En eksperimentell studie av CO2 injeksjon for økt oljeutvinning i oppsprukket kalk

Abstract

I denne eksperimentelle masteroppgaven studeres CO2 og CO2 skum injeksjon for økt oljeutvinning i dagbrudd kalk, siden injeksjon av CO2 har et stort potensiale som en økt oljeutvinningsmetode og utvikler blandbarhet med reservoarolje ved lavere trykk enn hydrokarbongasser. Totalt ble 17 kjerneprøver og to blokker preparert for å studere effekten av tilstedeværelse av vann, sprekker og system størrelse på oljeutvinning under CO2 injeksjon i kalk. Eksperimentelle oppsett ble designet og bygget for å kunne utføre både CO2 og CO2-skum injeksjonstester i kjerneplugger og store blokker på trykk og temperatur som ledet til førstekontakts blandbarhet mellom CO2 og n dekan. Resultatene viser meget godt samsvar i repeterte tester, særlig i eksperimenter uten initielt vann til stede (så kalte baseline eksperimenter), i både kjerneprøver med og uten sprekk. Oppnådde resultater er basert på materialbalanse og målt differensial- og linjetrykk over prøvene. Resultatene bekrefter at CO2 flømming har et høyt potensiale for økt oljeutvinning, med en utvinningsgrad for helkjerner mellom 99 100 % av OOIP. Noe lavere utvinningsgraden ble observert for oppsprukne kjerner (72 95 % av OOIP), og utvinningsgraden minker med økt sprekkpermeabilitet, siden viskøs fortrengning er sterkere i helkjerner sammenlignet med oppsprukne kjerner. I tillegg til noe lavere utvinningsgrad, ble det observert tidligere CO2 gjennombrudd i oppsprukne prøver, slik at det måtte injiseres større mengder CO2 for å oppnå høy utvinningsgrad. Oppnådde eksperimentelle resultater viser at diffusjon er den dominerende utvinningsmekanismen under CO2 injeksjon i oppsprukne systemer (blokker og kjerneprøver). Tilstedeværelse av vann som en ikke reduserbar vannmetning, reduserer oljeproduksjon ved diffusjon fordi vannet hindrer direkte kontakt mellom CO2 og oljen. Dette leder til reduserte produksjonsrater og lavere utvinning i systemer med initielt vann til stede. Det ble også observert en effekt av system størrelse på olje produksjonseffektiviteten under CO2 injeksjon. Den relativt kortere diffusjonslengden i små kjerneplugger sammenlignet med større blokker bidro til å gjøre CO2 injeksjon mer effektiv i mindre systemer. Bruk av skum for mobilitetskontroll og plugging av høypermeable soner eller sprekker, ble også undersøkt, men det ble utført kun to CO2-skum flømming eksperimenter, der det ikke kan trekkes klare konklusjoner om effektiviteten av CO2 skum som en utvinningsmekanisme i oppsprukken kalk basert på resultater fra disse to eksperimentene. I tillegg ble det laget en numerisk modell i simuleringsprogrammet IMEX fra CMG for vannflømming av kalk blokker. Denne modellen kan brukes for sensitivitetsanalyse der effekten av parametere som sprekk, sprekkpermeabilitet, initiell vannmetning, trykk, injeksjonsrate og lignende kan studeres.