Wax deposition mechanism of Bozi ultra-deep gas condensate reservoir in Tarim basin

Technische Samenvatting: Mechanisme van Wasafzetting in het Bozi Ultra-Diepe Gascondensaatreservoir in het Tarim-bekken

Probleemstelling
Het Bozi-gasveld in het Tarim-bekken vertegenwoordigt een typisch ultra-diep (opslagdiepte >7.000 m), ultra-hoog druk (125 MPa) en hoogtemperatuur (127,53 °C) gascondensaatreservoir. Een kritieke uitdaging bij de ontwikkeling van dit veld is wasafzetting, die gemakkelijk optreedt in gasputten tijdens de herfst en winter door lage temperaturen en een hoog wasgehalte. Dit fenomeen leidt tot productievermindering, het sluiten van putten en blokkades in zowel de putbores als de bovengrondse faciliteiten. Hoal heeft bestaand onderzoek zich gericht op wasafzetting onder medium- tot lage drukcondities, is er een aanzienlijke kloof in het begrip van de mechanismen onder de extreme hoge druk- en temperatuurcondities die specifiek zijn voor ultra-diepe reservoirs. In het bijzonder blijven de dynamische invloed van drastische faseveranderingen van vloeistoffen, de rol van zanddeeltjes als kristalkernen en de kwantitatieve kritieke dagelijkse productie-drempelwaarden voor de preventie van was in dergelijke omgevingen onduidelijk.

Methodologie
Deze studie richt zich op gascondensaatputten met een hoog wasgehalte in het Bozi-veld, waarbij gebruik wordt gemaakt van een combinatie van laboratoriumexperimenten en dynamische modellering:

• Monstername en Karakterisering: Hoogdrukvloeistofmonsters werden verzameld uit vier putten (104, 102, 104-1, 102-2). De monsters werden geanalyseerd met behulp van Differential Scanning Calorimetry (DSC) en chromatografische analyse om het wasgehalte, het wasafzettingspunt en de dichtheid te bepalen.
• Visuele Observatie: Een hoogtemperatuur en hoogdruk vloeistof-faseverandering polarisatiemicroscoop werd gebruikt om gas-vaste precipitatie en vloeistoffaseveranderingen (gas-vloeistof-vast) onder formatiecondities te observeren.
• Dynamische Wasafzettingsproeven: De auteurs ontwikkelden een aangepast "slim tube dynamische wasafzettingstestapparaat" dat in staat is om ultra-diepe condities (tot 100 MPa) te simuleren. Dit apparaat maakte het mogelijk om de wasafzettingssnelheden te meten onder variërende condities:
  • Debiet: 0,1, 0,2 en 0,3 ml/min.
  • Gas-Olie Verhouding (GOR): 20, 50 en 100 m³/m³.
  • Deeltjesgehalte: 1%, 2% en 3% massafractie van vaste deeltjes.
• Modellering: Een meervasige stroming wellbore afzettingsdynamisch model werd toegepast om de wasafzettingsmechanismen onder verschillende dagelijkse productiecijfers te voorspellen. Het model berekent de dikte en snelheid van de wasafzetting op basis van drukverschillen, waarbij dynamische wrijvingscoëfficiënten worden geïntegreerd die rekening houden met de "dynamische ruwheid" van de waslaag.

Belangrijkste Resultaten

• Waskenmerken: Het Bozi-gascondensaat vertoont een maximaal wasafzettingspunt van 33,71 °C. Bij -20 °C bleek de wasaccumulatie lager te zijn dan het totale wasgehalte, wat aangeeft dat was niet volledig kan worden afgezet tijdens DSC-afkoeling. Put 102-2 vertoonde het hoogste wasgehalte (8,08%) en de hoogste dichtheid (0,8096 g/cm³), waardoor deze het meest gevoelig is voor verstopping.
• Impact van het Debiet: Er bestaat een omgekeerd evenredig verband tussen het debiet en de wasafzettingssnelheid. Hogere debieten verhogen de schuifspanning op de buiswand, wat de afgezette waslagen fysiek wegstript en de ordelijke nucleatie en groei van wasmoleculen belemmert, waardoor de netto afzettingssnelheid afneemt.
• Impact van de Gas-Olie Verhouding (GOR): Het verhogen van de GOR vermindert de wasafzettingssnelheid aanzienlijk. Een hoge GOR verdunt de massaconcentratie van was in de vloeistoffase en verandert de rheologische eigenschappen van de vloeistof (het verlaagt de effectieve viscositeit), waardoor het moeilijker is voor wasmoleculen om zich nabij de buiswand te concentreren en te precipiteren. Omgekeerd verhogen GOR-condities met een lage ratio (bijv. tijdens het stilleggen van de put) het risico op ernstige verstopping.
• Impact van Deeltjes: Vaste deeltjes (zand/klei) fungen als kristalkernen, wat de wasgroei bevordert. De studie stelde een directe proportionaliteit vast tussen het deeltjesgehalte en de wasafzettingssnelheid; een hoger deeltjesgehalte leidt tot snellere afzetting.
• Kritieke Productiedrempel: Het dynamische voorspellingsmodel bepaalde dat er voor Put Bozi 1-1 geen wasafzetting in de putbore plaatsvindt wanneer de dagelijkse productie meer dan 3,4 × 10⁵ m³ bedraagt. Onder deze drempel (bijv. bij 2,7 × 10⁵ m³) kruist de temperatuur van de putbore de wasafzettingstemperatuur, wat leidt tot blokkade op dieptes rond de 100 m.

Engineering Toepassing en Mitigatie
De studie paste deze bevindingen toe op Put Bozi 1-1, die eerder te maken had met ernstige wasverstopping (waarbij de oliedruk daalde naar 2 MPa). Een remediatiestrategie werd geïmplementeerd die bestond uit:

1. Circulatie van hoogtemperatuur ruwe olie (80 °C) vanuit de annulus om bestaande was te smelten.
2. Injectie van een wasverwijderaar (2‰ concentratie) gevolgd door de toevoeging van anti-was en pour-point depressanten (0,1%).
3. Het handhaven van de productie boven de kritieke drempelwaarde.

Resultaten na behandeling toonden een herstel van de oliedruk van 2 MPa naar 89 MPa en een stabilisatie van de dagelijkse productie, die toenam van 2,7 × 10⁵ m³ naar 4,0 × 10⁵ m³.

Betekenis en Claims
Het artikel claimt theoretische gegevensondersteuning te bieden voor het begrijpen van wasafzettingsmechanismen in ultra-diepe, hoogdruk en hoogtemperatuur gascondensaatreservoirs. Door de koppelings-effecten van stroomsnelheid, GOR en deeltjesgehalte systematisch te kwantificeren, stelt de studie een kritieke dagelijkse productie-drempelwaarde vast (3,4 × 10⁵ m³) om wasafzetting in het Bozi-veld te voorkomen. Het onderzoek valideert dat het handhaven van de productie boven dit kritieke niveau, gecombineerd met effectieve zandbestrijding en chemische/thermische remediatie, essentieel is voor een stabiele productie. De auteurs stellen dat deze resultaten belangrijke theoretische ondersteuning bieden voor het optimaliseren van de productie en het beheersen van was in soortgelijke ultra-diepe reservoirs, waarbij zij opmerken dat toekomstig werk zich zal richten op het uitbreiden van deze modellen naar optimalisatie van multi-well netwerken en intelligente vroege waarschuwingsplatforms.