Ανάπτυξη διαδικασίας εφαρμογής της μεθόδου ισοζυγίου μάζας σε ταμιευτήρες πετρελαίου = Development of a workflow to apply the material balance approach in oil reservoirs.

Περίληψη

Η Μηχανική Ταμιευτήρων (Reservoir Engineering) αποτελεί τον κλάδο της Μηχανικής Πετρελαίου (Petroleum Engineering) που μελετά τη ροή των πετρελαϊκών ρευστών στο εσωτερικό ενός υπόγειου πορώδους σχηματισμού, δηλαδή του ταμιευτήρα και που αποσκοπεί στη βελτιστοποίηση της ανάκτησης των υδρογονανθράκων. Καθώς η φυσική προσέγγιση του ταμιευτήρα για τους παραπάνω σκοπούς δεν είναι εφικτή, προκειμένου να εκτιμηθεί η κατάσταση που επικρατεί στον ταμιευτήρα σε κάθε φάση της ζωής τους, έχουν αναπτυχθεί δύο ευρέως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι, αυτές της Προσομοίωσης Ταμιευτήρων (Reservoir Simulation) και του Ισοζυγίου Μάζας (Material Balance Method).
Η παρούσα διπλωματική εργασία σκοπό έχει την ανάλυση της Μεθόδου Ισοζυγίου Μάζας σε ταμιευτήρες υδρογονανθράκων και τη λεπτομερή ανάπτυξη μίας διαδικασίας εφαρμογής της μεθόδου με τη χρήση του βιομηχανικού λογισμικού MBal της IPM Suite. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα επιμέρους εργαλεία που αξιοποιεί η Μέθοδος Ισοζυγίου Μάζας (Material Balance Method) και η μεθοδολογία (workflow) εφαρμογής της μεθόδου για την εκτίμηση των αβέβαιων χαρακτηριστικών του ταμιευτήρα και για την πρόβλεψη της μελλοντικής απόδοσης. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η υπολογιστική υλοποίηση των παραπάνω στο εργαλείο “material balance” του λογισμικού MBal. Τελικά, αναπτύσσεται μια μελέτη περίπτωσης (Case study) εφαρμογής της προτεινόμενης μεθοδολογίας σε ταμιευτήρα πετρελαίου (αρχικά ακόρεστου και μη ογκομετρικού), με τη χρήση του λογισμικού MBal.
Η μεθοδολογία (workflow) που αναπτύχθηκε χωρίζεται σε δυο μέρη. Το πρώτο μέρος σχετίζεται με την εκτίμηση και χρησιμοποιείται ως μηχανισμό το history matching, το οποίο μέσω της αρχής δοκιμής και σφάλματος υπολογίζει τις βέλτιστες τιμές για τα αρχικά εκτιμώμενα μεγέθη έτσι ώστε να ικανοποιείται η εξίσωση Ισοζυγίου Μάζας. Δεδομένα εισόδου αποτελούν τα ιστορικά δεδομένα παραγωγής, δεδομένα PVT και γεωλογικές εκτιμήσεις για αποθέματα, κορεσμό και ύπαρξη υδροφορέα. Κατά το δεύτερο μέρος της μεθοδολογίας (workflow) για την πρόβλεψη της μελλοντικής απόδοσης, έχοντας πλέον διαθέσιμο το history matched μοντέλο και τη παροχή παραγωγής, πραγματοποιείται ο μηχανισμός πρόβλεψης για διάφορα σενάρια παραγωγής και επιλέγεται το βέλτιστο αυτών.
Τα κυριότερα συμπεράσματα που προκύπτουν είναι πως ενώ η Μέθοδος Ισοζυγίου Μάζας (Material Balance Method) αποτελεί μια υπολογιστικά απλή μέθοδο, με χαμηλές απαιτήσεις σε όγκο δεδομένων, εισαγάγει συγχρόνως μικρό ρίσκο στις  προβλέψεις που παρέχει. Ακόμα, είναι ταχύτερη μέθοδος και πιο οικονομική σε σχέση με τις υπόλοιπες μεθόδους. Επιπλέον, ενώ δεν αποτελεί την πιο ακριβή μέθοδο, τα αποτελέσματα που δίνει είναι VIικανοποιητικά αποκλείοντας την εμφάνιση σημαντικών αποκλίσεων. Τέλος, η εφαρμογή διάφορων σεναρίων παραγωγής και η ανάλυση της προβλεπόμενης απόδοσης για κάθε ένα από αυτά παρέχει τη δυνατότητα βελτιστοποίησης της μελλοντικής διαχείρισης του ταμιευτήρα υδρογονανθράκων.

Reservoir Engineering is the part of Petroleum Engineering that studies the flow of petroleum fluids inside an underground porous formation, i.e., the reservoir, and aims to optimize the recovery of hydrocarbons. As the physical approximation of the reservoir is not feasible, in order to estimate the reservoir characteristics, two primary used methods have been developed, the Reservoir Simulation and the Material Balance Method.
The purpose of this thesis is the analysis of MBE in hydrocarbon reservoirs and the detailed development of the application of the method using the MBal industrial software of the IPM Suite. Specifically, the individual tools utilized by the Material Balance Method and the workflow of method application are presented to calculate the uncertain characteristics of the reservoir and to predict future performance. Then the computational implementation of the above is presented in the "material balance" tool of the MBal software. Finally, a Case study is developed to apply the proposed methodology to an oil reservoir (initially unsaturated and non-volumetric), using the MBal software.
The workflow developed is divided into two parts. The first part is related to the estimation of reservoir characteristics; It uses as mechanism the history matching process, which through the test and error principle calculates the optimal values for the initially estimated parameters so that the Material Balance equation is satisfied. Input data are historical production data, PVT data and geological estimates for the initials hydrocarbon’s volumes in place, reservoir’s saturation and the existence of an aquifer. During the second part of the workflow to predict future performance, having the history matched model and production flow rates available, the forecasting mechanism for various production scenarios is carried out and the optimal ones is selected.
The main conclusions that emerge are that while the Material Balance is a computationally simple method, with low data volume requirements, it also introduces a small risk in the forecast. It is a faster method and more economical than the other methods. In addition, while it is not the most accurate method, it gives satisfactory results by excluding the appearance of significant deviations. Finally, the implementation of various production scenarios and the analysis of the reservoir's performance for each of them allow for optimization of the future management of the hydrocarbon reservoir.