JAHRESBERICHT 2012 - DGMK

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mentellen Arbeiten umfassen Impedanz- und NMR-Messungen an künstlichen porösen Proben sowie an Kernmaterial aus einer Öllagerstätte. Die Ergebnisse sollen mit denen der umbenetzten Proben verglichen werden. Ebenfalls fortgeführt wurde das Projekt 742 „Einsatz der Adjoint Methode im History Matching und Arbeitsabläufe zur Optimierung“. Als History Matching wird der Prozess bezeichnet, der Simulationsmodelle so adaptiert, dass diese Modelle Beobachtungen durch Simulationsergebnisse reproduzieren. Ziel des Projektes ist es, einen leistungsfähigen Programm-Prototypen für computer-unterstütztes History Matching zu schaffen, der diesen komplexen Prozess mithilfe einer neuen Methode (Adjoint Methode) unterstützt und optimierte Arbeitsabläufe vorgibt. Dabei sollen physikalische und geologische Randbedingungen berücksichtigt bleiben. In diesem Projekt arbeiten Experten aus Universität und Industrie gemeinsam an der Entwicklung und Umsetzung des vorgeschlagenen Konzepts in ein bereits aus dem industriellen Umfeld bekanntes Softwaresystem. Im Rahmen des E&P-Forschungsfonds ist das Projekt 746 „Experimentelle und numerische Analyse des Polymer Flutprozesses unter Verwendung von Mikromodellen“ in der Durchführung. Polymerfluten ist ein Verfahren zur mobilitätskontrollierten Entölung von Lagerstätten. Aufgrund des Entölungsmechanismus, des geringen anlagentechnischen Aufwandes und der relativ niedrigen Kosten gehört es zu den risikoarmen und oft auch wirtschaftlich attraktiven „Enhanced Oil Recovery (EOR)“ Methoden. Das Verständnis der nicht-linearen physikalischen und chemischen Prozesse, die das Polymerfluten dominieren, spielt für die effiziente Auslegung von Polymerflutprojekten eine entscheidende Rolle. Ziel dieses Forschungsprojektes ist die grundlegende Analyse dieser Prozesse unter Verwendung von Mikromodellen (Wafer aus Silikon, Schliffe oder Glasfilter). Das Projekt beinhaltet die Durchführung verschiedener Laborexperimente und numerische Simulationen. Es wird interdisziplinär an verschiedenen Instituten bearbeitet und verbindet die Fachbereiche Petroleum Engineering, physikalische Chemie, Physik, Halbleitertechnik (Materialwissenschaften) und numerische Mathematik. Das Projekt bietet jungen Wissenschaftlern die Möglichkeit in einem interdisziplinären Umfeld im Austausch mit erfahrenen Wissenschaftlern weiter- bzw. ausgebildet zu werden und stateof-the-art Technologien aus anderen Fachbereichen kennenzulernen. Neu begonnen wurde das Projekt 751 „Akustische Wellenstimulation zur Erhöhung des Entölungsgrades“. Bei der Anwendung von tertiären Verfahren zur Erhöhung der Erdölgewinnung (EOR – Enhanced Oil Recovery) kann es durch die eingesetzten Chemikalien zu Formationsschädigungen im bohrlochnahen Bereich kommen. Eine alternative Methode zu den chemischen Verfahren stellt die Anwendung von Schallwellen zur Erzeugung von pulsartigen Vibrationen in der Lagerstätte dar, die durch verschiedene Mechanismen zu einer zusätzlichen Mobilisierung des Erdöls führen kann. Darüber hinaus kann diese Methode zur Reduzierung von Formationsschädigung im bohrlochnahen Bereich angewendet werden. In dem Projekt soll das Potential von Schallwellen als zusätzliche EOR-Maßnahme in Laborexperimenten an Bohrkernmaterial mit und ohne gleichzeitige Anwendung von Wasserfluten untersucht werden. Zusätzlich kann die Zugabe von Chemikalien bei der Anwendung der Wellenstimulation untersucht werden. Zur Verifikation der Laborergebnisse soll ein Feldversuch durchgeführt werden. Im Bereich der Erdöl- und Erdgasfördertechnik wurde das Projekt 633/3 „Stabilität von hochmolekularen Fracfluiden unter HTHP- Bedingungen in Gasbohrungen“ abgeschlossen. Hintergrund des Projektes ist die Problematik, dass die bei Frac-Operationen eingesetzten polymeren Fracfluide nach Abschluss der Frac-Maßnahme häufig nicht vollständig zurückgefördert werden können und dadurch zu einer verminderten Produktivität der stimulierten Sonde führen. Als Ursache wird eine verminderte Wirksamkeit der zugesetzten Breaker angenommen. Ziel des Projektes war es, die Faktoren, die die Wirksamkeit des Fracgelabbaus in Bohrungen negativ beeinflussen, zu ermitteln und Strategien für eine Verbesserung des Fracgelabbaus zu erarbeiten. Im Rahmen der dritten Projektphase wurden Untersuchungen zur pH-Abhängigkeit des Vernetzungs- und Abbauverhaltens von Fracgelen sowie zur Proppant-Tragfähigkeit als Funktion der Temperatur und der Polymerkonzentration durchgeführt. In dem Projekt 680 „Numerische Untersuchungen zur Frac-Ausbreitung in Tight Gas Reservoirs mit dem FDM-Programm FLAC3D“ wurde die dritte Phase begonnen. Nachdem eine Machbarkeitsstudie gezeigt hatte, dass der für felsmechanische Fragestellungen entwickelte numerische Simulator FLAC3D auch zur Berechnung des Frac- 8
Verlaufs bei der hydraulischen Stimulation von Tight Gas Lagerstätten geeignet ist und im Vergleich zu den herkömmlichen Simulationsprogrammen verschiedene Vorteile wie z.B. eine realitätsnähere Darstellung der Frac- Ausbreitung erlaubt, wurden in der zweiten Projektphase die Möglichkeiten von FLAC3D zur Simulation einer mehrfach gefracten Horizontalbohrung untersucht. Ziel der dritten Projektphase ist die Entwicklung eines numerischen Konzepts für die realitätsnahe Simulation des Frac-Prozesses unter Berücksichtigung der Strömung, des Transports und des Absetzens der Proppants im Frac sowie der Frac- Schließung. Das Projekt 707 „Entwicklung von Tracer- Systemen für den Einsatz bei mehrstufigen Fracs“ wurde fortgeführt. Bei der Stimulation von geringpermeablen Lagerstätten durch Multi-Frac Maßnahmen werden zunehmend Tracer zur Kontrolle der Clean-Up- und der Produktionsphase eingesetzt. Die rückgeförderten Tracer ergeben Hinweise auf die Produktivität der einzelnen Fracs sowie möglicherweise auftretende Blockaden. In dem Projekt sollen geeignete Systeme entwickelt werden, mit denen Gas Tracer zusammen mit dem Fracfluid in den Frac eingebracht werden können (z.B. über eine Anbindung der Tracer an das Proppantmaterial) und die darüber hinaus über eine verzögerte Freisetzung der Tracer eine relativ lange Beobachtungszeit (mind. 1/2 Jahr) der einzelnen Fracs erlauben. Es wurden Versuche zur Ermittlung des Adsorptionsvermögens von uncoated Proppants sowie verschiedener Adsorptionsmittel für PFC-Tracer durchgeführt. Für die als erfolgversprechend identifizierten Silica-Partikel wurde geprüft, ob durch ein Coating der mit Tracer beladenen Partikel oder durch die Einbettung dieser Partikel in ein polymeres, aushärtbares Harz eine Reduzierung der Tracer Freisetzungsrate erreicht werden kann. Die erste Projektphase steht kurz vor dem Abschluss. Eine Fortführung der Arbeiten ist in der Planung. Die erste Phase des Projektes 708 „Stabilität von coated Proppants“ wurde abgeschlossen. Hintergrund des Projektes ist die Problematik, dass die beim Hydraulic Fracturing zur Stabilisierung der Stützmittelpackung eingesetzten beschichteten Proppants die in sie gesetzten Erwartungen nicht in jedem Fall erfüllen, d.h. nach einer gewissen Zeit kann ein Austrag von Proppants oder Proppant- Bruchstücken beobachtet werden. Die Ursachen hierfür sind nicht geklärt. In engem Zusammenhang mit der Proppant-Rückförderung stehen deutliche Reduktionen der Gasproduktionsrate, die durch eine Verminderung der Frac-Leitfähigkeit und der effektiven Frac- Halblänge verursacht werden. In dem Projekt wurde eine neue Messzelle nach API-61 mit der zusätzlichen Möglichkeit der Temperierung gebaut, die zur Ermittlung der Stabilität von beschichteten und nicht beschichteten Proppants unter in situ Bedingungen verwendet wurde. Die durchgeführten Untersuchungen lassen einen Druckeinfluss auf die Stabilität der Proppants erkennen, der Einfluss von Lagerstättenwasser und Behandlungsfluiden auf die Stabilität der Proppants ist jedoch eher gering. Eine zweite Projektphase ist in der Vorbereitung. Das Projekt 677 „Verbesserung der Technologie zur In-Line Messung der Gasfeuchte“ wurde abgeschlossen. Hintergrund des Projektes ist die Problematik, dass die am Markt verfügbare Messtechnik zur Ermittlung der Gasfeuchte beim Einsatz in Erdgas häufig zu unbefriedigenden Ergebnissen führt. Drift von Messwerten und Mängel bei der Temperatur- und Druckkompensation stellen die Kernprobleme dar. Ziel des Projektes war es, die am Markt verfügbaren Feuchtesensoren bezüglich ihrer Einsatzfähigkeit in Erdgassystemen systematisch zu untersuchen, die Ursachen der auftretenden Messprobleme zu identifizieren und zusammen mit den Messtechnikherstellern Verbesserungen an der Technologie vorzunehmen. Aufgrund der Ergebnisse des Projektes konnten für zwei Messgeräte Verbesserungen vorgenommen werden, so dass diese nun für den Einsatz in Erdgas (Süßgas) zu empfehlen sind. Die vor kurzem neu auf den Markt gekommenen, auf Basis der Laserspektroskopie (IR-Absorption) arbeitenden Feuchtesensoren wurden in der abschließenden Projektphase ebenfalls getestet. Die Ergebnisse zeigen die prinzipielle Eignung für die Wassergehaltsbestimmung in Erdgas, wesentliche Vorteile gegenüber den herkömmlichen Sensoren wurden jedoch nicht festgestellt. Aufgrund der geringen Querempfindlichkeiten könnte ihr Einsatz in Sonderfällen von Interesse sein. In dem Projekt 704 „Beurteilung von Gelen und Polymeren für Absperrmaßnahmen im Bohrloch“ wurde die 2. Phase abgeschlossen. Hintergrund des Projektes ist die Problematik, dass mit zunehmender Förderzeit die Verwässerung von gasführenden Schichten zunimmt, so dass Bohrungen unter Umständen wegen steigender Wasseranteile abgeschaltet werden müssen. Durch die Anwendung von 9
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