Characterization of hydraulic unit and use of particle size distribution data for unconsolidated laminated sandstone formations
Konsalide olmayan laminasyonlu kumtaşı formasyonları için hidrolik birimlerin karakterizasyonu ve parçacık boyutu dağılımı verilerinin kullanımı
- Tez No: 895342
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İHSAN BURAK KULGA, DOÇ. DR. HASAN ÖZGÜR YILDIZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 205
Özet
Bu çalışmada iki önemli konu üzerinde durulmuştur. İlk çalışma olarak, ince, yüksek laminasyonlu, konsolide olmayan, killi-siltli kumtaşı formasyonundan elde edilen karot verileri ile hidrolik akış biriminin karakterize edilmesi amaçlanmıştır. İkinci çalışma olarak, aynı formasyon fakat farklı kaynaklardan elde edilen parçacık boyutu dağılımı verilerinin saha geliştirmenin farklı alanlarında kullanımı araştırılmıştır. Parçacık boyutu analizini gerçekleştirmek üzere beş farklı ölçüm yöntemi detaylı olarak çalışılmıştır. İlk bölümde, hidrolik akış biriminin konsolide olmayan, laminasyonlu kumtaşı formasyonu için karakterizasyonu ele alınmıştır. Hidrolik akış birimi karakterize edebilmek adına, killi-siltli kumtaşı formasyonundan alınmış karota ait 77 adet karot tapa verisi kullanılmıştır. Karot tapaları üzerinde yapılan laboratuvar analizleriyle elde edilen geçirgenlik ve gözeneklilik verileri incelenerek, iki farklı yaklaşım ile rezervuardaki farklı akış özelliklerine sahip akış bölgelerinin ve hidrolik birimlerin karakterize edilmesi amaçlanmıştır. İlk yöntem Amaefule ve arkadaşları tarafından geliştirilen yöntem olup bir diğer adı eğim yaklaşımıdır. Eğim yaklaşımının amacı, rezervuar karakterizasyonu sürecinde önemli bir parametre olan Akış Bölgesi Göstergesini (Flow Zone Indicator (FZI) kullanarak çeşitli kaya türlerinin hidrolik akış birimlerinin belirlenmesini mümkün kılmaktır. Amaefule ve arkadaşları tarafından geliştirilen bu yöntemde hidrolik birimlerin belirlenmesi, logaritmik FZI değerlerinin kümülatif frekansa göre grafiklenmesiyle gerçekleştirildi. Bu yaklaşımda hidrolik birimlerin tanımlanmasına yardımcı olmak için FZI değerlerine atanan ve değişen eğimlere sahip çizgiler kullanılır. Hidrolik akış birimi belirlemede aynı eğime sahip noktalar bir arada gruplandırılır. Bu şekilde her hidrolik akış birimi, sahip olduğu kendine özgü FZI eğimine göre tanımlanır ve bu eğim yaklaşımı, birbirinden bağımsız noktaların bir araya getirilerek gruplandırılması sürecinde temel bir kriter görevi görür. İkinci yaklaşımda, aynı zamanda sayısal yaklaşım olarak da adlandırılan, Guo ve arkadaşları tarafından FZI parametresinin kullanılması ile hesaplanan Ayrık Kaya Tiplemesi (Discrete Rock Typing (DRT)) adlı parametre tanımlanmıştır. DRT yaklaşımının amacı, heterojen rezervuarlardaki hidrolik akış birimlerini tanımlamak amacıyla hem niceliksel hem de sistematik bir yöntem sunmaktır. Bu yöntemde rezervuarı oluşturan kayaları karşılaştırılabilir hidrolik özelliklere sahip ayrı kaya sınıflarına ayırmak için jeolojik, petrofiziksel ve mühendislik verileri kullanılmıştır. Guo ve arkadaşları tarafından DRT parametresinin de eklenmesiyle geliştirilen farklı rezervuar bölgelerinin akış özelliklerini ilk görüşte kolayca anlamaya ve ayrıca çeşitli rezervuarların farklı kayaç bölgelerinin akış özelliklerini karşılaştırabilmesine imkan sağlayan daha genelleştirilmiş bir sonuç vermektedir. Her iki yaklaşım için de gerekli hesaplamalar yapılarak hidrolik akış birimlerinin belirlenmiştir. Elde edilen hidrolik akış birimlerinin niteliksel ve niceliksel olarak, yaklaşımların karşılaştırılması yapılmıştır. İlgili araştırma çalışmalarının sonuçlarına göre hem eğim yaklaşımı hem de sayısal yaklaşım hidrolik birimlerin tahmininde etkili yöntemler olarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, Guo ve arkadaşları tarafından geliştirilen sayısal yöntemin hidrolik birimlerin belirlenmesi için daha iyi bir araç olduğunu göstermektedir. Guo ve arkadaşlarının geliştirdiği yaklaşımdaki DRT yönteminin, karot verilerindeki değişikliklere daha duyarlı olduğu görünmekte olup, bu sebepten ötürü daha ayrıntılı bir hidrolik birim analizi sağladığı sonucuna varılmıştır. Sayısal yöntem kullanılarak sekiz farklı hidrolik birim tanımlanırken eğim yöntemi uygulandığında dört hidrolik birim tanımlanmıştır. Buna karşılık, birimleri standartlaştırarak ve çeşitli kuyu türleri arasında karşılaştırmalara olanak tanıyan sayısal teknik, daha kapsamlı bir incelemeye olanak sağladığı görülmüştür. Ayrıca, ikinci yöntem, farklı rezervuarların aynı akış özelliklerine sahip olduğu durumlarda, sayısal olarak en iyiden en kötüye doğru sıralanmış aynı hidrolik birim numaralarını içeren genelleştirilmiş bir hidrolik birim sağlamaktadır. İkinci kısımda, ön hazırlık niteliğinde ve basit bir şekilde türetilmiş bir veri olan Parçacık Boyutu Dağılımının (PSD), konsolide olmayan rezervuarlara yönelik saha geliştirmenin farklı yönlerinde etkili bir şekilde nasıl kullanılabileceği gösterilmiştir. Geleneksel olarak bilinen elek ve Lazer parçacık boyutu dağılımı analizi (Laser particle size distribution analysis (LPSA)) olmak üzere beş farklı yöntem ve mikroskobik görünüm, ince kesit görüntüleme ve taramalı elektron mikroskobu (scanning electron microscopy (SEM)) olmak üzere üç dolaylı teknik ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Test malzemeleri arasında ilk tercih olarak karotlar, sondaj kırıntıları, döküntüler, karot akış ve gerçek kuyu testleri esnasında toplanan katılar ve çökeltiler ve kuyu tamamlamada kullanılan propantlar yer almıştır. Filtrelenmiş ve derlenmiş PSD verileri, geçirgenlik tahmini, sondaj sıvısı optimizasyonu, muhafazalı kuyu tamamlama tasarımı ve formasyon hasarı değerlendirmeleri için kullanılmıştır. İkinci kısımın ilk aşamasında PSD ölçüm yöntemleri ele alınmıştır. Ölçüm yöntemlerinden olan elek analizi ve LPSA, çalışma prensipleri, numune işleme ve analizlerindeki farklılıklara rağmen, numune seçimi ve testinde en iyi uygulamaların uygulanması koşuluyla nispeten karşılaştırılabilir sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Mikroskobik görünüm, ince kesit görüntüleme ve SEM, özellikle sınırlı numune miktarlarında faydalı, yüksek kaliteli görüntüler ve iyi kalitede bir PSD veri seti sağlamaktadır. İkinci aşamada ise saha geliştirmede PSD verisinin kullanım alanları işlenmiştir. Geçirgenlik tahmini için, net sınırlayıcı stres altında, karot tapaları üzerinde ölçülen ve farklı denklemlerden türetilen hava geçirgenlikleri arasında iyi bir korelasyon başarıyla kurulmuştur. Bu, PSD verilerinin mevcut olması koşuluyla, karot verisi olmayan aralıklarda ve kuyularda geçirgenlik tahminini mümkün kılmıştır. Temsili formasyon PSD verisine dayalı olarak formüle edilen sondaj sıvısındaki (DF) uygun boyuttaki kalsiyum karbonatın (CaCO 3 ), yüksek kaliteli bir filtre keki geliştirmek ve rezervuardaki sıvı kayıplarını en aza indirmek için etkili bir köprüleme maddesi olduğu kanıtlanmıştır. En temsili formasyon PSD verilerinin gerçek karot tapalarından geldiği görülmüştür. Side-wall karotları ve sondaj kırıntıları üzerinde yapılan PSD analizleri, tane boyutunun olduğundan az tahmin edildiğini göstermiştir. PSD verilerine dayalı olarak muhafazalı kuyu tamamlama tasarımı için en doğru elek boyutu ve propant seçilmiştir. Üretim sırasında sahada kayda değer bir kum üretiminin gözlenmemesi, kuyu tamamlama dizaynının kum üretimini önlemedeki başarısını kanıtlamaktadır. En iyi tasarım ve iyi üretim tepkisi durumunda bile, saha geliştirme sürecinde yüksek çözünürlüklü görüntüleme yoluyla parçacık boyutu ve şekil analizi ışığında propant kalite kontrolüne sahip olmak zorunludur. Bu çalışmada ortaya konulan PSD ölçüm teknikleri, konsolide olmayan rezervuarların yanı sıra konvansiyonel ve konvansiyonel olmayan rezervuarlarda da, her yöntemin avantaj ve dezavantajlarının, sunulan bilgiler ışığında önceden değerlendirilmesi koşuluyla ele alınıp uygulanabilir. Temsili bir rezervuar PSD veri seti mevcut olduğunda, geçirgenlik tahmini, sondaj sıvısı optimizasyonu, tamamlama tasarımı ve formasyon hasar değerlendirmeleri gibi özel rezervuar çalışmaları dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere saha geliştirmenin birçok yönü için etkili bir şekilde kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
This research focuses on two important main subjects. The first study aimed to characterize the hydraulic flow unit with core data obtained from a thin, highly laminated, partially unconsolidated, shale-silty sandstone formation. The second study investigated the use of particle size distribution data obtained from the same formation but from different sources in different areas of field development. Five different measurement methods were studied in detail to perform particle size analysis. At the beginning of the thesis, which is referred to as the HU characterization phase, laboratory examinations were carried out on 77 core samples that were extracted from certain regions of the sandstone formation. The permeability and porosity data that were acquired were subsequently analyzed. In addition, two independent methods were utilized for the purpose of investigating the flow zones of the reservoir, which exhibited varied flow characteristics. The first approach utilized the Flow Zone Indicator (FZI), created by Amaefule. This methodology is popularly known as the slope approach. For a long time, people have used this well-established method to differentiate between different rock zones inside the reservoir by evaluating their flow characteristics. The method relies on hydraulic units and cumulative frequency calculations. The analysis of the log (FZI) curve involved fitting lines with different slopes to the curve and grouping points with identical slopes into the same hydraulic unit. The second method allows for a quick understanding of the flow characteristics present in distinct reservoir regions as well as a comparison of the flow characteristics present in the numerous rock sections present in different reservoirs. Guo defined a parameter known as discrete rock types (DRT), also known as the quantitative method, which makes this possible. We use the FZI values to calculate the DRT, which yields a more comprehensive result. We carried out a comparison of the required calculations and hydraulic units for both systems to identify the advantages and disadvantages of each approach. The data clearly demonstrates that Guo method is an excellent approach for determining hydraulic units. This method exhibits more responsiveness to variations in the core data, resulting in a more comprehensive examination of hydraulic units. In contrast to the first strategy, which only identified four hydraulic units, the second approach was successful in identifying a total of eight hydraulic units. In addition, the second approach provides a comprehensive hydraulic system that consists of hydraulic units with equal numbers, arranged in numerical order from the most efficient to the least efficient, under circumstances when many reservoirs display flow parameters that are comparable to one another. In the second part of the thesis, particle size estimation is used to measure particle shape anisotropy and evaluate surface area regularity. The Particle Size Distribution (PSD) classifies solid particles based on their size, revealing the proportion of each size range to the total amount of solids present. The accurate PSD of unconsolidated reservoirs is an essential variable in the field development process. PSD data is crucial for drilling fluid optimization and designing gravel pack completions. PSD data is utilized for permeability estimation when core data is not available. This research used PSD data to look into different aspects of field development for a gas-bearing, unconsolidated laminated sandstone formation within a certain unconsolidated formation. In addition to the widely used techniques for acquiring PSD data, such as sieve and laser particle size measurement, PSD data was also obtained using microscopic view, thin section imaging, and scanning electron microscopy (SEM). PSD measurements were conducted by analyzing different sources of material, depending on how the data was utilized. The primary materials collected for analysis included cores, plugs, well cuttings, debris, solids, scaling and precipitation products from well clean-up, flowback, and DST operations, as well as scaling and precipitation products from core flow tests and proppants used for gravel pack well completion. Significant variations in the PSD data were detected in the field due to its varied lithology and minerals. Precise engineering methods were employed to evaluate, compile, and utilize PSD data for the optimization of drilling fluid, the design of gravel pack completions in cased holes, and the calculation of permeability. It was determined that appropriately sized CaCO 3 might serve as an efficient bridging agent for the formation, as the formation rock with an identified PSD could assist in the formation of a high-quality filter cake. Determined the optimal proppant size and screen size needed for a cased-hole gravel pack completion based on the formation's PSD. The absence of any notable sand generation in the field confirms the effectiveness of the gravel pack assembly in avoiding sanding. A strong connection was found between the air permeability measured on cleaned and humidity-dried plugs under confining stress and the air permeability derived using various equations. It was observed that while the permeability trends were similar, there were notable differences between the measured data from the plug and the estimated data from the PSD.
Benzer Tezler
- Atıkların yüksek sıcaklıkta sürekli pirolizi için yarı-pilot ölçek yeni bir vidalı reaktör geliştirilmesi
Development of a new semi-pilot scale screw reactor for continuous pyrolysis of wastes at high temperature
ANIL ÜNSAÇ
Doktora
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
- Türk boksitlerinin kullanılması ile refrakter kalsiyum alüminatların üretimi
Production of refractory calcium aluminates by using Turkish bauxites
CENGİZ KAYA
- Fraktal geometri ve hidrolik pürüzlülük
The Fractal geometry and the hydraulic roughness
SAİT ALANSATAN