplettering.

Følgelig bruker tekniske modeller typiske analytiske løsninger basert på svært forenklede antagelser, så som den svært utbredte bruken av superposisjonsprinsipper og lineariserte konstitutive modeller for å beskrive fysikken som styrer brønnytelsen. Spesielt kan disse forenklede antagelsene inkludere fluidstrømningsteorier for enkelt fase, anvendelse av enkle superposisjonsprinsipper, behandle den endelige lengden av brønnkompleteringen som ”punktsynkebrønn”, enkelt fase trykkdiffusjonsteorier i analysen av brønntrykktransiente data, og anvendelse av en enkelt ”skalar” parameter for å fange brønnhulls- og nærhullstrykktap knyttet til strømmer i brønnhullet, kompletteringen og nærbrønnhullsområder. Dessuten, som diskutert tidligere, kan de tekniske modellene være avhengige av allmenngyldige lover og ikke-fysikalske frie parametre i forsøk på å bøte på utilstrekkelighet som oppstår fra disse forenklingene. Til slutt, de forenklede versjonene av de tekniske modellene svikter i å hjelpe til med i diagnostisering av brønnproblemene fordi de diagnostiske dataene fått fra de tekniske modellene ofte er ikke-unike og tjener ikke sitt tiltenkte formål av å identifisere de individuelle rotårsaksproblemene som påvirker brønnytelse. Således svikter de tekniske modellene i å gjøre rede for kopling og oppskalering av de forskjellige fysikalske fenomenene som samtidig påvirker brønnytelse.

For å sette sammen problemene med de forenklede antagelsene blir de tekniske modellene generelt basert på et spesifikt område av brønnen og håndtert på en sekvensiell måte. Det vil si, de tekniske modellene konstrueres for et spesifikt aspekt av brønndriften, så som brønnkonstruksjon, analyse av brønnytelse og reservoarsimulatorer. Ved å fokusere på et spesifikt aspekt, vil ikke de tekniske modellene på en konsistent måte igjen gjøre rede for de forskjellige fysikalske fenomenene som samtidig påvirker brønnytelse. For eksempel, kompletteringsingeniører konstruerer brønnen, produksjonsingeniører analyserer brønnen og reservoaringeniører simulerer brønnproduksjon innenfor deres respektive isolerte rammeverk. Følgelig vurderer hver av de tekniske modellene for disse forskjellige gruppene de andre områdene som isolerte hendelser, og begrenser de fysikalske vekselvirkningene som styrer driften og strømning av fluider inn i brønnen. Den sekvensielle beskaffenheten av konstruksjon, evaluering og modulering av en brønn, av de individuelle personene som er fokusert på et enkelt aspekt hengir ikke seg selv til en teknikk som integrer en fysikkbasert tilnærmelse for å løse problemet ved brønnytelsen.

Således, under den foreliggende teknikken, kan koplet fysikkverktøy 218 av fig. 2 konfigureres for å tilveiebringe en koplet fysikkbegrensning for en brønn. De koplet fysikkbegrensningene, som er tekniske begrensninger, kan benyttes i forskjellige faser av brønnen som diskutert ovenfor. Disse koplet fysikkbegrensningene kan inkludere effekter av forskjellige parametre eller faktorer; så som reservoar bergartsgeologi og –heterogenitet, bergartsstrømning og geomekaniske egenskaper, begrensninger i overflatefasilitet, brønndriftsbetingelser, brønnkompletteringstype, koplete fysikalske fenomener, fasesegregering, bergartskompakteringsrelatert permabilitetsreduksjon og deformering av brønnhullsrør, høyhastighets-strømningseffekter, avleiringsutfelling, bergartsfrakturering, sandproduksjon og/eller andre tilsvarende problemer. Siden hver av disse faktorene påvirker strømmen av fluider fra den underjordiske reservoarbergarten inn i og gjennom brønnkomplettering for en produserende brønn, eller gjennom brønnkompletteringen inn i undergrunnsformasjonen for en injeksjonsbrønn, og fysikkintegrasjon tilveiebringer et forbedret modelleringsverktøy for brønnytelse, som diskuteres i mer detalj i fig. 7.

Fig. 7 er et eksempelvis flytdiagram for utviklingen av en koplet fysikkbegrensning, i samsvar med aspekter av de foreliggende teknikkene. I dette flytdiagrammet, som er henvist til med henvisningstall 700, kan en koplet fysikkteknisk begrensning eller koplet fysikkbegrensning utvikles og benyttes for å kvantifisere forventet brønnytelse i planleggingstrinnet, konstruere og evaluere forskjellige brønnkompletteringstyper for å oppnå ønsket brønnytelse under feltutviklingstrinnet, utføre hypotetiske studier og kvantitativ risikoanalyse (QRA) for å kvantifisere usikkerheter i forventet brønnytelse, identifisere rotemner for pågående ytelse av brønn i hverdagslig feltundersøkelse og/eller optimalisere individuelle brønnoperasjoner. Det vil si at den foreliggende teknikken kan tilveiebringe en teknisk begrensning(er), som er et sett av algoritmer for forskjellige ytelsesbegrensninger basert på generaliserte koplet fysikk modeller generert fra detaljerte simuleringer utført for denne brønnen eller en annen. Disse simuleringene kan utføres av en applikasjon, så som brukerverktøy 212 eller koplet fysikkverktøy 218 av fig. 2.

Flytdiagrammer begynner ved blokk 702. I blokker 704 og 706 identifiseres de forskjellige parametrene og første prinsippers fysikalske lover for en spesifikk brønn. Ved blokk 704 identifiseres det fysikalske fenomenet og første prinsippers fysikalske lover som påvirker brønnytelse. Første prinsippers fysikalske lover som styrer brønnytelser inkluderer, men er ikke begrenset til, fluidets mekaniske prinsipper som styrer multifase fluidstrømning og trykktap gjennom reservoarbergarter og brønnkompletteringer, geomekaniske prinsipper som styrer deformasjon av en nær-brønnhullsbergart og medfølgende brønnrørsdeformasjoner og bergarters endringer i strømningsegenskaper, termisk mekanikk som knyttes til fenomenet av varmeledning og – konveksjon innenfor nær-brønnreservoarbergart og brønnkomplettering, og/eller kjemien som styrer fenomenet bak de ikkenaturlige reservoarfluidene (dvs. syrer, damp, etc.) som reagerer med reservoarbergarts-formasjoner, dannelse av avleiringer og utfyllinger, for eksempel. Deretter identifiseres også parametrene knyttet til med brønnkomplettering, reservoargeologi (strøm og geomekanisk) og fluid (reservoar og ikke-naturlige reservoar)-egenskaper også identifisert, som vist i blokk 706. Disse parametrene kan inkludere de forskjellige parametrene som er diskutert ovenfor.

Etter å ha identifisert de fysikalske lovene og parametrene, kan koplet fysikkbegrensning utvikles som vist i blokker 708-714. Ved blokk 708, kan et sett av koplet fysikksimulatorer velges for å bestemme brønnytelsen. Koplet fysikksimulatorene kan inkludere tekniske simuleringsdatamaskinprogrammer som simulerer fluidstrømning i bergarten, mekaniske deformasjoner i bergarten, reaksjonskinetikk mellom ikke-naturlige fluider og reservoarbergarter og –fluider, bergartsfraksjoner, etc. Deretter kan brønnmodelleringssimuleringene, ved å anvende koplet fysikksimulatorer, utføres over et område av forhold for brønndrift, så som synkehastighet og uttømming, brønnstimuleringsoperasjoner og parametre identifisert i blokk 706. Resultatene fra disse simuleringene kan brukes til å karakterisere ytelsen for brønnen, som vist i blokk 710. Ved blokk 712 kan en koplet fysikkbegrensning, som er basert på brønnmodelleringssimuleringer, utvikles som en funksjon av de ønskede driftsforholdene for brønnen og parametrene.

Koplete fysikkbegrensning er en teknisk begrensning som innlemmer det komplekse og koplete fysikalske fenomenet, som påvirker brønnens ytelse. Denne koplete fysikalske begrensningen inkluderer en kombinasjon av forhold i brønndrift for å opprettholde et gitt nivå av produksjons- eller injeksjonshastighet for brønnen. Således slutter prosessen ved blokk 714.

Det er fordelaktig at koplet fysikkbegrensning kan benyttes for å forsterke ytelsen i brønnen på en effektiv måte. For eksempel, integrert brønnmodellering tilveiebringer, basert på den koplete fysikksimuleringen, pålitelig prediksjoner, evalueringer og/eller optimaliseringer av brønnytelse som er nyttig i konstruksjon, evaluering og karakterisering av brønnen. Koplet fysikkbegrensninger tilveiebringer fysikkbaserte tekniske begrensninger som modellerer brønnen for injeksjon og/eller produksjon. For eksempel er koplet fysikkbegrensinger nyttige i konstruksjon av brønnkomplettering, stimuleringsoperasjoner, evaluering av brønnytelse basert på trykktransient analyse eller nedihulls temperaturanalyse, kombinert analyse av trykk- og temperaturdata og/eller simulere brønninnløpskapasitet i reservoarsimulatorer som bruker modeller for ytelse av inngående strøm. Følgelig vil bruk av koplet fysikkbegrensninger eliminere feil generert fra ikke-fysikalske frie parametere når brønnytelsen skal evalueres eller simuleres. Til slutt tilveiebringer den foreliggende teknikken pålitelig koplete fysikkbegrensninger for evaluering av brønnytelse eller utvikling av et unikt sett av diagnostiske data, for å identifisere rotårsaksproblemer som påvirker brønnytelse.

Som et spesifikt eksempel kan brønnen 103 være en frakturert gruspakket brønnkomplettering som brukes i dypvanns GOM-felt, som har reservoarer i sandsten, og karakterisert ved svake skjærstyrker og høy kompressibilitet. Disse karakteristikkene for bergartsgeomekanikken i sandsten kan forårsake kompaktering av reservoarbergarten og medfølgende tap i brønnstrømskapasiteter, basert på den kompakteringsrelaterte reduksjonen av permabiliteten i sandstenen. Som sådan kan det fysikalske fenomenet som styrer fluidstrømning inn i den frakturerte gruspakkete brønnkompletteringen inkludere bergartskompaktering, ikke-Darcy strømningsforhold, trykktap i nær-brønnsområde knyttet til grussand i perforeringene og fraktureringsvingene.

Siden hvert av disse fysikalske fenomenene kan skje samtidig på en koplet måte innenfor nær-brønnsområdet og brønnkompletteringen, kan en endelig elementanalyse- (FEA) basert fysikalsk systemsimulator benyttes for å simulere, på en koplet måte, strømning av fluider som strømmer gjennom et kompakterende porøst medium til den frakturerte gruspakkete brønnkompletteringen.

Bergartskompakteringen i denne koplete FEA-simulatoren kan modelleres ved anvendelse av felles bergartskonstitutive oppførsler, så som elastiske, plastiske (dvs. Mohr-Coulomb, Drucker-Prager, Cap Plastisitet, etc.) eller viskoelastiskplastisk. For å ta hensyn til trykktap knyttet til strømning i porøse media, som oppstår fra høye brønnstrømshastigheter, blir trykkgradienten approksimert av en ikke-Darcy trykkgradient versus strømningshastighetrelasjonen. Følgelig utvikles en FEA-teknisk modell som er representativ for brønnhullet (dvs. fôringsrøret, rør, grusfilter-ringromsvolum, fôringsrør- og sementperforeringer), nærbrønnhullsområder, (perforeringer og fraktureringsvinger), og reservoarbergart opptil dreneringsradiusen. Denne FEA-tekniske modellen, som bruker passende bergartskonstitutiv modell og ikke-Darcy strømningsmodell for trykktap, anvendes for å løse de koplete ligningene som oppstår fra momentbalanse og massebalanse som styrer bergartsdeformasjon og strømning gjennom de porøse mediene, henholdsvis. Grensebetingelsene brukt i modellen er den faste strømmende nedihullstrykket i brønnhullet og fjern-felts trykket ved dreneringsradiusen.

Sammen kan disse grensebetingelsene varieres for å simulere en rekke brønnsynkehastigheter og uttømming.

Parametrene som styrer ytelsen i brønnkomplettering kan identifiseres. For eksempel kan disse parametrene inkludere; (1) brønnsynkehastighet (dvs. forskjell mellom fjern-felts trykk og strømmende nedihullstrykk); (2) brønnsuttømming (dvs. reduksjonen i fjern-felts trykk fra det opprinnelige reservoartrykket); (3) brønnhullsdiameter; (4) siktediameter; (5) fraktureringsvingelengde; (6) fraktureringsbredde; (7) perforeringsstørrelse i fôringsrør og sement; (8) perforeringsfasing; (9) gruspermeabilitet; og/eller (10) grusens ikke-Dracy strømningskoeffisient. Noen av disse parametrene, så som bergarts konstitutive modellparametre og bergartsstrømningsegenskaper kan fås fra kjerneprøver.

I dette eksempelet kan parametrene (3) til (7) gjøres faste ved et gitt nivå innenfor FEA-modellen. Med disse parametrene som faste, kan FEA-modellen benyttes for å utføre en rekke stasjonærtilstandssimuleringer for å endre nivåer av en synkehastighet og uttømming. Resultatene fra den koplete FEA-modellen kan benyttes til å beregne brønnstrømseffektivitet. Spesielt, dersom FEA-modellen benyttes på predikert strømning for et gitt nivå av uttømming og synkehastighet, kan brønnstrømseffektiviteten defineres som forholdet av koplet FEA-modell beregnet brønnstrømningshastighet til ideell strømningshastighet. I dette tilfellet er den ideelle strømningshastigheten definert som strømmen i en fullstendig penetrerende vertikal brønn, komplettert som en åpenhullskomplettering, som har den samme brønnhullsdiameteren, synkehastigheten, uttømningen og bergartsegenskapene som den fullstendig koplete FEA-modellen.

Bergartsstrømegenskapen og –permeabiliteten brukt er den ideelle strømningshastighetsberegningen, som er den samme som den fullstendig koplet modellerte fordi bergartskompaktering og ikke-Darcy strømningseffekter neglisjeres. Således evalueres en rekke brønnkompletteringseffektiviteter for forskjellige nivåer av synkehastighet og uttømming, og et fast sett av parametre (3) til (7). Deretter kan en forenklet matematisk kurve av brønnkompletteringseffektiviteter genereres for forskjellige nivåer av synkehastighet og uttømming for koplet fysikkbegrensning.

Som et resultat av denne prosessen, illustrerer fig. 8 et forebilledlig diagram av synkehastighet versus tømmingen av en brønn i samsvar med de foreliggende teknikkene. I fig. 8 er det et diagram, som generelt henvises med henvisningstall 800, som sammenligner synkehastigheten 802 med uttømmingen 804 av brønnen 103. I dette eksemplet kan koplet fysikkbegrensning definere en teknisk begrensning 806 generert fra flytdiagram 700. Som vist i diagrammet 800 kan den tekniske begrensningen 806 variere, basert på de relative verdiene av synkehastighet 802 til uttømming 804. Brønnen 103 forblir produktiv så lenge brønnsynkehastighet og uttømming er begrenset innenfor de tekniske begrensningene 806. De tekniske begrensningene i dette eksemplet representerer det maksimale trykkets synkehastighet og uttømmingen som en brønn kan opprettholde før brønnrørene får problemer med mekanisk integritet, som forårsaker brønnproduksjonssvikt når det produseres fra en kompakterende reservoarformasjon. Alternativt kan den tekniske begrensningen 806 også representere det maksimale nivået av brønnsynkehastighet og -uttømming for et gitt nivå av strømningsforringelse forårsaket av reservoarbergartskompakterende relatert reduksjon i bergartspermeabilitet når det produseres fra en kompakterende reservoarformasjon. I et annet eksempelscenario kan koplet fysikkbegrensning representere den kombinerte tekniske begrensningen på brønnytelse for en gitt strømforringelse, som manifesterer den kombinert koplet fysikk ved høyhastighets ikke-Darcy strøm som forekommer i kombinasjon med permeabilitetsreduksjon indusert ved bergartskompaktering.

Uavhengig av de tekniske begrensningene, som kan inkludere koplet fysikkbegrensninger, brønnoperabilitetsbegrensningene, brønnproduktivitetsbegrensninger eller andre tekniske begrensninger, kan brønnytelsen optimaliseres i lys av de forskjellige tekniske begrensningene av forskjellige årsaker. Fig. 9 er et eksempelvis flytdiagram av optimalisering av forholdene ved brønndrift og/eller brønnkompletteringsarkitektur med brukerverktøyet 212 av fig. 2, eller i samsvar med koplet fysikkbegrensningsverktøy 203 av fig. 2, i samsvar med aspekter av de foreliggende teknikkene. I dette flytdiagrammet, som henvises med henvisningstall 900, kan en eller flere tekniske begrensninger kombineres og benyttes for å utvikle optimaliserte forhold for brønndrift over levetiden for en brønn, eller optimalisert brønnkompletteringsarkitektur for å oppnå optimalisertinngangsstrøms-profil langs en brønnkomplettering ved å komplettere brønnen i samsvar med de brønnproduksjonstekniske begrensningene. Den brønnoptimaliserte prosessen kan utføres under trinnet av feltutviklingsplanlegging, brønnkonstruksjonen for å evaluere forskjellige kompletteringstyper for å oppnå ønsket brønnytelse som er konsistent med tekniske begrensninger i løpet av feltutviklingstrinnet, identifisere rotemner vedrørende ytelse av brønn i hverdagslig feltundersøkelse og/eller utføre hypotetiske studier og kvantitativ risikoanalyse (QRA), for kvantifisere usikkerheter i forventet brønnytelse. Det vil si at den foreliggende teknikken kan tilveiebringe et forhold for optimalisert brønndrift over levetiden for brønnen eller optimalisert brønnarkitektur (dvs. kompletteringsmaskinvare) som skal brukes i brønnkomplettering, som er basert på forskjellige sviktmodi knyttet til én eller flere tekniske begrensninger. Igjen kan denne optimaliseringsprosessen utføres av en bruker som vekselvirker med en applikasjon, så som brukerverktøyet 212 av fig. 2, for å optimalisere integrert brønnytelse.

Flytdiagrammet begynner ved blokk 901. Ved blokker 902 og 904 er sviktmodi identifisert og de tekniske begrensningene er oppnådd. Sviktmodiene og de tekniske begrensningene kan inkludere de sviktmodiene diskutert ovenfor sammen med de tilknyttede tekniske begrensningene generert for de sviktmodiene. Spesielt kan de tekniske begrensningene inkludere koplet fysikkbegrensning, brønnoperabilitetsbegrensning, og brønnproduktivitetsbegrensningen, som diskutert ovenfor. Ved blokk 906 kan en objektiv funksjon formuleres. Den objektive funksjonen er en matematisk abstrahering av et målsatt mål som skal optimaliseres. For eksempel kan den objektive funksjonen inkludere optimalisering av produksjon for en brønn for å utvikle en produksjonsvei over levetiden til brønnen som er konsistent med de tekniske begrensningene. Alternativt kan den objektive funksjonen inkludere optimalisering av en profil for inngående strøm til brønnkompletteringen, basert på forskjellige tekniske begrensninger som styrer produksjon fra formasjonen langs kompletteringslengden. Ved blokk 908 kan en optimaliseringsløser benyttes for å løse optimaliseringsproblemet definert ved den objektive funksjonen sammen med optimaliseringsbegrensningene, som definert ved de forskjellige tekniske begrensningene, for å tilveiebringe en optimalisert løsning eller brønnytelse. De spesifikke situasjonene kan inkludere en sammenligning av brønnoperabilitetsbegrensning og brønnproduktivitetsbegrensning eller t.o.m. koplet fysikkbegrensning, som inkluderer flere sviktmodi. For eksempel kan kompakteringsrelatert permeabilitetstap, som fører til produktivitetsforringelse, skje raskt dersom det forekommer kollapsering av porer i reservoarbergarten. Mens forsterkning av produksjonshastigheten er fordelaktig, kan en brønn som har strømningshastigheter som gjør at porer kollapserer, kan få permanent ødelagt brønn og begrensede fremtidige produksjonshastigheter og utvinninger. Således kan ytterligere synkehastighet benyttes for å opprettholde produksjonshastighet, som kan begrenses av brønnoperabilitetsbegrensningen, som definerer den mekaniske sviktbegrensningen for brønnen. Således kan den optimaliserte løsningen være brønnsynkehastighet og –uttømning over en brønns levetid som samtidig reduserer brønnproduktivitetsrisiki pga. strømforringelseseffekter, som et resultat av kompakteringsrelatert permeabilitetstap og brønnoperabilitetsrisiki pga. bergartskompaktering, mens det maksimeres i initielle hastigheter og total utvinning fra brønnen. Den tidligere diskusjonen kan også anvendes på injeksjonsdrift når fluider og/eller faststoffer initieres inn i en formasjon. I et annet optimaliseringseksempel kan tekniske begrensninger utvikles for inngående strøm langs kompletteringslengden for de forskjellige bergartformasjonene som er avskåret av brønnkompletteringen. En objektiv funksjon kan formuleres til å optimalisere profilen for inngående strøm for en gitt mengde total produksjonseller injeksjonshastighet for brønnen. Dessuten kan en optimaliseringsløser benyttes til å løse optimaliseringsproblemet definert ved denne objektive funksjonen sammen med optimalisertingsbegrensningene som definert ved de forskjellige tekniske begrensningene. Denne optimaliserløseren kan tilveiebringe en optimalisertingsløsning som er den optimaliserte profilen for inngående strøm som er konsistent med de ønskede brønnytelsestekniske begrensingene og målsatte brønnproduksjons- eller injeksjonshastigheter.

Basert på løsningene fra optimaliseringsløseren, kan en feltundersøkelsesplan utvikles for feltet, som vist i blokk 910 og diskutert videre nedenfor.

Feltundersøkelsesplanen kan følge optimaliseringsløsningen og de tekniske begrensningene for å tilveiebringe hydrokarboner på en effektiv og forsterket måte. Alternativt kan brønnkompletteringsarkitektur, dvs. kompletteringstype, maskinvare, og kontrollanordninger for inngående strøm, konstrueres og installeres innenfor brønnen for å håndtere inngående strøm i samsvar med de tekniske begrensningene, som styrer inngående strøm fra forskjellige formasjoner til brønnen. Deretter, ved blokk 912 kan brønnen benyttes for å produsere hydrokarboner eller injisere fluider og/eller faststoffer på en måte som følger undersøkelsesplanen for å opprettholde drift innenfor de tekniske begrensningene. Således ender prosessen ved blokk 914.

Det vil være fordelaktig at, ved å optimalisere brønnytelse, tapte anledninger for produksjon av hydrokarboner eller injeksjon av fluider og/eller faststoffer, reduseres. Dessuten kan brønndriften justeres for å forhindre uønskede hendelser og forsterke økonomien i brønnen over dens levetid. Videre tilveiebringer foreliggende tilnærmelse et teknisk underlag for dagligdags brønndrift, i motsetning til anvendelsen av hverdagslige regler, eller andre empiriske regler som er basert på feilaktige antagelser.

Som et spesifikt eksempel, kan brønnen 103 være en forethulls-komplettering, som er en fortsettelse av eksemplet diskutert ovenfor med henvisning til prosessene av figurene 3 og 5. Som tidligere diskutert, kan brønnoperabilitetsbegrensningene og brønnproduktivitetsbegrensningene oppnås fra prosessene diskutert i figurer 3 til 6B eller koplet fysikkbegrensning oppnås som diskutert i figurene 7 til 8. Uavhengig av av kilden, gis tilgang på de tekniske begrensningene for anvendelse i å definere optimaliseringsbegrensningene. Videre, enhver ønskelig objektiv funksjon fra et brønn/feltet-økonomiperspektiv kan brukes. Den objektive funksjonen kan inkludere maksimering av brønnproduksjonshastigheten, eller optimalisere inngangsstrømprofilen til brønnen, etc. Således, for å optimalisere brønnproduksjonshastigheten, kan brønnoperabilitetsbegrensningen og brønnproduktivitetsbegrensningen samtidig brukes som begrensninger for å utvikle optimal brønnsynkehastighet og –uttømmingshistorie over hele brønnens levetid. Forhold for brønndrift, utviklet på denne måten, kan systematisk håndtere risikoen ved svikt i brønnmekanisk integritet, mens den potensielle innvirkningen av forskjellige strømforringelsesmodi på brønnstrømskapasiteten reduseres.

Alternativt, for å optimalisere profilen for inngående strøm til brønnkompletteringen, kan brønnoperabilitetsbegrensningen og brønnproduktivitetsbegrensningen for hvert formasjonslag avskåret av brønnkompletteringen samtidig brukes som begrensninger for å utvikle den optimale profilen for inngående strøm langs av kompletteringlengden over en brønns levetid. Den optimale profilen for inngående strøm anvendes for å utvikle en brønnkompletteringsarkitektur, dvs. brønnkompletteringstype, maskinvare og kontrollanordninger for inngående strøm, som gjør mulig for produksjon eller injeksjon ved anvendelse av de optimaliserte strømningsforholdene.

Med den optimaliserte løsningen på den objektive funksjonen og de tekniske begrensningene, utvikles en feltundersøkelsesplan. Feltundersøkelsen kan inkludere overvåking av data, så som målte overflatetrykk eller nedihullsstrømmende brønnhullstrykk, estimater av statiske nedstengnings-bunnhullstrykk eller andre overflate- eller nedhulls fysikalske datamålinger, så som temperatur, trykk, individuelle fluidfasehastigheter, strømningshastigheter, etc. Disse målingene kan oppnås fra overflate- eller nedihulls-trykkmanometre, fordelte temperaturfiberoptiske kabler, enkeltpunktstemperatur-manometre, strømningsmålere, og/eller andre sanntidsoverflate- eller nedihullsfysikalske datamålingsanordning som kan benyttes for å bestemme synkehastigheten, uttømningen og produksjonshastighetene fra hvert formasjonslag i brønnen.

Således kan feltutviklingsplanen inkludere instrumenter, så som men ikke begrenset til nedihulls-trykkmanometre, som er permanent installert nedihulls eller går over en vaierlinje. Dessuten kan fiberoptiske temperaturmålinger og andre anordninger fordeles over brønnkompletteringslengden for å overføre sanntidsdatamålinger til en sentral datamaskinserver for anvendelse av ingeniøren for å justere driftbetingelser for brønnhullsproduksjon som for feltutviklingsplanen. Det vil si at feltutviklingsplanen kan indikere hvorvidt feltingeniører eller –personell bør gå over gjennom brønnsynkehastigheten og –uttømning, eller andre brønnproduserende forhold på en daglig basis, mot et innstilt målsatt nivå for å opprettholde den optimaliserte brønnens ytelse.

Figurene 10A-10C illustrerer eksempelvise diagrammer knyttet til optimalisering av brønnen i fig. 1, i samsvar med de foreliggende teknikkene. Spesielt, fig. 10A sammenligner brønnproduktivitetsbegrensningen med brønnproduserbarhetsbegrensningen av en brønn for brønnsynkehastighet 1002 versus brønnuttømming 1004, i samsvar med de foreliggende teknikkene. I fig. 10A er det et diagram, som generelt henvist med henvisningstall 1000, som sammenligner brønnoperabilitetsbegrensning 1006, som diskutert i fig. 4, med brønnproduktivitetsbegrensningen 1007 av fig. 6A. I dette eksemplet er det tilveiebrakt en ikke-optimalisert eller typisk produksjonsvei 1008 og en optimalisert integrert brønnytelsesproduksjonsvei 1009. Den ikke-optimaliserte produksjonsveien 1008 kan forsterke dag-til-dag produksjonen, basert på en enkel begrensningstilstand, så som brønnoperabilitetsbegrensningen, mens IWP-produksjonsveien 1009 kan være en optimalisert produksjonsvei som er basert på løsningen på optimaliseringsproblemet ved bruk av den objektive funksjonen og de tekniske begrensningene diskutert ovenfor. De umiddelbare fordelene av den integrerte brønnytelsesproduksjonsveien 1009, i forhold til den ikke optimaliserte produksjonsveien 1008, er ikke umiddelbart opplagte ved kun å se på synkehastighet mot utømmingen.

I fig. 10B er det et diagram, som generelt henvises med henvisningstall 110, som sammenligner produksjonshastigheten 1012 med tiden 1014 for produksjonsveiene. I dette eksemplet er den ikke-optimalisert produksjonsveien 1016, som er knyttet til produksjonsveien 1008, og IWP-produksjonsveien 1018, som er knyttet til produksjonsveien 1009, representert ved produksjonshastigheten for brønnen over en driftsperiode for hver produksjonsvei. Med den ikkeoptimalisert produksjonsveien 1016, er en produksjonshastighet initielt høyere, men faller til under IWP-produksjonsveien 1018 over-tid. Som et resultat, presenterer IWP-produksjonsveien 1018 en lengre platåtid og er økonomisk fordelaktig.

I fig. 10C er det et diagram, som generelt henvises henvisningstall 1020, som sammenligner det totale antall fat 1022 med tiden 1024 for produksjonsveiene. I dette eksemplet er den ikke-optimaliserte produksjonsveien 1026, som er knyttet til produksjonsveien 1008, og IWP-produksjonsveien 1028, som er knyttet til produksjonsveien 1009, representert ved det totale antall fat fra brønnen over en driftsperiode for hver produksjonsvei. Med den ikke-optimaliserte produksjonsveien 1026 er det totale antall fat igjen initielt høyere enn i IWP-produksjonsveien 1028, men IWP-produksjonsveien 1028 produserer mer enn den ikke-optimaliserte produksjonsveien 1026 over den samme tidsperioden. Følgelig produseres mer hydrokarboner, så som olje, over det samme tidsintervallet som den ikkeoptimaliserte produksjonsveien 1026, som fører til fanging av mer av reserven for IWP-produksjonsveien.

Alternativt, kan optimaliseringen anvende koplet fysikkbegrensning sammen med den objektive funksjonen for å optimalisere brønnytelsen. For eksempel, pga. at økonomien i de fleste dypvannsbrønnkompletteringene er sensitiv for de initielle platåbrønnproduksjonshastighetene og platåtidens varighet, kan den objektive funksjonen være maksimering av brønnproduksjonshastigheten. Således kan en standard reservoarsimulator anvendes for å utvikle en enkel brønnsimuleringsmodell for den gjeldende brønnen som har en ytelse som skal optimaliseres (dvs. maksimere brønnproduksjonshastigheten).

Reservoarsimuleringsmodellen vil være avhengig av volumetriske nettverks/cellediskretiseringsmetoder, som er basert på den geologiske modellen av reservoaret som er gjort tilgjengelig av brønnen. De volumetriske nettverks/cellediskretiseringsmetodene kan være endelig differanse, endelig volum, endelig element baserte metoder, eller enhver annen numerisk metode anvendt for å løse partielle differensialligninger. Reservoarsimuleringsmodellen brukes til å predikere brønnproduksjonshastigheten versus tid for et gitt sett av betingelser for brønndrift, så som synkehastighet og uttømming. Ved et gitt nivå av synkehastighet og uttømming blir brønnytelsen i simuleringsmodellen begrenset koplet fysikkbegrensning utviklet i koplet fysikkprosess 700. Ytterligere begrensninger på brønnytelse, så som øvre begrensning av gass-olje-forhold (GOR), vann-oil-forhold (WOR), og lignende, kan også brukes som begrensninger i predikering og optimalisering av brønnytelse. En optimaliseringsløser kan brukes til å løse det ovenstående optimaliseringsproblemet for å beregne tidshistorikken for brønnsynkehastighet og –uttømming som maksimerer platåbrønsproduksjonshastighet. Deretter kan en feltundersøkelsesplan utvikles og benyttes, som diskutert ovenfor.

Claims

Krav

1. En datamaskinimplementert fremgangsmåte for optimalisering av brønnytelse omfattende:

identifisering av en flerhet av sviktmodi (902) for en brønn (103); oppnåelse av minst en teknisk begrensning assosiert med hver av flerheten av sviktmodi (904),

formulering av en objektiv funksjon for brønnytelsesoptimalisering (906); og

å løse et optimaliseringsproblem ved å bruke den objektive funksjonen og minst en teknisk begrensning for å optimalisere brønnytelsen (908):

k a r a k t e r i s e r t v e d

at nevnte minst ene tekniske begrensning blir oppnådd ved å generere en responsflate (214) som inkluderer algoritmer eller ligninger som definerer den tekniske begrensning for sviktmodi fra engineering eller dataassisterte simuleringsmodeller basert på parametriske studier av eksperimentell utforming, og en koblende fysisk begrensning (220) assosiert med en første sviktmodus og en andre sviktmodus.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor responsflaten er blitt generert tidligere fra analysen av forskjellige brønner i ulike faser eller i ulike brønnutviklingsfaser.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, omfattende å utarbeide en feltundersøkelsesplan fra løsningen oppnådd fra optimalisering av problemet (910).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, omfattende å produsere hydrokarboner fra brønnen basert på feltundersøkelsesplanen (912).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, omfattende injeksjon av fluider inn i brønnen basert på feltovervåkingsplanen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, videre omfatter:

mottagelse av brønnproduksjonsdata;

oppdatering av den optimaliserte løsningen;

oppdatering av feltovervåkingsplanen basert på oppdatert optimalisert løsning; og

å utføre brønnoperasjoner basert på den optimaliserte løsningen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor den minst ene tekniske begrensning omfatter en brønnoperativ begrensning assosiert med an første sviktmodus og en brønnproduktiv begrensning assosiert med en andre sviktmodus.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor at den første sviktmodus omfatter å bestemme når skjærbrudd eller strekkbrudd av berg oppstår og resulterer i sandproduksjon fra brønnen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor den første sviktmodus omfatter å bestemme et av sammenbrudd, knusing, knekking og skjæring av brønnrør som følge av komprimering av reservoarberg eller deformasjon ved overbelastning som et resultat av hydrokarbonproduksjon eller injeksjon av fluider.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor den andre sviktmodus omfatter å bestemme når trykk slår gjennom en av en flerhet av perforeringer og en flerhet av komplementeringstyper i en brønnkomplementering hvor brønnen hindrer strøm av fluider inn i eller ut av brønnen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor den andre sviktmodus omfatter å bestemme når trykkfall assosiert med andre foringelsestilstander hindrer strømmen gjennom et nærbrønnområde, en brønnkompletering og innen et brønnhull av brønnen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor en av flerhetene av sviktmodi omfatter bergkomprimering assosiert med svak skjærstyrke eller høy komprimerbarhet.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor å løse optimaliseringsproblemet er basert på optimalisering av en brønn innstrømsprofil eller en injeksjons utstrømsprofil over lengden av en brønnkompleteringen av brønnen.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 1, omfattende utvikling av brønnkompleteringmaskinvare i samsvar med en optimalisert innstrømsprofil eller en utstrømsprofil som er basert på løsningen oppnådd fra optimaliseringsproblemet.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor løsning av optimaliseringsproblemet er basert på optimalisering av en brønnproduksjonsprofil eller en injeksjonsprofil over tid.

16. En anordning for optimalisering av brønnytelse omfattende:

en prosessor (212, 218);

et minne koblet til prosessoren; og

en applikasjon som er tilgjengelig for prosessoren, hvor applikasjonen er konfigurert til å:

motta en flerhet av sviktmodi fra en brønn;

oppnå minst en teknisk begrensning assosiert med hver av de mange sviktmodi, formulere en objektiv funksjon for brønnytelsesoptimalisering; løse et optimaliseringsproblem ved bruk av den objektive funksjonen og minst en teknisk begrensning for å optimalisere brønnytelsen; og forsyne den optimaliserte løsningen til en bruker,

k a r a k t e r i s e r t v e d

at nevnte minst ene tekniske begrensning er oppnådd ved å generere en responsflate (214) som inkluderer algoritmer eller ligninger som definerer den tekniske begrensning for sviktmodi fra engineering eller dataassisterte simuleringsmodeller basert på parametriske studier av eksperimentell utforming, og en koblende fysisk begrensning (220) assosiert med en første sviktmodus og en andre sviktmodus.

17. Anordning ifølge krav 16, hvor applikasjonen er konfigurert til å oppnå en feltundersøkelsesplan basert på den optimaliserte løsningen.

18. Anordning ifølge krav 17, hvor applikasjonen er konfigurert til å:

motta brønnproduksjonsdata;

oppdatere den optimaliserte løsningen;

oppdatere feltundersøkelsesplanen basert på oppdatert optimalisert løsning; og

utføre brønnoperasjoner basert på den optimaliserte løsningen.