title: Evaluation of the performance of physical model based miscible displacement modelling techniques
Creators: name: Τιπτιρης Ιωαννης
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: The oil and gas industry has developed over the years powerful and reliable tools (e.g. reservoir simulators) to simulate the oil recovery process. Complex production scenaria, such as EOR projects, specifically CO2 injection ones, can be simulated in detail. Such tools however are very complex and require very detailed data as input which in many cases is not available. What is more significant is that time and resources (both human and economic) need to be spent to evaluate production scenaria that might prove to be not profitable at all. The need for the development of quick and low cost tools to make a first screening in order to decide whether the project is a potential, profitable candidate, or if no further research is required due to very low expected recovery, is due. The objective of this thesis is to combine two existing simulation methodologies, one relying on basic analytical relationships and the other on fundamental 2D-simulation techniques, into such an integrated screening tool which will allow the engineer to make a first sort and decide which projects require further detailed investigation.
The first part of the integrated screening tool is based on Zero-Dimensional Mapping, a volumetric technique comprising of simple Material Balance calculations. The second part is based on Streamline-Streamtubes Numerical Simulation and is implemented by a commercial software developed by Texaco Exploration and Production Technology Department, named “CO2 Prophet”. Two examples referring to secondary and tertiary production respectively, both utilizing CO2 injection, were taken by the classic textbook of Green and Willhite for “Enhanced Oil Recovery” and used to verify the credibility of the developed screening tool. The results have shown that the developed tool predicts accurately both the form of the recovery curve and its values as the observed differences between the two methodologies are of the order of 4% OOIP which is a decent match.
Although the integrated screening tool predicts successfully the two basic scenaria, real world projects involve uncertainties in many variables (e.g. reservoir heterogeneity) that the Zero-Dimensional Mapping model cannot “sense” due to its designed simplicity. However, “CO2 Prophet” uses such variables as inputs, which allows the user to test the sensitivity of the whole project to any possible uncertainty. In order to investigate the software capabilities on that arena further, three case studies regarding the Dykstra-Parsons coefficient (V), the number of reservoir layers and the minimum miscibility pressure (MMP) value were conducted. The results have shown that the V coefficient has a major impact on recovery giving huge differences in recovery for the different cases studied. On the contrary, the number of layers affects the recovery a lot less. As for the MMP estimate, the results have shown that the flow pattern (miscible, immiscible) which is defined by the MMP plays a significant role in recovery and while some uncertainty in the MMP estimation is tolerable, the flow pattern must always be ensured.
description: Η βιομηχανία πετρελαίου έχει αναπτύξει δυνατά και αξιόπιστα εργαλεία (π.χ. Προσομοιωτές Ταμιευτήρων) για να προσομοιώσει τις διαδικασίες απόληψης πετρελαίου. Πολύπλοκα σενάρια παραγωγής, όπως έργα Βελτιωμένης Αποληψιμότητας (ΕΟR) και ειδικότερα έργα που αφορούν εισπίεση CO2 μπορούν πλέον να προσομοιωθούν λεπτομερώς. Παρόλα αυτά, τα συγκεκριμένα εργαλεία είναι πολυσύνθετα και απαιτούν πολύ λεπτομερή δεδομένα εισόδου, που πολλές φορές δεν είναι διαθέσιμα. Επιπλέον, ο χρόνος καθώς και ανθρώπινοι και οικονομικοί πόροι που απαιτούνται είναι τεράστιου μεγέθους, για να παραχθεί ένα αποτέλεσμα που πολλές φορές μπορεί να αποδειχθεί μη κερδοφόρο. Επομένως υπάρχει η ανάγκη ανάπτυξης γρήγορων, εύχρηστων και φθηνών εργαλείων για να μπορεί να γίνει μια πρώτη εκτίμηση και να αποφασίζεται ποιες επιλογές είναι πιθανώς κερδοφόρες και χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης και ποιες απορρίπτονται λόγω πολύ μικρής αναμενόμενης απόληψης. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι να συνδυάσει δύο υπάρχουσες μεθοδολογίες προσομοίωσης βασισμένες αφενός σε βασικές αναλυτικές σχέσεις και αφετέρου σε θεμελιώδεις τεχνικές προσομοίωσης 2D, σε ένα εφαρμοσμένο εργαλείο πρώτου ελέγχου, που θα επιτρέπει στον μηχανικό να κάνει μια πρώτη ταξινόμηση και να αποφασίζει ποια έργα απαιτούν περαιτέρω έρευνα. Η εργασία αυτή εστιάζει σε έργα EOR και συγκεκριμένα σε τεχνικές έγχυσης CO2
Η πρώτη μεθοδολογία που συνθέτει το εργαλείο πρώτου ελέγχου, βασίζεται στη Αντιστοίχιση Μηδενικής Διάστασης (Zero-Dimensional Mapping), μία ογκομετρική μέθοδο που στηρίζεται σε υπολογισμούς Διατήρησης Μάζας. Η δεύτερη μεθοδολογία βασίζεται στην αριθμητική προσομοίωση του τύπου «Γραμμών Ροής – Σωλήνων Ροής» και υλοποιείται με χρήση του λογισμικού της Texaco Exploration and Production Technology Department,“CO2 Prophet”. Δύο παραδείγματα από το κλασσικό εγχειρίδιο των Green και Willhite “Enhanced Oil Recovery”, που αφορούν σε δευτερογενή και τριτογενή παραγωγή αντίστοιχα, χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να πιστοποιηθεί η αξιοπιστία της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το αναπτυχθέν εργαλείο προβλέπει με ακρίβεια τη μορφή της καμπύλης απόληψης αλλά και σε ποσοτικό επίπεδο η προσομοίωση θεωρείται επιτυχημένη καθώς οι αποκλίσεις που παρατηρούνται είναι της τάξεως του 4% κατά μέσο όρο.
Παρόλο που το εργαλείο πρώτου ελέγχου προβλέπει επιτυχημένα τα δύο βασικά εξετασθέντα σενάρια, τα πραγματικά σενάρια εκμετάλλευσης εμπεριέχουν αβεβαιότητα σε πολλές μεταβλητές (π.χ. ετερογένεια ταμιευτήρα) που η μεθοδολογία της «Απεικόνισης Μηδενικής Διάστασης» δεν μπορεί να λάβει υπόψιν. Όμως το λογισμικό “CO2 Prophet” χρησιμοποιεί τέτοιες μεταβλητές σαν δεδομένα εισόδου, γεγονός που επιτρέπει στον χρήστη να ελέγξει την «ευαισθησία» σε αυτές. Σε αυτό το πνεύμα έρευνας των δυνατοτήτων του λογισμικού, διεξήχθησαν τρεις μελέτες περιπτώσεων (case studies) που αφορούν το συντελεστή Dykstra-Parsons (V), τον αριθμό των γεωλογικών στρωμάτων του ταμιευτήρα και την εκτιμώμενη τιμή της ελάχιστης πίεσης αναμιξιμότητας (ΜΜP). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο συντελεστής V έχει τεράστια επιρροή στην απόληψη δίνοντας πολύ μεγάλες διαφορές μεταξύ των διαφόρων περιπτώσεων. Αντίθετα ο αριθμός των γεωλογικών στρωμάτων επηρεάζει πολύ λιγότερο την αποληψιμότητα. Τέλος όσον αφορά την εκτιμώμενη τιμή της ελάχιστης πίεσης αναμιξημότητας (ΜΜP), τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μορφή ροής (αναμίξιμη, μη αναμίξιμη) που ορίζεται από την MMP παίζει καίριο ρόλο στην μορφή της καμπύλης απόληψης και ενώ υπάρχει ανοχή στην αβεβαιότητά της, η μορφή ροής πρέπει να παραμένει αναμφισβήτητη.