Predictive Study to Mitigate Sand Production through Identifying the Critical Bottom Hole Flowing Pressure and Critical Flow Rate for the Productive Wells

Mustafa Adil Issa; منتظر عادل عيسى; فرقد علي هادي; علي عبد المحسن الزبيدي

doi:10.52716/jprs.v16i1.981

المؤلفون

Mustafa Adil Issa Engineer
منتظر عادل عيسى وزارة النفط، شركة الحفر العراقية
فرقد علي هادي قسم هندسة النفط، كلية الهندسة، جامعة بغداد، بغداد، العراق.
علي عبد المحسن الزبيدي وزارة النفط، شركة الحفر العراقية

DOI:

https://doi.org/10.52716/jprs.v16i1.981

الملخص

في العديد من مواقع إنتاج النفط والغاز حول العالم، يعتبر إنتاج الرمال مصدر قلق كبير. حيث يمكن ان يؤدي الى تقليل استخلاص الهيدروكربونات أو ايقاف الإنتاج تمامًا، واحداث تضرر في معدات تجويف البئر والمنشأت السطحية، وغيرها من المشاكل البيئية المتعلقة بالتخلص من الرمال. ويمكن أن تؤدي هذه العقبات إلى زيادة الوقت غير الإنتاجي وخسارة شركات النفط السنوية مليارات الدولارات. لتقييم إمكانية إنتاج الرمال أجريت هذة الدراسة الميدانية في جنوب العراق. اعتمدت هذة الدراسة على طبقة العطاء الثالث وهي طبقة مكمنية مهمة تتكون من الحجر الرملي تنتمي إلى تكوين الزبير. ولتحقيق أهداف الدراسة، تم إنشاء نموذج جيوميكانيكي أحادي البعد متكامل للمنطقة الدراسة بالاعتماد على بيانات مجسات الابار ونتائج المختبرية للعينات الصخرية، يعتبر هذا النموذج احد المدخلات الاساسية والضرورية للتنبؤ ببداية انتاج الرمال، أي تحديد ضغط التدفق الحرج ( ). بعد ذلك، تم إنشاء منحنيات علاقة أدائية التدفق (IPR) باستخدام مؤشر الإنتاجية الثابت (J) والأساليب التجريبية (طرق Vogel وStanding) من خلال افتراض قيم مختلفة لضغط التدفق في قاع البئر) وحساب معدل التدفق للنفط. وبالتالي، يمكن تقدير معدل تدفق النفط الحرج ( ) كدالة لقيمة ( )، حيث سيكون انتاج الرمال في حالة كون قيم الضغطوط ومعدلات التدفق اقل من القيم الحرجة. أظهرت النتائج أنه عند النقطة المثقبة (3356 م)، كانت قيمة عند بداية الإنتاج 1352.74 رطل لكل بوصة مربعة. وبالتالي، فإن منطقة السحب سوف تصبح أصغر أوتتضيق مع زيادة معدلات السحب مع مرور الوقت. علاوة على ذلك، فإن أي استنفاد أو سحب سيؤدي إلى توليد الرمال عندما يكون ضغط المكمن مساوياً لـ 2735 رطل لكل بوصة مربعة أو استنفاد حوالي 35% من قيمته الأولية. وأخيرا، يمكن أن تكون هذه الدراسة بمثابة مرجع لإدارة الرمال، حيث تكون بمثابة مؤشر على إمكانية وجود الرمال طوال الحياة الإنتاجية للبئر، مما يؤدي إلى ميزة اقتصادية إيجابية.

المراجع

J. C. Jaeger, N. G. W. Cook, and R. Zimmerman, "Fundamentals of rock mechanics", John Wiley & Sons, 2007.

E. Fjar, R. M. Holt, A. M. Raaen, and P. Horsrud, "Petroleum related rock mechanics", Elsevier, 2008.

M. A. Issa, M. A. Issa, A. N. Abdulkareem, A. A. Al-Zuobaidi, and F. A. Hadi, “Construct a Geomechanical Model to Estimate the Critical Drawdown Pressure for the Sandstone Reservoirs”, Journal of the Geological Society of India, vol. 100, no. 2, pp. 268–276, 2024. https://doi.org/10.17491/jgsi/2024/173826.

J.-W. Choi, "Geomechanics of subsurface sand production and gas storage", Georgia Institute of Technology, 2011.

T. T. L. Bui, “Geomechanical model and sanding onset assessment: A field case study in Vietnam”, Petrovietnam Journal, vol. 10, pp. 40–46, 2021. https://doi.org/10.47800/PVJ.2021.10-04.

A. Joseph, L. C. Akubue, J. A. Ajienka, and A. B. Oriji, “Sanding Prediction using Rock Mechanical Properties (A Parametric Study)”, in SPE Nigeria Annual International Conference and Exhibition, Lagos, Nigeria, August 6–8, 2012. https://doi.org/10.2118/162945-MS.

M. Adil Issa, F. Ali Hadi, and R. Nygaard, “Coupled reservoir geomechanics with sand production to minimize the sanding risks in unconsolidated reservoirs”, Petroleum Science and Technology, vol. 40, no. 9, pp. 1065-1083, 2021. https://doi.org/10.1080/10916466.2021.2014522.

M. A. Issa, A. N. Abdulkareem, F. A. Hadi, M. A. Issa, M. Al-moamen, and A. Jasim, “Review of Sand Production Control and Management”, Texas J. Eng. Technol., vol. 11, no. 2014, pp. 48–56, 2022. Available: https://zienjournals.com/index.php/tjet/article/view/2282.

H. Ben Mahmud, V. H. Leong, and Y. Lestariono, “Sand production: A smart control framework for risk mitigation”, Petroleum, vol. 6, no. 1, pp. 1–13, 2020. https://doi.org/10.1016/j.petlm.2019.04.002.

J. Tronvoll, M. B. Dusseault, F. Sanfilippo, and F. J. Santarelli, “The tools of sand management”, in SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Society of Petroleum Engineers, 2001. https://doi.org/10.2118/71673-MS.

C. D. Hall Jr and W. H. Harrisberger, “Stability of sand arches: a key to sand control,” Journal of Petroleum Technology, vol. 22, no. 07, pp. 821–829, 1970. https://doi.org/10.2118/2399-PA.

R. K. Bratli and R. Risnes, “Stability and failure of sand arches”, Society of Petroleum Engineers Journal, vol. 21, no. 02, pp. 236–248, 1981. https://doi.org/10.2118/8427-PA.

A. P. Kooijman, P. J. Van den Hoek, P. De Bree, C. J. Kenter, Z. Zheng, and M. Khodaverdian, “Horizontal wellbore stability and sand production in weakly consolidated sandstones”, in SPE Annual Technical Conference and Exhibition?, SPE, p. SPE-36419, 1996. https://doi.org/10.2118/36419-MS.

S. M. Willson, Z. A. Moschovidis, J. R. Cameron, and I. D. Palmer, “New model for predicting the rate of sand production”, in SPE/ISRM Rock Mechanics Conference, Society of Petroleum Engineers, 2002. https://doi.org/10.2118/78168-MS.

E. Papamichos, I. Vardoulakis, J. Tronvoll, and A. Skjaerstein, “Volumetric sand production model and experiment”, International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, vol. 25, no. 8, pp. 789–808, 2001. https://doi.org/10.1002/nag.154.

L. M. Yeow, Z. Johar, B. Wu, C. Tan, and M. A. Yaakub, “Sand production prediction study using empirical and laboratory approach for a multi-field gas development”, SPE Asia Pacific Conference on Integrated Modelling for Asset Management, Kuala Lumpur, Malaysia, pp. 57–70, March 2004. https://doi.org/10.2118/87004-MS.

P. Ray, W. Hilarides, R. J. Wetzel, and M. N. Sweep, “Mechanical Earth Model Calibration for Sanding Potential Estimation: A Case Study from the Tombua-Landana Development in Angola’s Deepwater Block 14”, IPTC 2007: International Petroleum Technology Conference, 2007. https://doi.org/10.3997/2214-4609-pdb.147.iptc11472.

S. O. Isehunwa and O. Olanrewaju, “A simple analytical model for predicting sand production in a Niger Delta oil field”, International Journal of Engineering Science and Technology, vol. 2, no. 9, pp. 4379-4387, 2010.

M. T. Hayavi and M. Abedifar, “A sensitivity study of relevant parameters on sand production in unconsolidated sandstone reservoirs”, Journal of Petroleum and Gas Engineering, vol. 8, no. 7, pp. 49-59, 2017. https://doi.org/10.5897/JPGE2016.0258.

N. Okereke, V. Ogbuka, N. Izuwa, F. Kara, N. Nwogu, O. Nwanwe, Y. Baba, S. Kanshio, J. Odo, and I. Oguama, “Advanced Mathematical Model for Prediction of Sand Production Rate: A Niger-Delta Case-Study”, in SPE Nigeria Annual International Conference and Exhibition, OnePetro, 2020. https://doi.org/10.2118/203692-MS.

S. Z. Jassim and J. C. Goff, “Geology of Iraq”, Brno, Czech Republic, Dolin, Prague and Moravian Museum, 2006.

BOC, “Final well Report”, 2012

B. Aadnoy and R. Looyeh, “Petroleum rock mechanics: drilling operations and well design”, Gulf Professional Publishing, 2019.

M. A. Issa and F. A. Hadi, “Estimation of Mechanical Rock Properties from Laboratory and Wireline Measurements for Sandstone Reservoirs”, Iraqi Geol. J., vol. 54, no. 2D, pp. 125–137, 2021. https://doi.org/10.46717/igj.54.2D.10Ms-2021-10-29.

C. Chang, M. D. Zoback, and A. Khaksar, “Empirical relations between rock strength and physical properties in sedimentary rocks”, Journal of Petroleum Science and Engineering, vol. 51, no. 3–4, pp. 223–237, 2006. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2006.01.003.

J. J. Zhang, “Applied petroleum geomechanics”, Elsevier, 2019. https://doi.org/10.1016/C2017-0-01969-9

M. A. Issa, F. A. Hadi, A. N. Abdulkareem, M. A. Issa, and R. Nygaard, “An integrated one-dimensional geomechanical model to identify the optimal mud weight and the well trajectory for the Zubair formation”, Arab. J. Geosci., vol. 16, no. 10, p. 586, 2023. https://doi.org/10.1007/s12517-023-11694-6.

B. A. Eaton, “The Equation for Geopressure Prediction from Well Logs,” at Fall Meeting of the Society of Petroleum Engineers of AIME, Dallas, Texas, Sep. 1975. https://doi.org/10.2118/5544-MS.

M. D. Zoback, “Reservoir geomechanics”, Cambridge University Press, 2010.

M. A. Issa, M. A. Issa, and A. A. A. A. Alrazzaq, “Developing a Geomechanical Model to Mitigate the Risks of Wellbore Instability in an Iraqi Oilfield,” Indian Geotech. J., vol. 53, pp. 1064–1077, 2023. https://doi.org/10.1007/s40098-023-00726-3.

M. A. Issa, M. A. Issa, A. N. Abdulkareem, and F. A. Hadi, “Review of Mechanical Rock Properties Measurement and Estimation Techniques”, International Journal of Analytical, Experimental and Finite Element Analysis, vol. 9, no. 3, pp. 43 - 49, Sept. 2022.

M. J. Thiercelin and R. A. Plumb, “A core-based prediction of lithologic stress contrasts in east Texas formations”, SPE Form. Eval., vol. 9, no. 04, pp. 251–258, 1994. https://doi.org/10.2118/21847-PA.

K. Edimann, J. M. Somerville, B. G. D. Smart, S. A. Hamilton, and B. R. Crawford, “Predicting rock mechanical properties from wireline porosities”, in SPE/ISRM Rock Mechanics in Petroleum Engineering, Trondheim, Norway, July 1998. https://doi.org/10.2118/47344-MS.

A. Kim, “Sand control mechanism and its impact on mature fields”, Halliburtonblog. Com, 2012.

J. V. Vogel, “Inflow performance relationships for solution-gas drive wells”, J. Pet. Technol., vol. 20, no. 01, pp. 83–92, 1968. https://doi.org/10.2118/1476-PA.

M. B. Standing, “Inflow performance relationships for damaged wells producing by solution-gas drive”, J. Pet. Technol., vol. 22, no. 11, pp. 1399–1400, 1970. https://doi.org/10.2118/3237-PA.