Modeling and interpreting transient wellbore temperature behaviors in wellbores under nonisothermal single-phase liquid flow conditions in oil reservoirs
Petrol rezervuarlarında tek-fazlı sıvı akışı koşullarında kuyu içi kararsız sıcaklık davranışlarının modellenmesi ve yorumlanması
- Tez No: 496481
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA ONUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
Günümüzde, kararsız sıcaklık verilerinin kullanımı kuyuiçi ve rezervuar parametrelerinin belirlenmesinde önemli bir yer almıştır. Sıcaklık verilerini belirlemek için hassas ölçümler yapan aletlerin geliştirilmesi kararsız sıcaklık analizleri için önemli bir gelişme olmuştur. Kuyuiçi civarı parametrelerin tahmininde kararsız basınç analizinin yetersiz kaldığı görülmüştür. Bu sebeple, kirlenme zonu faktörü ve kirlenme zonu yarı çapı gibi parametrelerin belirlenmesinde araştırmacılar kararsız sıcaklık analizini kullanmaya başlamıştır. Rezervuardaki akış izotermal değildir ve rezervuarda sıcaklık değişimine sebep olan bazı önemli ısı transferi mekanizmaları vardır: Joule-Thomson ektisi, ısı iletimi ve yayınımı, adyabatik genleşme/sıkılaşma. Sıcaklık verilerini modellerken bu ısı transfer mekanizmaları kullanılmaktadır. Bu çalışmada, petrol rezervuarları için izotermal olmayan tek fazlı sıvı akış koşullarındaki kararsız kuyuiçi sıcaklık davranışları incelenmiştir. Kararsız ve kararlı akış koşullarında sıcaklık dağılımları elde edilirken kütle, momentum ve enerji denklemleri kullanılmıştır. Elde edilen analitik modeller Kocak (2017) tarafından Laplace uzayında çözülen kuyudibi basınç ve sıcaklık çözümleri ile birleştirilmiştir. Isı transferi mekanizmaları kullanılarak analitik olarak türetilen denklemler şunlardır: Konvensiyonel kuyuiçi depolama denklemi, mometum denklemi, ısı transferi denklemi. Bu denklemler ile üretim ve üretim kapama dönemleri için kararlı ve kararsız kuyuiçi sıcaklık dağılımları elde edilir. Elde edilen sıcaklık dağılımları rezervuar ve kuyuiçi parametlerinin kuyudibi ve kuyuiçi sıcaklık değişimleri üzerindeki etkilerinin görülmesini sağlar. Dahası, kirlenme zonu faktörü, geçirimlilik, J-T katsayısı, ısıl iletkenlik gibi parametreler tahmin edilebilir. Çalışmada ilk olarak kütle korunum denklemi kullanılarak konvensiyonel kuyuiçi depolama modeli elde edilir. Bu model elde edilirken, 1 boyutlu ve tek fazlı petrol akışının olduğu, rezervuar ve ısıl parametrelerinin sıcaklık ve basınç ile değişmediği, kuyunun rezervuara dik olduğu ve yerçekimi etkilerinin ihmal edildiği kabul edilir. Ayrıca, model türetilirken izotermal sıkıştırılabilirlik ve izobaric ısıl genleşme katsayılarının tanımları kullanılır. Kuyu kesit alanının sabit olduğu kabul edilir. Kütle korunumu modelinde momentum korunumu ihmal edilir. Daha sonra, basınç kuvvetlerini, sürtünme kayıplarını ve yerçekimi etkilerini içeren momentum denklemi yazılarak momentum modeli elde edilir. Sürtünme kayıplarını elde etmek için Darcy-Weishbach sürtünme denklemi kullanılır. Bu denklemde önemli olan ters akışa izin vermek için hızın karesini yazarken mutlak değer kullanmaktır. Kütle ve momentum korunumu denklemleri elde edilirken Mansori (2015) nin yaklaşımı takip edilir. İç ve dış sınır koşulları kullanılarak Laplace uzayında elde edilen denklemlerle basınç ve akış hızı profilleri elde edilir. Kullanılması gereken diğer önemli model kararsız kuyuiçi ısıl enerji denkleminin türetilmesidir. Bu modelin türetilmesi Hasan ve Kabir (2005) tarafından verilir. Ancak buradaki tek fark, onların çalışmasında kullanılan derinlik koordinatı z, kuyubaşından kuyudibi yönüne doğru pozitif iken bu çalışmada kuyudibinden kuyubaşı yönüne doğru pozitiftir. Isıl enerji denkleminin türetilmesinin başlangıç noktası enerji korunumu denkleminin yazılmasıdır. Enerji korunumu denklemi bazı önemli parametreleri içerir: Entalpi, kütle hızı, derinlik. Formasyondan alınan veya formasyona verilen ısı tanımından yararlanılarak kuyuiçi ısı akış modeli oluşturulmaya çalışılır. Ayrıca, Sagar (1991) tarafından türetilen ısı transferi katsayısı denklemi ve Hasan ve Kabir (1994) tarafından türetilen boyutsuz ısı transfer fonksiyonu kullanılır. Çalışmanın tümünde jeotermal gradyan 0.03 K/m olarak kullanılır. Bu ısı transfer mekanizmaları ile üretim ve üretim kapama dönemleri için öncelikle kararsız kuyuiçi sıcaklık sonuçlarına ulaşılır. Daha sonra kararlı kuyuiçi sıcaklık sonuçlarına ulaşmak için kararsız kuyuiçi sıcaklık denklemlerinde zamanın sonsuza gittiği varsayımı yapılır. Aynı varsayım üretim kapama dönemi için üretim kapama zamanının sonsuza gitmesi olarak ele alınır. Kocak (2017) tarafından elde edilen kararsız kuyuiçi ve kuyudibi basınç ve akış hızı denklemleri ile çalışmada elde edilen kararsız kuyuiçi sıcaklık denklemleri birleştirilir. Çözümlerin sayısal çevriminde iki önemli algoritma kullanılır: Stehfest (1970) ve Crump (1976) algoritmaları. Crump algoritmasının momentum çözümleri için daha uygun olduğu grafiksel olarak gösterilir ve bu algoritma çalışmadaki bütün modellerin elde edilmesinde kullanılır. Elde edilen kararsız kuyuiçi sıcaklık denklemleri Onur ve Cinar (2016) ın kullanmış olduğu parametrelerle değerlendirilir ve grafiklerle görselleştirilir. Öncelikle kuyuiçi basınç parametresinin kuyuiçi derinlik koordinatı z ile değişim grafiği elde edilir. Aynı grafik kütle hızı parametresi için de elde edilir. Tüm bu grafikler farklı kirlenme zonu parametreleri için de değerlendirilir ve negatif kirlenme zonu parametresinin kuyuiçi akış hızını artırdığı, pozitif kirlenme zonu parametresinin ise kuyuiçi akış hızını azalttığı gözlemlenir. Kirlenme zonu parametresinin sıfır olduğu kabul edilen durumda, kuyudibinden kuyubaşına doğru gidildikçe kuyuiçi sıcaklığının formasyona verilen ısı sebebiyle azaldığı gözlemlenmiştir. Formasyona verilen ısının sebebi ölçü aletinin bulunduğu derinlikte formasyonun daha düşük sıcaklığa sahip olmasıdır. Üretim döneminin geç zamanlarında ölçüm noktasındaki kuyuiçi sıcaklığı kuyuiçine giren sıvının sıcaklığının artmasıyla artar. Fakat, sabit ölçüm noktası için üretim kapama döneminin geç zamanlarındaki kuyuiçi sıcaklığı sabit yüzey sıcaklığına yaklaşır. Elde edilen kuyuiçi sıcaklık dağılımlarının çeşitli parametrelerle değişimi incelenir. Bu incelemelerde farklı kirlenme zonu parametreleri kullanılır. Sabit ölçüm noktası derinliğinde, üretim ve üretim kapama dönemlerinde negatif ve pozitif kirlenme zonu değerleri için jeotermal gradyan arttıkça kuyuiçi sıcaklığının azaldığı gözlemlenir. Isıl iletkenliğin sadece üretim döneminde minimum düzeyde etkisi olduğu üretim kapama döneminde ise etkisinin olmadığı gözlemlenir. Artan ısıl iletkenliğin kuyuiçinde sıcaklığı düşürdüğü gözlemlenir. Diğer bir inceleme üretim akış hızının kuyuiçi sıcaklığı üzerindeki etkisini gözlemlemek için yapılır. Akış hızının artmasıyla kuyuiçi sıcaklığının arttığı görülür. Ancak bu sıcaklık artışı ölçüm noktasının kuyudibinden uzaklaşmasıyla daha net anlaşılır. Çalışmanın tamamından elde edilen kuyuiçi sıcaklık ve türevinin zamanla değişim grafiği sonuçların yorumlanmasında kullanılır. Üretim dönemi için elde edilen grafiklerden akış rejimlerinin belirlenebildiği ve bu akış rejimleri sonucunda kirlenme zonu ve bu zonun dışında kalan bölge için rezervuar parametrelerinin belirlenebildiği gözlemlenir. Ancak, üretim kapama dönemi için elde edilen sıcaklık grafiklerinden akış rejimlerinin belirlenemediği anlaşılır. Bu çalışmada türetilen bütün denklemler izotermal olmayan koşullarda tek fazlı sıvı akışı için kararsız sıcaklık verisi sağlar. Bu veriler rezervuar parametrelerini belirlemek için kullanılabilir, fakat üretim dönemi sıcaklık verisi akış rejimlerini belirlemek için kullanıldığından daha önemlidir.
Özet (Çeviri)
Currently, the transient temperature data can be useful to predict reservoir and wellbore parameters. With developing technology, temperature sensors can recognize small temperature changes like 0.01 K or less; thus, resarchers use transient temperature data for parameter estimation in reservoir or wellbore. Near wellbore zone, parameter estimation from the transient pressure data is difficult because the pressure changes hastily near wellbore zone. Generally, it is assumed that fluid flow is isothermal in the reservoir although it is nonisothermal. There are some factors which cause thermal changes in reservoir as J-T coefficient, adiabatic expansion or compression, convection and conduction. So, the heat flow model should be used to model and interprete wellbore temperature data. In this work, the transient wellbore temperature distrubitions in wellbores are modeled and interpreted under nonisothermal single-phase liquid flow conditions for oil reservoirs. By using mass, momentum and energy balance equations, the temperature behaviors are obtained for transient and steady state conditions in drawdown and buildup periods. Then, the analytical solutions are coupled with sandface pressure and temperature solutions derived by Kocak (2017) in Laplace space. Derived equations in the solution of analytical model are conventional wellbore storage (WBS) model equation by using mass balance, momentum equation, and heat flow model equation. These equations provide transient and steady state wellbore temperature distrubitions in drawdown and buildup. With these distrubitions, the effects of various parameters on sandface and wellbore temperature can be investigated. Also, the parameters such as permeability, skin, J-T coefficient, earth thermal conductivity can be estimated from transient wellbore temperatures along with transient wellbore pressure data. All of equations derived in this work provide transient temperature data for single phase and slightly compressible fluid for a vertical wellbore in drawdown and buildup periods, for nonisothermal conditions. These data can be used to estimate reservoir and fluid properties, but drawdown temperature data is more crucial due to exhibiting discernable flow regimes. Also, we can not see any distinguishable flow regimes in buildup temperature behaviors.
Benzer Tezler
- Modeling and interpreting transient sandface temperatures in presence of momentum and skin effects under nonisothermal single-phase liquid flow conditions
Petrol rezervuarlarında tek-fazlı sıvı akışı koşullarında momentum ve zar etkileri altında kuyudibi sıcaklık davranışlarının modellenmesi ve yorumlanması
SERHAT KOÇAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ONUR
- Cogging torque and performance optimization of an interior permanent magnet synchronous motor used in commercial washing machines
Ticari çamaşır makinelerinde kullanılan gömülü daimi mıknatıslı senkron motorların tutunma momenti ve performans en uygunlaştırması
EGE ÜNLÜTEPE KESKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
- Driving mutually coupled coils using an array of class-e amplifiers
E-sınıfı yükselteç dizisi kullanarak kuplajlı bobinlerin sürülmesi
ZIBA ARGHIANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. ERGİN ATALAR
- An evaluation and selection framework for developing logistics centre location decision
Lojistik merkez yeri kararı geliştirmek için bir değerlendirme ve seçim yapısı
RIZA GÜRHAN KORKUT
Doktora
İngilizce
2022
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiPiri Reis ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZKAYNAK
- 1914 Çallı kuşağından günümüze portre resminde karakter çözümlemelerinin incelenmesi
Interpreting analyses of characters in the portrait painting art from the 1914 'Çallı' period to now
NİLÜFER USTA
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Güzel SanatlarBalıkesir ÜniversitesiResim Ana Sanat Dalı
DOÇ. DR. NURAY GÜMÜŞTEKİN