Optimization of Infill Well Placement in Clastic Reservoirs of Toma South Oilfield

Diep onder het oppervlak van de aarde ligt olie niet altijd in één enkele, uniforme plas die wacht om opgepompt te worden. In plaats daarvan bevindt het zich vaak in lagen zandsteen, een type gesteente dat gevormd is uit oude zandkorrels die door rivieren en wind werden getransporteerd en vervolgens over miljoenen jaren aan elkaar werden gecementeerd. Deze gesteentelagen zijn zelden perfect; ze zitten vol variaties in de mate waarin de korrels compact zijn gepakt en hoe gemakkelijk vloeistoffen erdoorheen kunnen bewegen. In veel olievelden laten de initiële boor- en pompmethoden zakjes olie achter die de oorspronkelijke putten niet kunnen bereiken, gevangen in deze complexe, ongelijkmatige lagen. Dit is bijzonder waar in de Muglad-bekken in Zuid-Soedan, waar het Toma South-olieveld sinds 1999 olie produceert. Hoewel het veld productief is geweest, hebben de natuurlijke variaties in het gesteente een aanzienlijke hoeveelheid olie onberoerd gelaten, verborgen achter barrières van minder doorlatbaar gesteente of in dunne lagen die standaard verticale putten simpelweg niet effectief kunnen bereiken.

De uitdaging voor ingenieurs is om een manier te vinden om de resterende olie te bereiken zonder geld te verspillen aan putten die zouden kunnen falen of te veel water zouden produceren. In volwassen velden zoals Toma South is de druk die de olie naar het oppervlak duwt natuurlijk afgenomen, en is water begonnen op te stijgen, wat het moeilijker maakt om het waardevolle zwarte goud te extraheren. Om dit op te lossen, zette een onderzoeker genaamd J. Junior Rier Mayek van de Heriot-Watt University zich in om de beste manier te vinden om nieuwe putten, bekend als infill-putten (inbrengputten), in de grond te plaatsen. Dit zijn niet de eerste putten die in een veld worden geboord, maar eerder aanvullende putten die strategisch tussen de bestaande putten worden geplaatst om de olie te winnen die eerder is gemist. Het doel was om niet alleen te bepalen waar te boren, maar ook wat voor soort put er geboord moet worden — verticaal, horizontaal of directioneel — en of de extra kosten van deze geavanceerde technieken de moeite waard zouden zijn voor de extra olie die ze kunnen produceren.

Om deze vragen te beantwoorden, bouwde de onderzoeker een gedetailleerde digitale tweeling van het gehele olieveld. Met behulp van gespecialiseerde computersoftware combineerde hij geologische kaarten, seismische gegevens die fungeren als een röntgenfoto van de grond, en decennia aan productiegeschiedenis van de bestaande putten. Dit virtuele model stelde hem in staat om te simuleren hoe de olie en het water door het gesteente bewegen over de tijd. Voordat hij het model vertrouwde, testte hij het tegen real-world data uit het verleden, waarbij hij controleerde of de voorspellingen van de computer over druk en waterniveaus overeenkwamen met wat er daadwerkelijk in de grond gebeurde. Zodra het model accuraat bleek, gebruikte de onderzoeker het om verschillende scenario's te draaien. Hij simuleerde wat er zou gebeuren als men niets zou doen en de bestaande putten simpelweg zou laten produceren totdat ze niet langer winstgevend waren. Hij simuleerde ook het boren van nieuwe verticale putten, die recht naar beneden gaan, evenals horizontale putten, die afbuigen en zijwaarts door de gesteentelagen lopen, en directionele putten, die onder een hoek naar specifieke doelen buigen.

De resultaten van deze simulaties toonden een duidelijke winnaar aan. Terwijl niets doen uiteindelijk een winning van ongeveer 50,2% van de aanwezige olie zou opleveren, zou het toevoegen van nieuwe putten dit aantal aanzienlijk kunnen verbeteren. De studie toonde aan dat het boren van verticale putten zou helpen, waarbij 3,5% extra olie wordt gewonnen, maar deze waren alleen het meest effectief in de dikkere, eenvoudigere lagen van het reservoir. Directionele putten boden een middenweg, waarbij 4,2% meer olie werd gewonnen door om breuken en structurele randen heen te reiken waar olie gevangen zat. Echter, de meest succesvolle strategie betrof het boren van horizontale putten. Door deze putten zijwaarts door de dunne, complexe lagen gesteente te laten lopen, ontdekten de onderzoekers dat ze 4,8% extra van de totale olie konden winnen, waardoor de totale winningsfactor bijna 55% werd. Deze aanpak zou naar verwachting 17,3 miljoen stock tank barrels olie aan de productie van het veld toevoegen tegen het jaar 2028.

Naast de hoeveelheid olie keek de studie ook naar de financiële realiteit van deze opties. Het boren van horizontale putten is duurder vooraf dan het boren van rechte putten, maar de simulatie toonde aan dat de extra olie die ze produceren hen de meest winstgevende keuze maakt. De analyse berekende dat deze strategie een netto contante waarde van $215,46 miljoen zou genereren, met een rendement op de investering van 29% en een terugverdientijd van slechts 2,5 jaar. In contrast hiermee bleek dat het simpelweg proberen om meer water uit de bestaande putten te pompen om meer olie te krijgen, minder efficiënt was, aangezien de kosten voor het verwerken van het extra water de winsten zouden opeten. De studie benadrukte ook dat de beste afstand tussen deze nieuwe putten ongeveer 750 meter is, wat ervoor zorgt dat ze de olie effectief kunnen afvoeren zonder met elkaar te interfereren.

De uiteindelijke aanbeveling van dit onderzoek is om door te gaan met het boren van zes horizontale putten in de meest veelbelovende gebieden van het Toma South-veld, specifiek gericht op de dunne, olie-rijke lagen die tot nu toe gemist zijn. Dit moet gepaard gaan met het optimaliseren van de pompen in de bestaande putten om beter met het water om te gaan. Hoewel de studie erkent dat het boren van deze complexe putten risico's met zich meebrengt en precieze technologie vereist om de boorkop onder de grond te sturen, suggereren de simulaties dat de beloning aanzienlijk is. Door geavanceerde computermodellering te gebruiken om deze beslissingen te sturen, kan de opererende onderneming de hoeveelheid olie die wordt gewonnen maximaliseren, waardoor de hulpbron efficiënt wordt gebruikt en bijdraagt aan de economische groei van Zuid-Soedan. Het werk demonstreert dat zelfs in een verouderd olieveld, zorgvuldige planning en de juiste technologie een aanzienlijke waarde kunnen ontsluiten die voorheen buiten bereik was.