Comprehensive Study of CO2 Flooding: Laboratory and Simulation Studies to Select Injection Scenario of CO2 Flooding Techniques Using 3-D Z Field Model Based on Economic Analysis : 경제성분석에 의거한 3-D Z Field 모델의 CO2 주입 설계 최적화를 위한 실험과 시뮬레이션 연구원문보기
DadanDamayandriSyaefulMilah
(Sejong University, Department of Energy and Mineral Resources Engineering
에너지자원공학과 Petroleum Engineering
국내석사)
이산화탄소(CO2) 주입 공법은 풍부한 이산화탄소의 공급과 더불어 대기 중의 온실가스양을 줄일 수 있는 장점과 함께 전 세계에 걸쳐서 시행되고 있다. 이산화탄소를 사용하는 주된 이유는 석유부피의 팽창, 석유 점성도의 감소, 계면장력의 감소 등으로 저류층내의 석유의 이동성을 증가시킬 수 있기 때문이다. 그러나 이산화탄소의 fingering 현상과 중력 분리로 인해 저류층 내에서 낮은 sweep efficiency로 인해 석유 회수율을 감소시키는 문제점을 가지고 있다. 이렇게 이산화탄소의 유동도에 따른 회수율 감소 등의 문제점들을 해결하기 위하여, 이산화탄소와 더불어 물을 주입하는 WAG(water-alternating-gas) 공법이 사용되고 있다. 이 공법은 이산화탄소를 저류층에 주입 후 물을 첨가하여 이산화탄소의 유동도로 인해 발생되는 낮은 sweep efficiency를 향상시키며, 단일적으로 이산화탄소를 사용했을 때보다 이산화탄소의 사용량을 줄여 비효율적인 유체 주입을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 다양한 이산화탄소 주입 공법의 시뮬레이션 모델링을 통해 최적의 공법을 제시하고자 한다. 이산화탄소 주입 공법 연구를 실행하기 전에 필요한 ...
이산화탄소(CO2) 주입 공법은 풍부한 이산화탄소의 공급과 더불어 대기 중의 온실가스양을 줄일 수 있는 장점과 함께 전 세계에 걸쳐서 시행되고 있다. 이산화탄소를 사용하는 주된 이유는 석유부피의 팽창, 석유 점성도의 감소, 계면장력의 감소 등으로 저류층내의 석유의 이동성을 증가시킬 수 있기 때문이다. 그러나 이산화탄소의 fingering 현상과 중력 분리로 인해 저류층 내에서 낮은 sweep efficiency로 인해 석유 회수율을 감소시키는 문제점을 가지고 있다. 이렇게 이산화탄소의 유동도에 따른 회수율 감소 등의 문제점들을 해결하기 위하여, 이산화탄소와 더불어 물을 주입하는 WAG(water-alternating-gas) 공법이 사용되고 있다. 이 공법은 이산화탄소를 저류층에 주입 후 물을 첨가하여 이산화탄소의 유동도로 인해 발생되는 낮은 sweep efficiency를 향상시키며, 단일적으로 이산화탄소를 사용했을 때보다 이산화탄소의 사용량을 줄여 비효율적인 유체 주입을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 다양한 이산화탄소 주입 공법의 시뮬레이션 모델링을 통해 최적의 공법을 제시하고자 한다. 이산화탄소 주입 공법 연구를 실행하기 전에 필요한 매개변수는 이산화탄소가 주입될 저류층 원유의 최소 혼합 압력(MMP: Minimum Miscible Pressure)과 swelling factor가 있다. 이 변수들은 실험적인 연구를 통해 획득가능하며, 시뮬레이션 모델링을 통해 분석된 매개변수와 비교 분석 되어 진다. 최소 혼합 압력 연구를 위한 실험 및 시뮬레이션 연구를 통해 획득된 데이터 분석결과는 5% 이내의 차이점을 보이며 거의 같은 결과를 나타냈다. 또한, 이산화탄소 주입 공법을 이용하는 현장 개발 시나리오 분석을 위해서 실제 인도네시아의 Z 광구의 해당 지층에 대한 지질학적 정보 등을 이용하여 시뮬레이션 모델링이 실행되었다. 시뮬레이션 모델링을 위해 이용된 공법으로는 저류층내에 CO2를 연속적으로 주입시키는 연속적 이산화탄소 주입 공법(continuous CO2 flooding), WAG 공법 그리고 SWAG(Simultaneous water and gas injection) 공법이 적용되었다. 시뮬레이션 모델링을 위한 저류층 유체 성분 분석을 위해 이용되는 CMG社의 시뮬레이터 GEM을 이용하였고, 유체 특성 및 상변화 관찰을 위해서는 Winprop이 이용되었다. 한편, 원유회수증진(Enhanced Oil Recovery) 공법의 성공여부를 판단하기 위한 기준 변수로써 고려되어져야 하는 것은 경제성 분석이다. 본 연구에서 수행된 다양한 이산화탄소 주입 시나리오 중 어느 시나리오가 경제적이며 최적의 오일 회수를 가능하게 하는지에 대한 경제성 분석을 위해 이산화탄소 구입비용, 이산화탄소를 저류층에 주입하기 위한 지상설비 설치비용 등의 이산화탄소 주입 공법을 이해 필요한 비용의 효율성을 분석하였다. 본 연구의 3D 시뮬레이션 결과를 통해 가장 경제적 효율성을 나타낸 공법은 SWAG(simultaneous WAG)공법이였으며, 최적의 주입 이산화탄소 주입 비율은 0.4, 전체 주입량은 0.6 PV을 주입했을 경우였으며, 순 현재가치(NPV)는 94.14 MM$ 이다. SWAG 공법을 통해 획득한 오일 회수율은 25.43% 이며 이산화탄소 이용률은 7,774.81 ft3/bbl이다. 본 연구의 시뮬레이션 모델링을 통해 이산화탄소 주입 공법 중에 실제 광구에 적용했을 경우 SWAG 공법이 가장 효율적인 공법으로 판단된다.
이산화탄소(CO2) 주입 공법은 풍부한 이산화탄소의 공급과 더불어 대기 중의 온실가스양을 줄일 수 있는 장점과 함께 전 세계에 걸쳐서 시행되고 있다. 이산화탄소를 사용하는 주된 이유는 석유부피의 팽창, 석유 점성도의 감소, 계면장력의 감소 등으로 저류층내의 석유의 이동성을 증가시킬 수 있기 때문이다. 그러나 이산화탄소의 fingering 현상과 중력 분리로 인해 저류층 내에서 낮은 sweep efficiency로 인해 석유 회수율을 감소시키는 문제점을 가지고 있다. 이렇게 이산화탄소의 유동도에 따른 회수율 감소 등의 문제점들을 해결하기 위하여, 이산화탄소와 더불어 물을 주입하는 WAG(water-alternating-gas) 공법이 사용되고 있다. 이 공법은 이산화탄소를 저류층에 주입 후 물을 첨가하여 이산화탄소의 유동도로 인해 발생되는 낮은 sweep efficiency를 향상시키며, 단일적으로 이산화탄소를 사용했을 때보다 이산화탄소의 사용량을 줄여 비효율적인 유체 주입을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 다양한 이산화탄소 주입 공법의 시뮬레이션 모델링을 통해 최적의 공법을 제시하고자 한다. 이산화탄소 주입 공법 연구를 실행하기 전에 필요한 매개변수는 이산화탄소가 주입될 저류층 원유의 최소 혼합 압력(MMP: Minimum Miscible Pressure)과 swelling factor가 있다. 이 변수들은 실험적인 연구를 통해 획득가능하며, 시뮬레이션 모델링을 통해 분석된 매개변수와 비교 분석 되어 진다. 최소 혼합 압력 연구를 위한 실험 및 시뮬레이션 연구를 통해 획득된 데이터 분석결과는 5% 이내의 차이점을 보이며 거의 같은 결과를 나타냈다. 또한, 이산화탄소 주입 공법을 이용하는 현장 개발 시나리오 분석을 위해서 실제 인도네시아의 Z 광구의 해당 지층에 대한 지질학적 정보 등을 이용하여 시뮬레이션 모델링이 실행되었다. 시뮬레이션 모델링을 위해 이용된 공법으로는 저류층내에 CO2를 연속적으로 주입시키는 연속적 이산화탄소 주입 공법(continuous CO2 flooding), WAG 공법 그리고 SWAG(Simultaneous water and gas injection) 공법이 적용되었다. 시뮬레이션 모델링을 위한 저류층 유체 성분 분석을 위해 이용되는 CMG社의 시뮬레이터 GEM을 이용하였고, 유체 특성 및 상변화 관찰을 위해서는 Winprop이 이용되었다. 한편, 원유회수증진(Enhanced Oil Recovery) 공법의 성공여부를 판단하기 위한 기준 변수로써 고려되어져야 하는 것은 경제성 분석이다. 본 연구에서 수행된 다양한 이산화탄소 주입 시나리오 중 어느 시나리오가 경제적이며 최적의 오일 회수를 가능하게 하는지에 대한 경제성 분석을 위해 이산화탄소 구입비용, 이산화탄소를 저류층에 주입하기 위한 지상설비 설치비용 등의 이산화탄소 주입 공법을 이해 필요한 비용의 효율성을 분석하였다. 본 연구의 3D 시뮬레이션 결과를 통해 가장 경제적 효율성을 나타낸 공법은 SWAG(simultaneous WAG)공법이였으며, 최적의 주입 이산화탄소 주입 비율은 0.4, 전체 주입량은 0.6 PV을 주입했을 경우였으며, 순 현재가치(NPV)는 94.14 MM$ 이다. SWAG 공법을 통해 획득한 오일 회수율은 25.43% 이며 이산화탄소 이용률은 7,774.81 ft3/bbl이다. 본 연구의 시뮬레이션 모델링을 통해 이산화탄소 주입 공법 중에 실제 광구에 적용했을 경우 SWAG 공법이 가장 효율적인 공법으로 판단된다.
CO2 Flooding have been implemented around the world due to the abundant source of CO2 and can also be used for reducing emission in the atmosphere. The main reason of using CO2 gas for tertiary recovery is because its capability to reduce oil viscosity and to make crude oil swell, hence improve oil ...
CO2 Flooding have been implemented around the world due to the abundant source of CO2 and can also be used for reducing emission in the atmosphere. The main reason of using CO2 gas for tertiary recovery is because its capability to reduce oil viscosity and to make crude oil swell, hence improve oil mobility. However, there are some challenges such as poor sweep efficiency, low oil recovery due to viscous fingering and gravity segregation. So, in order to improve sweep efficiency and reduce viscous fingering, we can use Water-Alternating-Gas (WAG) CO2 Flooding technique. By adding water after injecting CO2 into reservoir, it will provide better sweep efficiency and also reduce the amount of CO2 injected in case of inefficiency of using a lot of CO2 but there are no significant incremental recovery gained. The parameter needed to be known before doing CO2 flooding is the minimum miscible pressure of that crude oil, and also swelling factor. These parameters can be analyzed by doing laboratory experiments. And simulation models also will be used for comparing the experimental results of each experiments with the results gained from simulation models. The result from these studies gives almost the same result with the difference less than 5% for MMP studies. At the end, the parametric sensitivity analysis using various field development scenario using CO2 flooding techniques was done by using real field simulation model of Field Z, Layer AB-X. The CO2 flooding techniques that was used were CO2 continuous flooding, Water-Alternating-Gas (WAG) flooding, and Simultaneous Water and Gas (SWAG) Injection. The simulation models that was used in this thesis are CMG Compositional Fluid Simulator, GEM, and Phase Behavior and Fluid Property Simulator, WinProp. Economic analysis become the main parameter to be considered as the parameter for choosing the right criteria for flooding mechanism. Economic Analysis was used to analyze the cost effectiveness on the WAG Flooding that depends on which case that have optimum recovery and can be produced economically with that injection scenarios. From the 3-D Simulation results, the most economic project was SWAG Flooding with gas fraction of flow rate 0.4, and total injection 0.6 PV. The NPV of this scenario is 94.14 MM$. The recovery factor of this scenario is 25.43% and CO2 utilization factor is 7,754.81 ft3/bbl. Thus, it is better to implement the SWAG flooding with fg 0.4 for the field development project rather than CO2 Continuous Flooding and WAG Flooding.
CO2 Flooding have been implemented around the world due to the abundant source of CO2 and can also be used for reducing emission in the atmosphere. The main reason of using CO2 gas for tertiary recovery is because its capability to reduce oil viscosity and to make crude oil swell, hence improve oil mobility. However, there are some challenges such as poor sweep efficiency, low oil recovery due to viscous fingering and gravity segregation. So, in order to improve sweep efficiency and reduce viscous fingering, we can use Water-Alternating-Gas (WAG) CO2 Flooding technique. By adding water after injecting CO2 into reservoir, it will provide better sweep efficiency and also reduce the amount of CO2 injected in case of inefficiency of using a lot of CO2 but there are no significant incremental recovery gained. The parameter needed to be known before doing CO2 flooding is the minimum miscible pressure of that crude oil, and also swelling factor. These parameters can be analyzed by doing laboratory experiments. And simulation models also will be used for comparing the experimental results of each experiments with the results gained from simulation models. The result from these studies gives almost the same result with the difference less than 5% for MMP studies. At the end, the parametric sensitivity analysis using various field development scenario using CO2 flooding techniques was done by using real field simulation model of Field Z, Layer AB-X. The CO2 flooding techniques that was used were CO2 continuous flooding, Water-Alternating-Gas (WAG) flooding, and Simultaneous Water and Gas (SWAG) Injection. The simulation models that was used in this thesis are CMG Compositional Fluid Simulator, GEM, and Phase Behavior and Fluid Property Simulator, WinProp. Economic analysis become the main parameter to be considered as the parameter for choosing the right criteria for flooding mechanism. Economic Analysis was used to analyze the cost effectiveness on the WAG Flooding that depends on which case that have optimum recovery and can be produced economically with that injection scenarios. From the 3-D Simulation results, the most economic project was SWAG Flooding with gas fraction of flow rate 0.4, and total injection 0.6 PV. The NPV of this scenario is 94.14 MM$. The recovery factor of this scenario is 25.43% and CO2 utilization factor is 7,754.81 ft3/bbl. Thus, it is better to implement the SWAG flooding with fg 0.4 for the field development project rather than CO2 Continuous Flooding and WAG Flooding.
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