Page tree

Versions Compared

Key

  • This line was added.
  • This line was removed.
  • Formatting was changed.

@wikipedia


A specific type of mathematical model of Decline Curve Analysis, based on the following equation for Production rate

LaTeX Math Inline
bodyq(t)

LaTeX Math Block
anchor6YMFZ
alignmentleft
q(t) = q_0 \cdot \left( 1+b \cdot D_0 \cdot t \right)^{-1/b}

where

LaTeX Math Inline
bodyq_0 = q(t=0)

Initial production rate of a well (or groups of wells)

LaTeX Math Inline
bodyD_0 > 0

initial Production Decrement (the higher the

LaTeX Math Inline
bodyD_0
 is the stronger is decline)

LaTeX Math Inline
body0 \leq b \leq 1

defines the type of decline (see below)

It can be applied to any fluid production: water, oil or gas. 


The cumulative production is then given by:

LaTeX Math Block
anchorN2GCR
alignmentleft
Q(t)=\int_0^t q(t) \, dt


The Production Decrement value can be a given an explicit form:

LaTeX Math Block
anchorD
alignmentleft
D(t) = - \frac{dq}{dQ} = - \frac{d \, \ln q(t)}{dt} = \frac{D_0}{1+ b \cdot D_0 \cdot t}


The Recovery Pace is the inverse value to Production Decrement:

LaTeX Math Block
anchor6VJD7
alignmentleft
\tau(t) = \frac{1}{D(t)} = - \frac{dQ}{dq} = - \left[ \frac{d \ln q}{dt} \right]^{-1}  \quad \rightarrow  \quad  \tau(t) = \tau_0 + b\cdot t = \frac{1}{D_0} + b\cdot t


The ultimate recovery is defined as:

LaTeX Math Block
anchorA3K5N
alignmentleft
Q_{\rm max}=Q(t=\infty)=\int_0^\infty q(t) \, dt =\frac{q_0}{D_0 \cdot (1-b)}

The RPR is defined as:

LaTeX Math Block
anchor3E957
alignmentleft
RPR(t) = \frac{Q_{max}-Q(t)}{q(t)}


Arp's model is usually split into three types based on the value of 

LaTeX Math Inline
bodyb
 coefficient:

Exponential Production DeclineHyperbolic Production DeclineHarmonic Production Decline

LaTeX Math Inline
bodyb=0

LaTeX Math Inline
body0<b<1

LaTeX Math Inline
bodyb=1

LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
q(t)=q_0 \exp \left( -D_0 \, t \right)
LaTeX Math Block
anchor003NF
alignmentleft
q(t) = \frac{q_0}{ \left( 1+b \cdot D_0 \cdot t \right)^{1/b} }
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
q(t)=\frac{q_0}{1+D_0 \, t} 
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
Q(t)=\frac{q_0-q(t)}{D_0}
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
Q(t)=\frac{q_0}{D_0 \, (1-b)} \, \left[ 1- \left( \frac{q(t)}{q_0} \right)^{1-b}  \right]
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
Q(t)=\frac{q_0}{D_0} \, \ln \left[ \frac{q_0}{q(t)} \right] =  \frac{q_0}{D_0} \ln q_0 + \frac{q_0}{D_0}  \cdot \ln q(t)
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
Q_{\rm max}=\frac{q_0}{D_0}
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
Q_{\rm max}=\frac{q_0}{D_0 \cdot (1-b)}
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
Q_{\rm max}=\infty
LaTeX Math Block
anchorD_exp
alignmentleft
D(t) = D_0 = \rm const
LaTeX Math Block
anchorD_hyper
alignmentleft
D(t) =\frac{D_0}{1+ b \cdot D_0 \cdot t}
LaTeX Math Block
anchorD_harm
alignmentleft
D(t) = \frac{D_0}{1+ D_0 \cdot t}
LaTeX Math Block
anchortau_exp
alignmentleft
\tau(t) = \tau_0 = \rm const
LaTeX Math Block
anchortau_hyper
alignmentleft
\tau(t) = \tau_0 + b \cdot t
LaTeX Math Block
anchortau_harm
alignmentleft
\tau(t) = \tau_0 + t
LaTeX Math Block
anchorRPR_exp
alignmentleft
\mathrm{RPR}(t) = \tau(t) = \tau_0 = \rm const
LaTeX Math Block
anchorRPR_hyper
alignmentleft
\mathrm{RPR}(t) = \tau_0 \, \left[ 
1 + \frac{b }{(1-b)} \cdot \frac{q_0}{q(t)}
\right]


LaTeX Math Block
anchorRPR_harm
alignmentleft
\mathrm{RPR}(t) = \infty


The Exponential and Hyperbolic decline are applicable for Boundary Dominated Flow with finite reserves

LaTeX Math Inline
body--uriencoded--Q_%7B\rm max%7D \leq \infty
 while Harmonic decline is associated with production from the reservoir with infinite reserves
LaTeX Math Inline
body--uriencoded--Q_%7B\rm max%7D = \infty
.

In other words the Harmonic decline is very slow.

Since all physical reserves are finite the true meaning of Harmonic decline is that up to date it did not reach the boundary of these reserves and at a certain point in future it will transit into a finite-reserves decline (possibly Exponential or Hyperbolic).

The Harmonic decline is also observed at the mature stage of waterflood projects.

Both Harmonic and Hyperbolic declines are empirical while Exponential decline has a physical meaning.
Exponential Production Decline has a physical meaning of declining production from finite drainage volume 

LaTeX Math Inline
bodyV_e
with constant BHP
LaTeX Math Inline
bodyp_{wf}(t) = \rm const
 (a specific type of Boundary Dominated Flow under Pseudo Steady State (PSS) conditions).

There are few approaches to match the Arps decline to the historical data which are covered in DCA Arps Matching @model.

The DCA Arps do not cover all types of production decline, but their application is quite broad and mathematics is quite simple which gained popularity as quick estimation of production perspectives.

See Also


Petroleum Industry / Upstream /  Production / Subsurface Production / Field Study & Modelling / Production Analysis / Decline Curve Analysis

Exponential Production Decline ][ Hyperbolic Production Decline ][ Harmonic Production Decline ][ Production Decrement ] 

[ DCA Arps Matching @model ]


References


Arps, J. J. (1945, December 1). Analysis of Decline Curves. Society of Petroleum Engineers. doi:10.2118/945228-G



Show If
groupeditors
Panel
bgColorpapayawhip
Expand
titleEditor
Column
width60%
Panel
bgColorAzure

Table of Contents
indent10 px
stylecircle

Введение


Экспресс-Анализ Кривых Падения Дебитов (DCA = Decline Curve Analysis) ставит своей задачей оценить будущую динамику добычи скважины (или группы скважин) на основе известной предыстории.


Традиционные методы анализа (типа Арпс) основаны на эмпирических формулах и используют для анализа только информацию о дебитах скважин.


Современные методы, помимо данных о дебитах, вовлекают в анализ имеющуюся информацию о давлении и моделируют поведение кривых на основе решения уравнения диффузии давления в пласте, что часто побуждает относить эти методы к разделу ГДИ.

Математические модели 


Метод Арпс (Arps) является исторически первым и до сих пор одним из самых популярных на практике методом предсказания динамики добычи без привлечения сведений о давлении в пластах. 

В основе метода лежит следующая эмпирическая формула для дебита: 

LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
q(t)=\frac{q_{i}}{[1+b \, D \, t]^{\frac{1}{b}}}

Коэффициент 

LaTeX Math Inline
bodyq_i = q(t=0)
 имеет смысл начального дебита скважины (или группы скважин),

а коэффициент 

LaTeX Math Block
anchorLYY5J
alignmentleft
D=-\frac{1}{q}\frac{dq}{dt}

имеет смысл декремента падения добычи (чем больше 

LaTeX Math Inline
bodyD
 тем сильнее будет падать добыча со временем).


Для анализа также используется накопленная добыча:

LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
Q(t)=\int_0^t q(t) dt


На практике различают четыре разновидности Арпс-режимов:




Экспоненциальныйb = 1
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
q(t)=q_{i} \exp \big [ -D \, t \big ]
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
Q(t)=\frac{q_{i}-q(t)}{D}
Гармоническийb = 0
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
q(t)=\frac{q_{i}}{[1+D \, t]} 
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
Q(t)=\frac{q_{i}}{D}\ln (\frac{q_{i}}{q(t)})
Гиперболическийb = 0..1
LaTeX Math Block
anchor003NF
alignmentleft
q(t)=\frac{q_{i}}{[1+b \, D \, t]^{\frac{1}{b}}}
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
Q(t)=\frac{q_{i}}{D \, (1-b)}(q_{i}^{1-b}-q(t)^{1-b})
Power Loss
LaTeX Math Block
alignmentleft
D=D_{\infty} + \frac{t^{n-1}}{\tau^{n}}
LaTeX Math Block
anchor1
alignmentleft
q(t)=q_{i} \exp \big [ -D_{\infty}t- \bigg(\frac{t}{\tau} \bigg)^{n} \big]


Хотя в целом такой подход является феноменологическим, конкретно экспоненциальный режим падения добычи имеет физическое обоснование, представляя собой режим псевдо-стационарной радиальной фильтрации в замкнутом резервуаре.




Результат работы солвера: 

Графические представления



Просматривать график лучше используя коэф-т потерь Арпса: 


Show If
groupsofoil

Ссылки


[1]  Fekete – Traditional Decline Theory

[2]  Fekete – Blasingame Theory

[3]  Fekete – Fetkovich Theory

[4]  Fekete – Agarwal-Gardner Theory 

[5]  Fekete – RTA Type Library

[6]  D. Ilk, J.A. Rushing, A.D. Perego, T.A. Blasingame, Exponential vs. Hyperbolic Decline in Tight Gas Sands — Understanding the Origin and Implications for Reserve Estimates Using Arps' Decline Curves, SPE 116731 – 2008

[7]   http://www.pe.tamu.edu/blasingame/data/z_Rate_Time_Spreadsheet/z_References/SPE_116731_(Ilk_et_al)_Power_Law_Exponential_Relation_%5BwPres%5D.pdf