Laboratory and field data investigation on disproportionate permeability reduction to mitigate water production in oil industry

Controlling water production from oil and gas reservoirs, in oil industry, is an objective of primary importance. Water production could heavily affect the profitability of producing wells due to reduced productivity of hydrocarbons and increased costs associated with water treatment and handling. In long term scale it could lead to premature well abandonment, thus in money loss. Many methods are available to mitigate water production: chemical approaches or mechanical approaches. Among chemical methods both sealing and non-sealing system have been in use for many years. Usually the non-sealing systems act accordingly to the phenomena of Disproportionate Permeability Reduction, DPR, and consequently they are known as RPM, Relative Permeability Modifiers. Although their usage may lead to a significant decrease in the water to hydrocarbons ratio, it is fundamental to understand where and when they can be successfully used. This dissertation aims at giving an insight on these chemicals, analysing the main challenges related to their usage, and the solutions deduced by a cross analysis of data collected from laboratory tests and data collected from gas fields. The laboratory tests are performed over samples collected from the same gas fields, and they consist of viscosity, flocculation and coreflooding experiments. While from the gas field production history, interpreted with the results obtained in laboratory, is possible to deduce a complete set of rules, or guidelines, aimed at increasing the chances of success for future water mitigation treatments. This final guide will encloses information necessary to select candidate wells and implement the process of polymer injection, but will leave some space for further development on the topic.

Nel settore dell’industria petrolifera, il controllo dell’acqua prodotta da giacimenti ad olio o a gas è uno degli aspetti che più impattano sui costi, influenzando pesantemente la redditività attraverso sia una riduzione del volume di idrocarburi prodotti, sia un aumento dei costi associati al trattamento e alla gestione dell’acqua stessa. Vi sono tuttavia molte vie percorribili per risolvere il problema, che si dividono principalmente in due categorie: metodi che sfruttano dispositivi meccanici, e metodi basati sull’uso di polimeri o di gel, che esercitano un’azione più o meno sigillante. Questi ultimi agiscono secondo il meccanismo di riduzione di permeabilità sproporzionata, DPR, altresì conosciuti come RPM, modificatori di permeabilità relativa. Il loro corretto utilizzo può portare ad una significativa riduzione della produzione d’acqua lasciando inalterata la produzione di olio o gas. L’obiettivo di questa tesi è dunque quello di fornire una panoramica su queste sostanze chimiche, analizzando le principali sfide legate al loro utilizzo e, in seguito, con un'analisi incrociata dei dati ottenuti da test di laboratorio e dati raccolti dai pozzi di gas, capire quali sono le variabili che influiscono sul loro comportamento. Di conseguenza si passa alla stesura di linee guida che forniscano sia un know-how per la selezione di pozzi trattabili, sia delle istruzioni per eseguire il trattamento stesso. Le prove di laboratorio effettuate a tal fine sono eseguite su campioni prelevati dagli stessi giacimenti di gas che forniscono i dati di campo, e consistono in una serie di test di viscosità, di flocculazione e di flussaggio di carota. Con i dati ottenuti in queste prove, messi in relazione con i dati produttivi dei giacimenti di gas, è stato possibile dedurre l’insieme completo di regole prima citato, che possono essere sfruttate al fine di aumentare le possibilità di successo per i futuri trattamenti di mitigazione acqua, lasciando ampio spazio per ulteriori sviluppi futuri.