洪水管理: 適合性または清掃効率の問題の解決 - パート 2: 問題を解決策に結び付ける

パート 1 では、プロセス ホイールとそのホイールの最初の 2 つの要素、つまり候補の選択と問題の明確化について説明しました。 パート 2 では、適合性問題マトリックスで概説されている問題タイプ間の関係の生成と、これらの問題を解決しようとするさまざまな方法に焦点を当てます。

このセクションでは、第 1 部で概説した適合性問題マトリックスを引き続き利用し、このマトリックスにさまざまなオーバーレイを組み込んで、適合性ソリューションの連続体の要素と連続体のサブセクション、つまり既存の坑井介入を使用してどのように表示できるかを説明します。これらのソリューションをどのように効果的に適用できるか。

適合性エンジニアリングの問題を分類するこれまでの取り組みでは、制御が最も簡単なものから最も難しいものまで、問題をグレーディングする直線的なビューが使用されていました。 おそらく、この取り組みで最も引用されている文書は、Seright et al.、SPE 84966 です。私は彼らのランキング プロセスに同意しませんが、最適なソリューションに焦点を当てるのにはまったく役に立ちません。

適合問題を分類する別の方法が開発され、簡単に説明され、パート 1 で提示されました。適合問題マトリックス (図 1) を使用すると、2 つの主要な問題特性に基づいて適合問題を分類できます。 VSC [空隙導管] または浸透性岩石）と顕著な流量制御の場所（すなわち、坑井の近くまたは貯留層のより深い場所）。 問題によっては複数の特性が含まれる場合がありますが、重要なのは、最も主要な特性を定義して、それを最初に解決できるようにすることです。

すべての適合性問題がこのグラフに示されているわけではありませんが、問題の流れのこれら 2 つの主要な要素を考慮すると、あらゆるタイプの適合性問題をこのマトリックスに配置できるはずです。 これはパート 2 の重要な要素となるため、このマトリックスを注意深く検討してください。

6 月の JPT に掲載されるパート 2 では、問題と問題マトリックスについてさらに詳しく説明します。 また、坑井介入ソリューションと、これらのソリューション タイプを適合性問題マトリックスの上に重ねる方法についても説明します。 さらに、適合性ソリューションの連続体を紹介し、問題マトリックスとの関係を示します。

業界内で直面するあらゆる種類の問題をマトリックスに入力すると、非常に乱雑なグラフが作成されてしまいます。 認識すべきことの 1 つは、坑井は貯水池に接続するために作成された VSC であるということです。 流体が貯留層から坑井にどのように入るかを制御できなくなった場合は常に、VSC が必要になります。

したがって、ケーシングの漏れ、パッカーの漏れまたはプラグ、穴の間隔の誤り、セメントチャネル、穴の間違った間隔など、坑井の制御を失うことに関連するより一般的な問題を検討することから始めます。これらの問題はすべて左上の象限に分類されます。 。 これらは厳密に空隙または導管の流れであるため、坑井で完全に制御されます。

次の例は、地質管理と理解の重要性を理解するのに役立ちます。 層間に横流がない水抜き層がある場合、流れの問題は透過性の流れによって支配されるため、この問題は右上の象限に当てはまりますが、層間に横流がないため、すべての制御は坑井に存在します。

次に、水が抜けた層というより複雑な問題に移りますが、層間に広範囲にわたるクロスフローが存在します。 流れの問題は透過性に関連しているため、この問題は右下の象限に当てはまりますが、クロスフローが広範囲に存在するため、坑井ボアでの制御は実際には制限されているか、まったくありません。

これら最後の 2 つの問題は、層間のクロスフローのレベルに応じて、右上の象限から右下の象限まで連続した勾配として存在します。

右下の象限には、貯留層の透過性が非常に不均一および/または異方性であるすべての問題が含まれています。 ここでは、透磁率が大きさだけでなく方向的にも変化する可能性があります。 デルタ状の編組流の堆積環境では、この種の透過性の変動が生じる可能性があります。 この問題の重要な点は、この流れの問題が完全に浸透性流れによって支配されており、すべての制御が坑井からかなり離れた場所に配置されていることです。

断層や亀裂が多く、流体がそれらの地形を容易に通過できる貯留層は、左下の象限に該当します。 問題となる流れは亀裂の空隙特徴内に存在しますが、広範囲にわたる自然亀裂があるため、制御は貯留層の深部で支配されます。 これらの機能は、透過率が制限された非常にタイトなものから、非常にオープンで導電性が高いものまでさまざまです。 誘発された破壊は空隙空間の流れになりますが、限られた範囲ではありますが、坑井からの制御はいくらか容易になります。 カルス化区間 (陰茎セクションが接続されている) はボイドスペースの流れの問題ですが、その制御の程度は、坑井から離れた垂直の流れの特徴 (つまり、亀裂や浸透性の岩石) とのつながりに基づいています。 これらの深層貯留層 VSC のもう 1 つの特徴は、溶解または浸食の促進により時間の経過とともに導電率が変化することが多いことです。

ほとんどの問題シナリオでは、フローを適切に特徴付けることができるかどうかが、最適なソリューションを設計するための最大の制限となります。 技術者は通常、領域上の圧力降下をダーシーの法則と浸透流の関数としてみなします。 ただし、導管の流れ (つまり、大きな空間のフィーチャ内の流れ) は、パイプラインの流れによってよりよく特徴付けられる可能性があります。 この理解の重要な部分は、ボイドスペースの特徴の性質とサイズに関係します。 これらの機能を制御するためのソリューション、または材料の混合物をどのように設計するかは、坑井内および地層内の流動機構のサイズ、形状、全体の範囲と密接に関係しています。

適格な岩石における真の浸透流は、たとえ数ダルシーまでであっても、十分な量の非常に強力なゲルによって制御することができる。 ただし、強化された断層や亀裂、カルスト、大きなワームホールなどに関連するより大きな VSC フィーチャには、より強力な材料、通常はセメントまたは空隙充填材として設計された非常に強力な予備成形粒子ゲルが必要です。 これについては、ソリューションのオーバーレイに焦点を当てるときに詳しく説明しますが、現時点では、効果的なソリューションを生成するにはフローの性質を適切に特徴付けることが非常に重要であることを認識してください。

特定の一連の特性に対してどのソリューションが最適であるかについて詳しく説明する前に、適合性工学の問題に対するソリューションの選択肢は、無数の既存の坑井介入からより広範なカスタマイズされたソリューションまで多岐にわたることを認識する必要があります。 この一連の解は、解の連続体で表すことができます (図 2)。

この一連の流れの中で最善の選択肢を見分けることは非常に困難であり、最も費用対効果の高いアプローチを特定するには、特定の分野やプロジェクトに何年も取り組む必要があることがよくあります。 しかし、業界内のほとんどの場合、私たちは既存の坑井介入から始めたり、既存の坑井介入にほとんどの時間を集中したりします。 既存の坑井介入をさらに詳しく見てみましょう。

さまざまな問題を含むマトリックスができましたが、これは適切な解決策を見つけるのにどのように役立つのでしょうか? 既存の坑井介入ソリューションでは、最も単純なソリューションを維持することが多くの場合最善であることに誰もが同意すると思います。 いくつかの適合性の問題の場合、これは通常、機械的解決策、ブリッジプラグ、ストラドルパッカー、かさぶたライナーなどを意味します。

ただし、これらのソリューションはこのマトリックスの上半分でのみ効果があることがわかっています。 特定の状況では、既存の完了特性により、機械的な解決策が利用できない場合があります。 そのような場合には、セメントやその他の空隙充填剤 (VSF) を使用できる可能性があります。問題が右上の象限にある場合は、透過性ブロッカーなどの化学溶液を使用できます。

坑井が別の VSC と交差し、制御を坑井から離れて問題マトリックスの左下の象限に拡張する場合、セメントと他の VSF を使用できます。 左下の象限に効果的なソリューションを生み出す鍵となるのは、その領域を制御するのに適切な強度を持つ VSF 材料を大量に送り出す能力です。 使用する材料の強度を段階的に下げることで、この種のソリューションの有効性を向上させることができます。 この優れた例は、SPE 103044 にあります。既存の坑井介入ソリューションに限定されている場合、深部浸透性のソリューションまたは非常に小さなナノ粒子システムを利用することによってのみ、右下の象限の問題に対する効果的なソリューションを生み出すことができます。 これらは薬液に含まれています。 さらに、問題マトリックス上のグラフィカルなオーバーレイ画像を使用することで、機械的解決策、セメント/VSF、および化学薬品/シーラントゲルシステムの間の関係を確認できます (図 3)。

これだけで済むのであれば、コンフォーマンスエンジニアリングの世界はシンプルになるでしょう。 しかし、多くの場合、1 つの井戸またはフィールドで複数の問題が発生します。 たとえば、顕著な浸透性の縞がある油田の井戸を水力で破砕しました。 おそらく、私たちは破砕間隔を延長し、それを帯水層に接続したのでしょう。 場合によっては、カルスト化した区間と、誘発または自然による大規模な亀裂が組み合わされていることがあります。 他の状況では、坑井のボイドスペースや導管の流れへの接続を制御していないため、全体的な制御が制限されています（つまり、スロット付きライナー、ワイヤーで包まれたスクリーン、または事前に梱包されたライナー）。 さらに、最初は流れの制限として始まった可能性のある問題もありますが、長年にわたって、追加の岩石の溶解や浸食によってこれらの機能が強化されます。 パート 1 で説明したように、効果的なソリューションを設計するためには、これらの問題とその全体的な影響を理解することが重要です。

効果的なソリューションを設計するには、最も支配的な流れの問題を制御するか、少なくとも積極的に影響を与えることに重点を置く必要があります。 VSC が関与する場合、これが常に主要な機能となります。 これは私たちが幸運に恵まれた唯一の分野です。 空隙の流れを制御する私たちの能力は、浸透性の流れの問題を大幅に制御するソリューションを設計および配置する能力よりもはるかに優れています。 機械システムは設置が最も簡単で、正常に動作しない場合は通常は削除するのが最も簡単です。 次にセメントと VSF ですが、当社の修復 (または圧搾) セメント固定の経験は、多くの場合、長年の経験に基づいています。 修復セメンティングに関する重大な問題の 1 つは、業界が長年にわたり、坑井または坑井のすぐ近くで制御を取り戻すことだけに焦点を当ててきたことです。今日の問題では、坑井をはるかに超えたこれらの空隙導管に影響を与えることが求められることがよくあります。

複数のソリューション手法を一度に実装して、2 つのソリューションから相乗効果を得ることができる状況もあります。 一例としては、プルドー湾で記録されたガス遮断事例のように、ゲルをポンプで送り、続いてセメントをポンプで送る場合がある。

Prudhoe と Anton Irish に関する論文に加えて、この手法を利用し、パフォーマンス評価と問題理解の改善から生じるソリューションの進歩を示す West Sak に関する 2 つの論文をお勧めします (SPE 169073 および SPE 201302)。

解決策のオーバーレイを含む問題マトリックスに戻ると、これらの解決策の境界や問題の配置場所はどれも難しくて簡単ではありません。 問題や解決策の中には常にグレーゾーンが存在し、それによってその位置がある程度変わる可能性があります。 さらに、1 つの問題を制御するために何らかの措置を講じたとしても、多くの場合、選択したソリューションの全体的な利点を減少させる複数の問題が存在することに注意してください。 経済効果により、これらの境界が変化する可能性があり、技術的な改善や坑井構成の物理的な制限も変化する可能性があります。 さらに、化学系やゲル系はさらに右下の象限にまで到達する可能性がありますが、前述したように、この領域の多くの問題は、パターンの再構成や設計者の坑井からのより良い解決策に役立つことがよくあります。 図 4 は、適合性ソリューションの連続体と問題マトリックスとの相互作用に関する一般的な観点を、重大度対尤度のプロットとともに示しています。

図 4 に示す視点は、厳密な関係としてではなく、複数の経験、技術的なレビュー、他者からの学習から発展した一般的なルールとして提供されています。 私の意見では、業界に存在する適合性の問題の最も多くは、貯留層の深部で大きく相互接続されているゾーン間の透水性の差異に関連していると考えています。 これらの問題は右下の象限に存在し、既存の坑井からアクセスして制御するのは非常に困難です。 これらの問題は、急速または大量の注入剤のサイクルやブレークスルーという点では最も深刻なものではありません。 最も深刻な問題は直接的な VSC 問題に起因しており、何らかの物理的介入が必要です。そうしないと、関連する井戸の価値が失われます。

長年にわたり、右下の象限に存在する透過性の差異の問題は、サイドトラッキング、カスタム パターンの再構成、射出/生産のリバランスなどによって一般に解決されてきました。これは、今日のビッグ データ分析のアプリケーションがこれらの問題を修正しようとする主要な分野でもあります。流体の再バランスによる適合性の問題。

適合性エンジニアリングの取り組みから最大限の価値を引き出すには、各取り組みで得た情報を使用し続けて問題についてさらに詳しく学習し、遭遇した適合性の問題に対して最善の潜在的な解決策を策定する必要があります。 パート 1 のプロセス ホイールのステップ 5 を思い出してください。

適合性問題で最大の成功率を得るには、問題の理解と適用されるソリューションの経済性を再検討する必要があります。

パート 3 では、診断と解決策の取り組みから得られた利益を適切に考慮しているかどうかに焦点を当てます。

さらに読むために

SPE 84966 ニューメキシコ石油回収研究センターの RS Seright による過剰な水生産を攻撃するための戦略。 RH レーン、ノーススター テクノロジーズ インターナショナル; RD Sydansk、シンダンスク コンサルティング サービス。

SPE 103044 アントン・アイリッシュ適合への取り組みの成功した進化（DD Smith、MJ Giraud、CC Kemp、Occidental Petroleum ら）

SPE 54596 ガス遮断用ゲルセメント複合スクイーズ、QJ Lai および AJ Bond、ARCO Alaska Inc. 著。 および TW カーペンター、ARCO AEPT、他。

SPE 169073 アラスカ北斜面のウェストサク油田における適合性管理の取り組みの概要 (JW Peirce、MR Hutcherson、MD Jensen、Conoco Phillips 他著)。

SPE 201302 ConocoPhillips らの G. Targac、C. Gallo、および D. Smith による、新しい再組み立て性事前成形粒子ゲル RPPG を使用したウェストサック ワームホール/ボイド スペース コンジットの適合ソリューションの事例履歴。

SPE の David Smith は現在、Oilfield Conformance Consulting LLC の社長兼主任顧問であり、ミズーリ科学技術大学 (MS&T) の非常勤教授でもあります。 現在の取り組みに先立って、スミスは約 20 年間、コノコフィリップスまたはオクシデンタル ペトロリアムのグローバル適合エンジニアリング アドバイザーを務めていました。 それ以前は、ハリバートン社の適合水管理のプロジェクト マネージャーを務め、ARCO 内でプロファイルの変更と全面的な改善に関連するいくつかの役職を歴任しました。 スミスは 45 年以上にわたって SPE メンバーとして活動しています。 彼は、タルサで開催された 2014 年の SPE EOR/IOR カンファレンスの技術プログラム委員長を務め、SPE EOR/IOR TIG (Technical Interest Group) の元共同会長であり、2019 年から 2020 年には SPE 特別講師を務めました。 スミスは、パシフィック・ルーテル大学で地質学の学士号を取得し、スタンフォード大学で石油工学の修士号を取得しています。