Model-based estimation of multi-phase flows in horizontal wells

Abstract

The growing demand for hydrocarbon production has resulted into improved oilfield management with various control and optimization strategies. These strategies in turn strongly rely on the efficiency of downhole equipment which is used to obtain real-time oil and gas production rates with sufficient spatial and temporal resolution. In particular, multiphase flowmeters installed downhole can improve the production of horizontal wells by allocating the zones of oil, gas and water inflow. However, existing multiphase meters are expensive, inaccurate or accurate only within a limited operating range and therefore such monitoring is unrealistic. To overcome these problems one can use so-called multiphase soft-sensors, i.e. to estimate flow rates from conventional meters, such as downhole pressure gauges, in combination with a dynamic multiphase flow model. The soft-sensors can also be used together with hardware sensors to improve their overall performance, e.g. by substituting missing data of the hardware sensor with output of the soft-senor. The research presented in this thesis discusses possibilities and limitations of such multiphase soft-sensors. The groeiende vraag naar koolwaterstofproducten heeft geresulteerd in een verbeterd management van olievelden met verscheidene regel- en optimalisatiestrategien. Deze strategieën vertrouwen sterk op de efficiency van ondergrondse apparatuur die gebruikt wordt voor het verkrijgen van real-time olie- and gasproductiesnelheidsmetingen met voldoende resolutie in plaats en tijd. Ondergronds geïnstalleerde meerfasestromingsmeters in het bijzonder kunnen the productie van horizontale putten verbeteren door het identificeren van de zones waar olie, gas en water instroomt. Bestaande meerfasestromingsmeters zijn echter duur, onnauwkeurig of alleen nauwkeurig binnen een beperkt werkgebied en daarom is een dergelijke manier van monitoren onrealistisch. Om deze problemen te overwinnen kan men gebruikmaken van zogenaamde meerfasen soft(ware)sensoren, waarmee productiesnelheden worden afgeschat met conventionele meetapparatuur zoals drukmeters in combinatie met een dynamisch meerfasestromingsmodel. De soft-sensoren kunnen ook worden gebruikt in combinatie met hardware sensoren om hun prestaties te verbeteren, bijvoorbeeld door het vervangen van weggevallen data met outputs van de soft-sensor. Via een dergelijke constructie kunnen ze ook gebruikt worden voor het diagnosticeren van afwijkende situaties of een defect van een hardware sensor. Het onderzoek dat gepresenteerd wordt in deze thesis bediscussieert mogelijkheden en beperkingen van dergelijke meerfasenstromings-softsensoren.