Esses cientistas podem agora prever o limite no qual um reservatório de petróleo produzirá areia - e pode entrar em colapso:Da esquerda:Dawid Szewczyk, Andreas Berntsen e Lars Erik Walle. Crédito:Thor Nielsen.
A areia na corrente de óleo com risco de colapso do poço é um problema bem conhecido quando os reservatórios de arenito se aproximam do esgotamento. Sensores avançados e uma supermáquina estão ajudando os cientistas pesquisadores a encontrar o limite no qual a produção lucrativa cessa. Isso pode aumentar a vida útil dos reservatórios.
Em campos maduros na plataforma norueguesa - aqueles que vêm produzindo há algum tempo - a pressão do fluido no reservatório é reduzida, resultando em menor resistência às forças às quais a rocha reservatório está exposta. Essas forças fazem com que fragmentos de areia e rocha se soltem das paredes do poço e se misturem com os fluxos de óleo ou gás. Isso é chamado de "produção de areia" e é um problema que se aplica principalmente a campos mais antigos.
“Para explorar os recursos em campos desenvolvidos, vale a pena produzir da forma mais eficiente possível a partir de poços existentes, e isso requer conhecimento de como produzir quando o risco de produção de areia aumenta. Isso é o que agora podemos prever com mais precisão, "diz Andreas Berntsen da SINTEF.
Domando forças enormes
Petróleo e gás são encontrados principalmente em camadas de arenito poroso, onde preenchem os poros da mesma forma que um líquido preenche uma esponja. Alguns dos reservatórios mais comuns consistem em grãos de areia que foram cimentados ao longo do tempo geológico para formar arenitos enterrados vários quilômetros abaixo da superfície.
Se muita areia é produzida de um poço, isso causará um desgaste e rompimento desproporcionalmente alto em válvulas e tubos. Também pode resultar na obstrução do poço, equipamentos bloqueados e produtividade reduzida. A areia também deve ser separada do fluxo de produção, limpos e eliminados.
Os poços devem ser perfurados no reservatório para permitir a produção de óleo ou gás. Quando as válvulas são abertas, óleo e gás fluirão das rochas porosas para o poço e até a plataforma de produção ou para dutos no fundo do mar.
"Os reservatórios muitas vezes ficam a profundidades de dois a cinco quilômetros e o peso das formações rochosas sobrepostas sujeitarão a rocha do reservatório a uma tensão considerável. A área
imediatamente adjacente ao poço é mais vulnerável a danos se a rocha estiver no limite do que pode suportar, "diz Euripides Papamichos, o cientista pesquisador sênior responsável pelo projeto no SINTEF.
Antigo campo de pesquisa
A produção de areia tem sido, portanto, um importante tema de pesquisa por 25 anos, tanto para entender os mecanismos em jogo quanto para permitir a previsão, manuseio, limitação ou prevenção do fenômeno.
Um elemento importante do esforço de pesquisa é o teste de laboratório de arenito, obtido em pedreiras ou diretamente de um campo de petróleo. Um orifício cilíndrico é perfurado na amostra de arenito, como um poço de pequena escala. A rocha é então colocada em uma câmara de pressão onde é submetida a tensões que imitam as de um reservatório. Grandes gavetas hidráulicas aplicam pressão variável em diferentes direções, enquanto o óleo penetra na rocha e entra no poço. Conforme o estresse aumenta, é possível observar areia na corrente de óleo conforme a rocha ao redor do poço é esmagada.
"No laboratório, podemos controlar a pressão e o fluxo e reproduzir as condições de estresse e fluxo que existem em vários campos. Também podemos medir a produção de areia e observar como as paredes do poço estão erodidas. Com base nisso, podemos criar modelos de quando a produção de areia vai começar e como ele se desenvolverá ao longo do tempo para diferentes rochas. Isso é muito mais difícil de medir no campo, então os testes de laboratório são valiosos, "diz Berntsen.
Forças impactam o reservatório de todas as direções
O estresse vertical é o maior, enquanto as tensões horizontais costumam ser um pouco menores. Assumir que as tensões no plano horizontal são iguais em todas as direções torna os cálculos e testes de laboratório mais simples. A maioria dos laboratórios não é capaz de varia-los independentemente. O problema é que isso não representa a imagem real na maioria das situações de campo.
"Além disso, grande, poços inclinados ou horizontais tornaram-se mais comuns e isso torna o padrão de tensão muito mais complexo. Sabemos que a resistência da rocha depende do padrão de tensão, e isso afeta a produção de areia. Contudo, apenas True Triax nos permite realmente testar o efeito do padrão de estresse, "Lars Erik Walle da SINTEF Industry explica. Ele está se referindo ao mais recente grande investimento do departamento, o verdadeiro sistema de teste triaxial, que pode variar as tensões nas três direções.
Máquina monstro especialmente desenvolvida
A máquina True Triax é a única de seu tipo que pode imitar as condições prevalecentes até dez quilômetros abaixo da superfície, enquanto permite o fluxo de líquido em alta temperatura. O equipamento é construído especialmente para este laboratório, pesa dez toneladas e, tem uma produção de 800 toneladas de força em amostras de rocha medindo até meio metro de diâmetro.
Por muitos anos, Os cientistas do SINTEF têm desenvolvido métodos de teste para estudar a produção de areia em laboratório, mas só agora o equipamento permite a simulação de condições de estresse verdadeiramente realistas. O trabalho neste projeto está em andamento desde 2017, e os cientistas do SINTEF agora se alistaram com um doutorado. bolsista da NTNU que fará um estudo específico de como ocorre a produção de areia em campos de gás.
De medições físicas a modelos de computador
As medições físicas dos testes de laboratório, combinado com modelos e simulações, estão sendo usados para desenvolver um aplicativo de software para estimar a produção de areia.
"Estamos construindo uma grande base de conhecimento usando diferentes arenitos nos testes. No entanto, todas as rochas são diferentes, portanto, nossos parceiros da indústria enviam amostras de rocha reservatório direto do campo para serem testadas por nós para que possamos calibrar nossos modelos. As informações dos poços são então incorporadas ao software, que calcula a produção de areia de várias partes do poço sob determinadas condições. Desta forma, os operadores podem comparar diferentes métodos de produção, "diz Papamichos.
Os principais objetivos deste projeto de pesquisa são:
