Collected Published Papers 1941-1983

oi L _ _ _ Trno x distonce ____ miscellaneous groundwater pollution .J<'

underground coal gasitication T

t

thermal recovery T-0 L.-.~::::""'-_--:-- _ woter oiL

two phase tlow

\

radioaetive waste disposal pressure build-up

organization of research

r-1

I

"

~:

COLLECTED PUBLISHED PAPERS

1941 - 1983

~

.

.;".1 ~-; .,. •"':

•

1IlIIlI illilll ll llilll lllll lllll1lllllllllllllliillll lll_'!!IIIIIII'1I111 HUilIilllll\i111!I1'1111₁11111

!

11I11. !I111 11111h111111111I1 11illlllll,1 111\ 111 11111111111111111 1111 I1111 IlilI1!lIlIlIlil!11 I,I 11111I11\111I1iI\11111_ 'lil1:'11jllIlI1111111!II I' II1;1

lilll'

1111 '1l!lIllll1l1ll.llIlIlli 1'111111,,111. 11.11111111111111 111111

CoLLected pubLished papers

1941 - 1983

by

D. N. Dietz

BIBLIOTHEEK TU Delft P 1768 5516

11111111 11II1

C 864726

ACKNOWLEDGEMENTS

The publication of this volume was enabled thanks to the enthusiasm and financial support provided by:

Amoco Netherlands Petroleum Company Brunei Shell Petroleum Company Continental Netherlands Dil Company

Department of Petroleum Enginee ring and Technical Geophysics (T . H.) Dienst Grondwater Verkenning (T.N.O .)

Koni nklijke Shell Exploratie en Produktie Laboratorium Mijnbouwers of Sarawak

Mobi l Producing Netherla nds Inc . Nederlandse Aardolie Maatscha ppij BV Pen nzo il Nederland Comp a ny

She lleP~r~le~~~eve lopmen t Compa ny of Nigeria Ltd .

S

he l l

~~e~

na tio~a le

Researc h Maa t s ch app i j

So c i et y of Petro le u m Eng in e er s , Nether la nds Section Union Di l Compa ny of The Net he r lands

COLLECTED PUBLISHED PAPERS

1941 - 1983

by

D.N. Dietz

Professor of Reservoir Engineering

Department of Petroleum Engineering and Technical Geophysics Delft University of Technology

Delft

The Netherlands

v

Daniel N. Dietz

Recipient

)OH.N

FRAJ.'\IKLIN CARLL A\X7ARD

1970

CITATION

"For his creative accornplishments in the application of

scientific methods to the study of oil recovery processes

I

and in special recognition of his fundamental contributions

to the field of the

rrnal

recovery."

VI

FOREWORD

In the forty years of his professional career, Professor Dietz has left his footprints all over the field of petroleum te chno l o g y and, later, mining engineeri ng . Hi s cont ributions to the science of reservoir enginee r i ng are wide ly known and respected: Dietz' gravity tongue, the 'steam soak' process, and the concept of par -tially quenched in- situ combustion. These are all ideas tha t have had astrong and lasting impact, and have caused him to be accor d ed the Franklin Carll Award in 197 0. His later work was more di verse , and his acti vities in und er groun d coal gasification, solution mining and ractioac tive was te dispos a l bear testimony to the versatility of his mind.

During the period when Daan Dietz worked in research for Shell, I have had the pri vil e g e of collaborating with him, directly or in directly, for qui t e a numb er of years . For a relatively yo u ng eng i ne er, col la bora t io n with Die t z wa s definitely no laughing matter. It was an op po r t u n i ty , but also achal lenge : his combination of clear theore tical understanding and highly practical approach was for his collaborators sometimes difficult to match. However, any bruises wh ich he might occasionally inflict on the se l f-e s t e em of his younge r colleages, would be massaged away by the soothing sounds of the violin whic h he us e d to play during the lunchtime break. Work i ng wit h Di e t z was a le arn i n g exercise, in more respects than on e .

VII

It is timely and fitting that, at the occasion of his retirement, Professor Dietz' many and outstanding scientific contributions should be collected and reprinted. All those that have interacted with him during his long and successful career dedicate this volume to him, with congratulations and many good wishes for the future.

H.L. Beckers

VI II

PROLOGUE

This volume is published as a tribute to Daan Dietz on the occasion of his re t i r e ment as Professo r of Reservoir Engineering at the Department of Petrol eum En g ine er ing and Technical Geophysics. Delft University of Technology.

It contains the scientif ic pap e r s which he published since about 1965, with one e xc e ptLon , viz, an article entitled "A theoretical approach to the problem of enc roaching edge water" published in 1953, which can be considered th e basis of modern reservoir engi -neering . That most of the arti cl e s in this volume were only published re c en tl y results from the fac t tha t Daan Dietz rarely could publish about his scientific work. The re a s o n simply was that he couldn't pub l is h in orde r to pro tec t the "kno w how" of the Company he worked fo r at tha t time.

It is under st and abl e that in vi e w of his backgro u nd most of his publish e d wor k is in the field of res er v oir engi nee r ing . It is in thi s field pe rh a p s , that hi s reput at i on is greatest and most wide -sp r ea d . Many reservoi r engi n e e rs , the world over, know Daan Dietz and know about his wor k. Fro m th e varie ty of articles published

during the last 15 years i t is however very clear that Daan Dietz

had an unive rsal mind, and certa i nly was not interested in reservoir engi nee ring on ly .

IX

His published papers, as collected in this volume, represent just part of his ideas and work. If all his internal reports contributed during his ye a r s with the Ko n i n k l i j k e Shell Exploratie en Produktie Laboratorium could be released for print, several volumes would have been necessary.

His interest in Petroleum Engineering was reflected by his contri-butions to the Society of Petroleum Engineering. Be did not only publish regularly in the journalof this Society. but at the same time was a very active member who participated in commissions, seminars, conferences, and meet ings of all sorts.

During his years at th e Univ e r si t y hi s contacts with th e students , who as far as age was concer ned, could be his grand sons was of a refreshing style. So different in age and mentality when compared

with our present youth, but still so much appreciated by these youngsters. This relationship was of mutual interest. It kept Daan Dietz young, and made the students wiser . The laboratory pr o j e c t s

set up by Professor Dietz were unconventional and so was the staff working on th e s e pro j e c t s. The results we re good.

Hi s col laborators and stude n ts, bu t also th e Petroleum Indu s t r y,

wanted to honour him by publ i s h ing this volume . I feel it an honour to have had the opportunity to co-ordinate part of it. It is a contribution to a man who has given very much to the Industry he worked for, and very much indeed to the students who studied under

his guidance.

J.F. Holtrop

x

DIETZ IN THE DEPARTMENT OF MINING AND PETROLEUM ENGINEERING

The thought to publish this volume arised in a meeting with Prof.Dr.lr. J.F. Holtrop and coworkers as a tribute to the ideas of Professor Ir. D.N. Dietz. In this volume, however, only a part of his '~reativeaccomplishments in the application of scientific methods to the study of oil recovery processes" and a variety of other subjects have been reprinted. Apart from non-published work carried out in behalf of Shell many other unpublished ideas have been worked out by students as doctoral theses. Dietz made high demands and thus attracted the better students in the department. The result was that European prV~s were given to two essays. which were erroneously held for Ph.D thesis work (Society Petroleum Engineering (SPE), Western Europe Student Paper Contest (1981)). This was the case with Ir. M.M. Stoffer is who obtained the 3r d pr c with his essay

'~

study to the possi-bility to recover extra oil by means of vibrations (1981). It turned out, during the study of this seemingly exotic idea, that the energy necessary to supply the vibration energy is equivalent to the extra amount of recovered oil. The calculations were therefore necessary to conclude that, for the presently investi-gated reservoirs, the method is not economically feasible.

Ir. M.R. Gijbels obtained the sth pr\) with his essay "Sponta-neous ignition of underground coal". Predicted spontaneous igni-tion delay times agreed with va lues observed during a field test. Ir. B. Gelink (1980), Ir. M. Westermann (1981), Ir. A. van Fmke (1983), Ir. J.D. Bokhoven (1983), Mrs. G. Metselaar (1984) and J.W. Sc h o l ten (1984) worked on an enhanced oil recovery project

"Improved recovery of heavy oil by s team with added des tillables". The project is financed by the European Community.

Dietz started to work on Underground coal gasification and conse-quently financial support was obtained from BEOP (Ministry of Economie Affairs). Ir. B. C. A.ti. van Beurden (student of the Chemical Technology Department) and J.P. Oude Essink wrote essays on "Underground gasification with heat recuperation". Ir. H. Wilms and Ir. P. Schol ten (1981) worked on a decline formula for gasp rod uction .

XI

Ir. H. Pars (1 9 8 2 ) st u d i e d the st a b i l i t y of cavities in

unconsoli-dated sand. It turned out that, contrary to the genera1 opinion,

the cavity can be held stabie by the injection and production of water/sand from va r i o u s locations around the ca v i t y when a plaster

layer can be maintained on the cavity roof. The project will be

financed by Rijkswaterstaat in the future.

Ir. L. Huurdeman (1981) compared technical costs of pr e s en t and

future energy systems.

J. van der Bok (1984) has stud ied the feasibi lity of miscible gas drive for North Sea pr o j e ct s.

Drs. H.B. Hei jna explored the mechanism of foam dis p1acemen t .

Apa rt from thi s , Dietz has been promotor for a large pa r t of the

Ph.D. theses in the departme n t. Dr.Ir . J. Hagoort wrote a thesis on "Waterflood ind uced hydraulic fracturing". Ir. W.M.G.T. van den

Broek is presently writing a thesis on disposal of radioactive

waste in rock salt, as a lo g i c a l continuation of his work on the

University project of that name. Dietz was appointed as head of

the project in 1976 and made important contributions in this field: 7 reports and articles, some le c t u r e s , and the memberships of two

government commissions.

Dietz has always emphasized physical understanding rather than mathematical vi r t u o s i t y. In his view, mathematical virtuosity

was only acceptable if the results could be formulated in simple

physical terms.

He l ik e d to formulate pfh y si c al pr inc ip l e s as par a d o x e s. As a conseque ncel some scien t is ts fou nd themselves en ta ngled in a

discussion where they tried to disprove the law of ene rgy conse

r-vati o n . Often he was able to pinpo int erro rs by phy si c al intu it i on an d mad e sour remar k s. Somehow, howe v e r , these remar k s were ap pre-cia ted by hi s studen ts and sta f f as a partic u la r sense of hu mour . Th er e wa s a good atmosp he r e in wh ich th e forme rly tin y sectio n of reservoir engi nee ri ng became to flo u ris h as the largest sect ion of th e Petroleum Engi nee r ing Subdepartme nt.

Ir. W.M .G.T . van den Broek Dr. J. Bruining

Ing. A. Camps Dr. Ir. J. Hagoort Ing. W.H .P .M. Heijnen Dr. H. Ronde

XII

The pa p er s in this volume ha v e been reprinted with the kind

permi s s i on of:

Society of Petroleum Enginee rs, Dallas-tx-75206-US, publisher of the Journalof Petroleum Technology and the Society of Petroleum Engineers Journal .

Martinus Nijhoff Publishers BV, 2501 CN The Hague, publisher of Applied Scientific Research and Physica VIII.

Stam Tijdschriften, 2280 AE Rijswijk, publisher of Polytechnisch Tijdschrift .

Koni nklijke Nederlandse Academie van Wetenschappen, 1000 GC Amsterdam, publisher of Proc. Kon. Acad. Wetenschappen, series B.

St i c htin g IVla, Lelys tad , publ i s he r of Aa books.

Insti tut e of Petr ol eum , Londo n WIM 8 AR, publisher of Inst. Wat er Poll u t . Con t ro l &Pet r ol . Semina r Proceedings.

Ri jks Geol ogische Di ens t , 64 00 AC Heerlen, publisher of Meded . Rijks Geologische Dienst .

Koninklijk Nederlands Geologisch Mijnbouwkundig Genootschap,

XIII

CONTENTS

Page

INAUGURELE REDE "MEER OLIE"

I MOVEMENT OF INTERFACES IN POROUS MEDIA; STABILITY ANALYSIS FOR WATER DRIVE

1. D.N . Dietz, "A theoretical approach to the problem of encroaching edge water", Proc. Kon. Acad. Wetenschappen, B 56 (1953), 83-92

1

15

16

II THERMAL RECOVERY 26

1. D.N. Dietz, "Hot water drive", SPE reprint series No 10 (1972), 79-85, 7th World Petr. Congr. Paper

(1967) 27

2. D.N. Dietz and J. Weijdema, "Reverse combustion seldom feasible", Prod. Monthly 32 (5) (1968) 10 3. D.N. Dietz and J. Weijdema, "Wet and partially

quenched combustion", JPT 20 (1968), 411-415 4. D.N. Dietz, "The Lauwerier problem for the case

of areal flow", Appl. Sc I , Res. (Netherlands ) 20 (1969), 309-311

5. D.N. Dietz, "Wet underground combustion, State of the Art", JPT 22 (1970), 605-612 (Reprint Series No 10)

6. D.N . Dietz, "Review of thermal recovery methods", SPE 5558 (1975), 1- 10

*

7. D.N. Dietz,

«ori

recovery by normal wet combustion", abstract of US patent No 3, 150, 715

*

8. D.N. Dietz,

«cu

recovery by partiall y quenched

34 35 40 43 56 66

*

combustion", abstract of Cana<1ian Patent No 774, 934 67 9. D.N. Dietz, "Steam Soak", abstract of US patent

No 3, 259, 186 68

70

XIV

Page

111 PRESSURE BUILD-UP AND DECLINE

1. D.N. Dietz, "Determinati on of average reservoi r pre s su re fro m bu i ld-up surv eys ", JPT27 (8) (1965), 955-959

2. D.N. Dietz, "Present valu e of hype r bo lic decl i ne

production", SPE 3465 (1971), 1-1 2 75

3. D.N. Dietz, P. Scholten and H. Wilms , "Prod u ction behavior of prolific gas wells and op t imum poli c y for a complex of gas reservoirs" , SPE 10124 (1981),

1-7, JPT, December (1983), 22 8 5 - 22 9 3 87

IV GROUNDWATER POLLUTION 94

95 1. D. N. Dietz, "Pollution of permea bl e str a ta by oil

components", Inst. Water Pol l ut , Con t r . & Petr ol.

Semina r Prod. (19 71) , 127-139

2. D.N. Dietz, "Behavior of components from spi ll ed oil on their way through the s oLl!", SPE 4077

(1 9 72), 1-8 108

3. D.N. Dietz, "Behaviour ofcomponent s fromsp illed oil on their way through th e soil" , JPT 25 (9)

(1973) , 1045-1046 116

4. D.N. Dietz, "Large scale experiment s on gro u n dwa ter pollution by oil sp i lls - interim re sult s",

International symposium on ~r o u ndwa t e r poll ut i on by oil hydrocarbons, Prague Cz e c h o s lovak i a (1 9 78),

253-256 118

5. D.N. Dietz, The intrusion of polluted water int o

a groundwater body and the biodegradation of a

pollutant", Control of hazardous mat er i al spi l ls: Proceedings of the 1980 nat i onal conf erenc e ,

Louisville , Kentucky, USA (1980) , 236-2 4 4 122

*

6. D.N. Dietz, "Oil spill removal method", ab stract

xv

Page

v

RADIOACTIVE WASTE DISPOSAL 148

1. D.N. Dietz, "1. Het phasegedrag van carnalliet, bij enige temperaturen, dicht onder en op zijn smeltpunt. 11. Smeltpunten van katniet, bischofiet en carnalliet als functies van de druk", Rapport

Technische Hogeschool Delft, mei/juni 1977 149 2. D.N. Dietz, "De berging ondergronds van

radio-actief afval", AO No 1680, 16 september 1977 161

3.

D.N. Dietz, "Ondergrondse opslag van

radio-actief afval", THD nieuws/techno-magazine,

oktober 1977 181

4. D.N. Dietz, "De organisatie van het werk betreffende ondergrondse berging van radio-actief afval", Rapport Technische Hogeschool Delft, februari 1979 186 5. D.N. Dietz en W. M.G. T. van den Broek, "Berging van

radio-actief afval in steenzout", PT/Procestechniek

37 (1982), No 3 194

6. D.N. Dietz en W.M.G.T. van den Broek, "Bijdrage aan de Maatschappelijke Discussie Energiebeleid", Bijlage 4 van de Analytische Verslagen van de Controverse-zittingen gehouden in het kader van de Informatie-fase, Stuurgroep Maatschappelijke Discussie Energie

-beleid, 's-Gravenhage, 1983 199

7. D.N. Dietz, "Energie-behoefte bij berging van radio-actief afval. Optie met behulp van boorgaten vanaf maaiveld voor berging van het KSA en van een oplos -kaverne voor het LAVA en MAVA" , Bijlage 4 van de Analytische Verslagen van de Controversezittingen gehouden in het kader van de Informatiefase, Stuur -groep Maatschappelijke Discussie Ene r g i e be l e i d ,

's-Gravenhage, 1983 202

VI UNDERGROUND COAL GASIFICATION

1. D.N. Dietz en J. Bruining, "Olietechniek in de kolen", THD nieuws 11 (11) (1979), 19-21

211

XVI

Page 2. D.N. Diet z and J. Bruining, "Underg ro un d combu stion

of heavy oil ; lmplicati on s for coa l gasifica t ion",

Meded. Rijks Geologische Dienst, 33 (1 980). 72-80 215 3. D.N. Dietz and J. Bruining, "Under gr ound gas ifi c a

-tion with heat recuperation", Geolog i e en Mijnbo uw

VII

*

61 (1982), 389-393

4. D.N . Dietz and J. Bruining, "In situ ga si fi cati on with heat recuperat ion by co l d water inject i on" , SPE 10187 (1981), 1- 10

5. J. Bruining, B.C.A .M. van Beurden, D.N. Dietz, W.H.P.M. Heijnen and A.P.E. Maljaars, "U.C.G. with liquid water and air of the de ep and thin layers in The Netherlands ", Proc. of the 9th U.C .G. symposium, August 1983, 1-12

6. D.N. Dietz, "Werkwijze voor het koelen van uitlaat-middelen bij hete ondergrondse proce ssen", uit

-treksel van Octrooi-aanvrage No 7303779

ORGANIZATION OF RESEARCH EFFORTS

224

22 9

239

251

254

1. D.N. Dietz, "De evaluatie van speurwerkpl annen".

TH-rapport (1979), 1-13 255

VIII MISCELLANEOUS 268

*

*

1. D.N . Dietz, "A new method for calculating the conduct of translation waves in prismatic canals" , Physica VII I 2 (1941), 177-195

2. D.N. Dietz, J. Bruini ng and H.B. Heijna, "Foarn drive seldommeaningful", SPE 11274 (1982), 1-4 3. D.N . Dietz, "Me t ho d for recovering salt from a

subsurface earth formation", abstract of US patent No 3, 596, 992

4. D.N . Dietz, "l1ethod for recovering salt froma subsurface earth formation by solution mining" , abstract of US patent No 3, 586, 378

269

288

291

- 1

-Meer olie

Inaugurele rede

uitgesproken hij de aanvaarding

van het ambt van buitengewoon hoogleraar inde petroleumwinning

aan de afdeling derMijnbouwkunde van de TechnischeHogeschool te Delft op woensdag13 maart1974

- 2

-Mijne heren leden van het College van Bestuur en van de Hogeschoolraad, mijnheer de Rector Magnilicus en mijne heren dekanen, mijne dames en heren leden van het wetenschappelijk corps, mijne dames en heren studenten en voorts U allen die door Uw aanwezigheid blijk geeft van Uw belangstelling, zeer gewaardeerde toehoorders:

3

-Wanneer aan een maaltijd Uw disgenoten hun appels voor slechts één derde deel zouden opeten en vervolgens steeds nieuwe appels in versneld tempo aldus zouden bewerken, dan zou U wel enige aan-leiding hebben te twijfelen aan de tafelmanieren van Uw gezelschap. De mensen in het algemeen. de petroleum ingenieurs in het bijzonder. doen echter niet beter bij de produktie van aardolie.

In de olievelden wordt gemiddeld slechts één derde deel van de ondergrondse voorraden gewonnen. Oude velden worden verlaten. nieuwe in versneld tempo inexploitatie genomen. Is dit roofbouw? Het woord is wel eens gevallen. Elke vergelijking gaat ergens mank. maar ik dacht. dat ik mijn inleidende beeldspraak nog iets mocht doortrekken en dat men niet mag eisen dat een appel in één hap wordt doorgeslikt. Dit slaat eigenlijk op alle vormen van mijnbouw: de rijkste en best toegankelijke voorraden worden het eerst ont -gonnen.. aanvankelijk met goedkope en primitieve methoden. Naar-mate de vraag aanhoudt en toeneemt worden de technieken verfijnd en wordt het lonend een gebied intensiever te behandelen. Het is niet ongewoon als tailings van een oude mijn in een later stadium op-nieuw worden geëxtraheerd. soms zelfs bij herhaling. Bij de olie -winning is het niet anders. De in eerste instantie achtergelaten olie is niet verloren. maar kan later met modernere technieken en bij gunstiger marktprijzen verder worden geëxploiteerd.

Van de petroleum ingenieurs is één groep specialisten in het bijzon -der-verantwoordelijk voor een efficiënte drainage van de gevonden olievoorkomens: de reservoir-ingenieurs, De reservoir-ingenieur houdt zich in hoofdzaak bezig met de studie van ondergrondse stro-mingen en zijn adviezen en voorspellingen betreffen het produktie gedrag van de ondergrondse oliereservoirs op lange termijn. Laat ons thans het werkpatroon van de reservoir-ingenieur nader be-schouwen.

Allereerst wordt van de reservoir-ingenieur geëist een schatting van winbare hoeveelheid olie. Het wordt hem al vroeg. tegenwoordig vóór het afstuderen. duidelijk gemaakt. dat gevraagd wordt niet naar de technisch mogelijk winbare hoeveelheid, maar naar de ekono-misch winbare hoeveelheid. Deze laatste staat bekend als de olie-reserve en is één van de steunpunten voor veel bedrijfspolitieke en financiële beslissingen.

4

-Onder primaire reserve verstaat men de olie, die door natuurlijke druk ondergronds naar de put wordt gedreven, ongeacht of deze spuit of wordt gepompt. Expansie van de olie. en van eventueel aan-grenzend water en gas, maakt dat de druk in het ondergrondse olie-reservoir slechts langzaam zakt. Onder andere door deze drukdaling zal de produktiesnelheid verminderen en er komt onvermijdelijk het moment dat de financiële opbrengst de bedrijfskosten niet meer zal kunnen dekken. Men is dan genoopt de put te sluiten.De produktie-snelheid. waarbij dit het geval is. heet de ekonomische limiet en bedraagt, afhankelijk van omstandigheden. heel ruwweg I m' /dag (voor de verpleegsters in de zaal, dat is I eetlepel per seconde). Indiende primaire produktie betrekkelijk vroegtijdig ten einde dreigt te lopen door uitputting van de natuurlijke stuwende kracht van aangrenzend water of gas, dan kan men moeder natuur een handje helpen. Door het inbrengen van extra water of gas via speciale injectie-putten kan men de stuwing kunstmatig voortzetten. Ook deze secundaire winning heeft niet het eeuwige leven en is begrensd door een ekonomische limiet.

Ondanks een van nature sterke (primaire) of een kunstmatig ver-sterkte (secundaire) stuwing zijn er namelijk tegenwerkende krachten die toenemen naarmate de hoeveelheid ondergrondse olie afneemt. De zogenaamde tertiaire winningsmethoden zijn gericht op de be-strijding van deze krachten.De tegenwerkende krachten zijn tweeër-lei.

De visceuze krachten. overeenkomende met die welke zich verzetten tegen het snel leeglopen van een pot met stroop. treden speciaal op bij de zware olievelden.Teerzanden zijn een extreem voorbeeld. De zware olievelden bevinden zich in hoofdzaak in het Westen. De capillaire krachten, overeenkomend met die welke een hoeveel-heid vocht vasthouden in spons en vloeipapier. zijn het meest effek-tief in formaties met capillaire barrières. Zulke barrières kunnen bestaan uit spleten en het winningspercentage uit sterk gespleten formaties is hierdoor beperkt. Het Midden Oosten kent talloze sterk gespleten kalksteen reservoirs.

Bezien wij eerst de visceuze krachten. Het is bekend. dat de viscosi-teit van olie aanmerkelijk kan worden gereduceerd door verhoging van de temperatuur. De olie moet uiteraard worden verwarmd voor -dat zij haar ondergrondse reis aanvangt. Dit kan alleen als het olie-houdende gesteente wordt meeverwarmd. Daarbij denken wij dan aan gesteentemassa's van de uitgestrektheid van Delft met een hoogte van dit gebouw. Dit is geen goedkope procedure, maar de extra hoeveelheid olie. die aldus kan worden vrijgemaakt, is zo groot. dat

-

5

-de extra kosten(boven de normale produktiekosten) van de extra olie nogmeevallen.In eenheden,die thansiedereenaanspreken, be-lopen deze extra kosten onder geschikte omstandigheden enkele centenperliter. Diverse methoden om dit te doenzijn in dejaren zestigtot rijpheidgekomen.

Volgenssommigemethodenwordt de vereistewarmte in ketels

op.

gewekt en vervolgensin de vorm van heet water of stoom in de for-matie geïnjecteerd. De warmte kan ook ondergronds worden opge-wekt. Met vrijwel alleverdringingssystemenblijft er enige olie in de formatieachter. Dezeolie,die men toch niet aan de dag kan br en-gen, heeft geen ekonomische waarde: de brandstof is gratis. Ver-brandingslucht daarentegen, normaliter gratis,is onder deze ornstan-digheden vrij kostbaar door de noodzaak de lucht via grote com-pressorinstallatieste injecteren.

Aanvankelijk wasmen niet optimistisch over de mogelijkheid van ondergrondse verbranding.Zanden water zijn erkende blusmiddelen. Iemand, dieeenbrandjewilde'veroorzakenin een omgeving opge-bouwd uit dezeblusmiddelen,moest er welvreemde ideeën op na-houden.

Gelukkigbleken zulke vreemdeideeëninvoldoende mateaanwezig. Een speciaalsoort verbranding, lijkend op hooibroei,kan zich voort-planten in een formatie, waarin slechts enkele procenten restolie aanwezigzijn.Ook deaanvankelijk nodig geachte paardemiddelen ter ontsteking van het procesbleken vrijwelgeheel overhod ig. Het verhaal wordt echter nogvreemder. De opgewekte warmte, duur ten gevolge van de compressiekostenvan de lucht,blijft grotendeels achterin de leeggeproduceerde en leeggebrande formatie.De ge-dachtereesom dezewarmte terug te winnen en bij herhaling nuttig te maken, waardoorop de warmte en aldus op de luchtcompressie zou wordenbespaard.

Tijdensproeven, allereerst in het laboratorium, werd, gelijk met de lucht, water toegevoerd.Dit water moest de warmte van de formatie overnemenen de stoom en het hete water,aldusgevormd. zouden verder stroomafwaart sde warmte weer moeten afgeven. In theorie klonk dit fraai, maargevoelsmatig bestond er angst,dat toevoeging van grote hoeveelheden water het vuur zou doven.De theorie behaal-de behaal-de overwinning over het gevoel. Bezuiniging op het luchtverbruik met een faktor 10à20 bleek mogelijk.Bovendien werkte het water niet alsblusmiddel, maar bevorderde juist de verbranding.Pas ach-teraf isdit laatsteals logischervaren: deopgewekte stoom en het war-me waterbewerken eenvoorverwarmingvan brandstofen omgeving. Verwarming van de olie door middel van heet water, stoom, droge en natte ondergrond se verbranding leiden alle tot hetzelfde doel:

-

6

-verlagingvande olieviscositeit. Toch isdeviscositeitvanwarme olie nog belangrijk hogerdan die van hetopstuwende medium: water, stoom.verbrandingsgas of een kombinatie hiervan. Nietteminkon -stateertmendikwijlseenstabieleverdringing en dit heeft. zij hetvrij laat,geleidtot de ontdekking van een tweede gunstig effekt van de thermischewinning.Dit is gelegenin het feit dat voordeverd ringing vanéénvolume olie een veelvoud hiervannodig isaan heet water, stoom,etc. De visceuzeweerstand in het opstuwend medium wordt hiermede een faktor hoger dan volgens de klassieke verdr ingings-theorie en het kriterium voor een stabiele verdringing wordt dien-overeenkomstiggunstiger.De nieuwere inzichten maken voor speci-fieke reservoirs een betere keuze mogelijk uit de diverse thermische methoden.

Helaas. toen de uitvinders aan het einde van hun onderzoekingen opkeken van hun werk, zagen zij dat de ruwolieprijzen van 8 naar 4 Nederlandsecenten per liter waren gedaald,gevolg van des tormachti-ge ontwikkeling vanveel grote olievelden in het MiddenOosten.Onder die omstandigheden waser weinigvraag naar olie waarvan de pro-duktie enkelecenten per liter meer zou vragen dan dievan primair geproduceerde olie.Het onderzoek had een viertal thermische op-stuwingsmethoden opgeleverd,doch deze hebben tot nu toe alleen beperktelokaletoepassingen gevonden. zij leiddentot op heden een armoedigbestaan.

Beter verging het een illegaleafstammeling van het onderzoek. één die geen aanspraakmagmaken op de naam 'thermische opstuwing'. Eenkleinebuitenlandseuitspatting. een zogenaamde blow-out. noop-te totproduktie uiteen put. die slechts een betrekkelijk geringe hoe-veelheid stoom had ontvangen. Daarbij werd ontdekt. dat stoom, slechtsvoldoende voor verwarmingvan de formatie in de onmiddel-lijke nabijheid van de put, een langdurigstimulerend effekt heeft op deproduktie kapaciteit. Versnelde winning beperkt niet alleen rente-verlies.maar verschuiftbovendien de ekonomische limiet.waardoor extraolie kan worden gewonnen.

Deze methode levert weliswaarminder extra olie dan een volledig uitstomenvan het reservoir,maar is per eenheid produkt aanzienlijk goedkoper.Zij wordt nu reeds op grote schaal toegepast en levert circa een kwart miljoen barrels per dag.

Samen met mijnkollega Schwarz, thans lid van onze Raad van Bestuur,stondik aan de wiegna de spectaculaire geboorte van deze zonderlinge produktiemethode.

Eengeheel andere methode om het kwalijke effekt van de viscositeit van deolie te verminderen bestaat daarin. dat men deolie alsz

o 7 o

-danig ongemoeid laat, doch het opstuwende medium. in casu water. eveneens hoog visceuze eigenschappen meegeeft. waardoor de vis-cositeitsverhouding olie/water wordt verbeterd. Eerste veldproeven hiermede verlopen gunstig.

Als tweede rem op de olieproduktie werden de capillaire krachten genoemd. Voor bestrijding hiervan wende men zich niet tot de sto-merij.doch late men het reservoir chemisch reinigen. met behulp van hetzij een oplosmiddel, hetzij een verzepingsmiddel. Ook hier legt de ekonomie ernstige beperkingen op: het is niet zinvol olie onder -gronds te vervangen door een gelijk volume van een duurdere stof. Voor zover kostbare stoffen worden gebruikt, dienen deze op hun beurt te worden teruggewonnen door verdringing met laagwaardige stoffen.Slechts onder speciale omstandigheden is dit thans mogelijk. Vergeleken met de ontwikkeling van de thermische winningsmetho-den ter reduktie van visceuze krachten staat de bestrijding van de capillaire krachten nog in de kinderschoenen.In zeker opzicht is dit wel verklaarbaar. Tot voor kort zou men zich belachelijk hebben ge-maakt met de opmerking dat de primaire produktievan de vele gespleten kalksteen reservoirs in het Midden Oosten niet het eeuwige leven had.Het geraas van 40 000 bbl/dag per put van goedkope primaire olie overstemde elke suggestie, dat een winningspercentage van circa 25% geen eindcijfer hoefde te zijn en dat men wellicht tegen hoge kosten te zijner tijd aan tertiaire olie nog eens een soort-gelijke hoeveelheid zou kunnen winnen.Het produktierumoer is ten dele vervangen door politieke geluiden.doch tevens is thans de tech-nische boodschap verstaanbaar. dat er eens een einde komt aan de primaire reserve.

Het zoeken naar een adequate tertiaire winningstechniek zal een langdurig karwei zijn, waarmee niet vroeg genoeg kan worden beo gonnen. Ik voorzie ploegen van groeiende aantallen speurwerkers. die zich hiermede zullen bezig houden.De leden zullen niet alleen van hoge kwaliteit moeten zijn. maar bovendien bezeten van een onverwoestbaar optimisme. Speurwerk is duur, het kan slechts op ondergeschikte punten worden geautomatiseerd; uitvindingen komen niet uit computers. Sukses kan niet worden verzekerd. evenmin als het zoeken naar primaire olie altijd resultaat oplevert.

De overeenstemming tussen beide speurakties wordt beklemtoond door een grote oliemaatschappij, die in haar jaarverslag steeds onder één bedrag opgeeft:'research en andere droge putten.

Mocht men een praktische manier vinden om de capillaire krachten te overwinnen. dan nog zal de uitvoering niet eenvoudig zijn. Kost-bare installaties zullen nodig zijn. dure olie zal geproduceerd worden naast goedkope olie. Wetenschappelijke. technische en ekonomische

- 8

-samenwerking en vertrouwen zullen internationaal vereist zijn. Men late zich niet ontmoedigen door het veelgehoorde:

'East is East and West is West. and never the twain shall meet'. Dit is bedrieglijk. want een meer volledig citaat van Kipling vervolgt met:

'But tbere is neither East nor West, Border. nor Breed. nor Birth, When two strong men stand face to face. tho' they come from the ends of tbe earthl'

Met 'strongrnen' hedoelt Kipling vermoedelijk niet degenen wier politieke overtuiging op en neer gaat met de thermostaat in de huiskamer.

Het woord ekonomie is herhaaldelijk in mijn betoog opgedoken en ik wil dit begrip thans iets meer algemeen bezien. Een oliewinnings-methode, ongeacht welke. heeft een ekonomische limiet. Deze limiet verschuift als de olieprijs verandert. Dientengevolge is een oliereserve niet alleen afhankelijk van de stand van de techniek. maar zij gaat ook op en neer met de olieprijs. Bij bestaande winningsprojekten is dit een kwestie van een kortere of langere staartproduktie. Belangrijker nog wordt de olieprijs bij de beslissing over nieuwe winningsprojekten.Dan moet worden afgewogen of niet alleen de dagelijkse exploitatiekosten,maar ook de aanvankelijke investeringen in boringen en hulpinstallaties gerechtvaardigd zullen zijn.Zokon tot voor kort aan de meeste teerzanden geen reserve worden toegekend. nu zijn er plannen tot exploitatie bekend gemaakt. Dit opent wijde perspectieven.indien men bedenkt dat de totale hoeveelheid in teer-zanden aanwezige olie wordt geschat op 2 x 10" bbl, dat is ongeveer gelijk aan de hoeveelheid in de gezamenlijke velden van het Midden Oosten.

Uit dit ene voorbeeld is reeds duidelijk dat de recente schoksgewijze stijging van de olieprijzen een verheugende groei van de reserves teweeg heeft gebracht. Helaas vergt het tijd deze nieuwe reserves tot produktie te brengen en de volgorde van deze werkzaamheden met hun resultaten op korte en lange termijn zal thans ongetwijfeld het onderwerp van diepe studie zijn bij de oliemaatschappijen. Essen-tieel bij dit alles is uiteraard. dat van de prijsstijging voldoende aan de produktiemaatschappijen ten goede komt om de nieuwe. duurder winbare reserves te kunnen exploiteren en dat deze stijging niet ge-heel wordt onttrokken door hogere belastingen uit misplaatste vrees dat Direktie en Kommissarissen hiervan in gouden Cadillacs zou-den rondrijzou-den.

-

9

-Sommigeolie-accu mul ati es.zoalsteerzandenkunnen alleen met ter-tiaire meth odenwo rden geëxploiteerd, Inminder extreem moeilijke gevalleniseen primaireproduktie met een beperkt winningspe reen-tage mogelijk.In die gevallen worden secunda ire en terti aire win-ningsprojckten afzonderlijk beschouwd. ieder met een eigen addi-tieve reserve. De ontwikkeling of ontdekking van een nieuwe win-ningsmethodelevert dusnieuwe reserves en isin vele opzichten ver-gelijkbaar met het vinden van nieuwe primaire reservesdoor explo -ratie.

De gereedliggendethermische methoden zullen thans op grote schaal ekonomisch kunnen worden toegepast. De opbrengst van de enigszins zware olievelden-zal hierdoor kunnen worden verdubbeld. Toepas-sing zal echter tijd kosten en veel geld.Over de ontwikkelingskansen van tertiaire methoden voor de lichte olievelden ben ik redelijk opti-mistisch.

Research zal geld kostenen veel tijd.Ook hierlijkteen verdubbeling van de reserves in vele gevallen tot de mogelijkhed en te behoren. Daarna zal toepassing van resultaten tijd kosten enzeer veel geld.

Ietwat laat in mijn presentatie wil ik toch blijk geven van enige bescheidenheid.Deverbetering van hetwinningsperccntageis slechts één aspekten opmerk ingensoortgelijkaan de mijnekunnen worden gemaakt betreffend e exploratie en betreffende produktie mogelijk-heden in moeilijk toegankelijkegebieden.depoolstrekenen dezeeën. Toch wist ook alle olie onder de zee nietuit. dat op den duur één wereldbevolking meer olie kan vragen dan tien wijze technieken kunnen opleveren.Wat wij sinds een half jaar gewend zijn de olie-crisiste noemen is in feite een eerste aanwijzingvan de problemen, die op langere termijn gemoeid zijn met het overschakelen op de volgende generatiesenergiebronnen.Men vreestnu. dat er een tijde-lijk hiaat zal zijn.dat de oliereserves uitgeput zullen raken .voordat vervangende energiebronnen voldoende zijn ontwikkeld.Tegenover deze vrees kan men stellen. dat er nog belangrijke aanvullende olie-reserves zullen zijn. Ook voor deze aanvullende olie-reserves geldt enige vrees. dat men bij de ontwikkeling in tijdnood zal geraken.Dit is echter een probleem van kortere duur en geringere omvang. Het drankje U aanstonds aangeboden is dan ook niet bedoeld ter viering van het plotselinge einde van de oliecrisis. Wel zult U mij bereid vinden het glas te heffen op een verzachting ervan en op het aandeel van de reservoirtechniekhierin.

- 10

-Zeer gewaardeerde toehoorders.

Bij de gelegenheid van mijn intreerede zij het mij vergund Hare Majesteit de Koningin eerbiedig dank te betuigen voor mijn benoeming tot buitengewoon hoogleraar.

Van degenen, die hebben bijgedragen tot mijn opleiding wil ik in de eerste plaats danken mijn leraren in de wis- en natuurkunde: Vreeken en Corver. Bij mijn afstuderen tot natuurkundig ingenieur werd leiding en grote steun gegeven door de Hooggeleerde Huydts, Thijsse en Zwikker. Mijn aandacht voor een exact taalgebruik bij technische verhandelingen werd ontwikkeld door de Hooggeleerde Krul. Voor de meest recente bijdrage tot mijn technische vorming dank ik de direkteur en docenten van de Technische Avondschool te Delft,

Öud-kollegds van het Rijksinstituut voor Drinkwatervoorziening, Mijn eerste praktijkjaren bracht ik in Uw Instituut door en het verheugt mij. dat de band nog steeds levendig is.

Oud-kollega's van de Koninklijke Shell,

Onder allerlei omstandigheden heb ik met U samengewerkt. Praktische, theoretische en ekonomische zaken hebben mij met vek'l Uwer in kontakt gebracht. Anderen leerde ik kennen door gemeenschappelijke sportbeoefening. Van alle standplaatsen wil ik het Exploratie en Produktie Laboratorium noemen, als die waar ik de langste en gelukkigste tijd heb doorgebracht. Ik mocht daar een afdeling aanvoeren, waarvan de ongedwongen sfeer het best gekenmerkt is met de opmerking van een der medewerkers: 'De theoretische mogelijkheid, dat de afdelingschef gelijk heeft, mag niet bij voorbaat geheel worden uitgesloten'. In alle ernst en

dankbaarheidtWat kan de leider van een speurwerkploeg meer verlangen?

Mijne heren leden van de contactgroep Olie-Water,

Van milieuproplemen dreigt het gevaar, dat zij emoties opwekken, die een juist oordeel in de weg staan. Ik ben blij, dat dit niet optreedt in Uw kommissie en dat wij in deze omgeving op verantwoorde wijze gezamenlijk kunnen zoeken naar feitelijke gegevens.Deze gegevens moeten het enerzijds mogelijk maken, dat

- 11

-de kwaliteit van hetgrondwater goed wordtbeschermd .anderzijds voorkomen. dat kostbare doch overbodige maatregelen worden getroffen.

Dames enheren leden van de wetenschappelijke, technischeen administratieve stafvun de afdeling derMijnbouwkunde. Sindsanderhalfjaar werkiknu in Uw omgevingenzelfs terwille van eenintreerede kan ik mij moeilijk meervoordoenals een schuchtere nieuweling.De recente reorganisaties aan de TH zijn zelfs inons ouderwetsegebouw nietgeheel onopgemerkt gebleven. Een organisatie,welke dan ook, iszo goed of slecht als de betrokkenen haar maken.

Alsikspreekover de 'stemming', denk ik dan ook niet in de eerste plaatsaan 'verkiezing' , maar aan de menselijkeverhoudingen.De vrije gedachtenwisselingtussenons heb ik reedsmogen ondervinden en ik ben dankbaar .dat U hebt geholpen,dat ik mij zosnel kon thuisvoelen.

HooggeleerdeRoorda,hooggeleerde Velzeboer,

Deonde rgrondsevloeistofstromingkruipt waar zij niet gaankan. De verleiding is onweerstaa nbaa r, nog anderetoepa ssingente zoeken voor dein deolievelden geleerdetechnieken.De vraag naar de exploitatie vandelfstoffenop grotere dieptenen van lagere koneentra ties is groeiende. Wellicht opent dit mogelijkheden voor de verdere ontwikkelingvansystemen, waarbij de gevraagde stoffen via boorgaten word en geproduceerd in vloeibare of gasvormige toestand. Voor desamenwerking.die zich hier begint te ontplooien ben ik zeer dankbaar.

Bij de gesprekken.dieik metU mocht hebben, viel een opmerking. die ik gaarnevooreengroter forum tot de mijne wil maken. Mijnbouw is bij uitstek een multidisciplinairvak en samenwerking tussen de verschillendevakgebieden is derhalvezeer gewenst. HooggeleerdeDeJosselinde Jong,

Aanonze herhaaldekontakten gedurende een lange periode heb ik veel vreugdebeleefd. Meermalen sproot hieruit werk voort voor één der partijen.Ook uit onze laatste ontmoeting,naar aanleiding van mijn benoeming, volgdeenig huiswerk.Ik moest maar eens nadenken. vond je, over de verantwoordelijkheden, die mijn nieuwe status meebracht. Dit heb ik gedaan enikgevoel de behoefte het resultaat voor dit gehoor te bespreken, ofschoon dat niet bij de opdracht wasinbegrepen.

Zeer geachte toehoorders,

- 12

-wetenschappelijke integriteit.Nukent onze samenlevinghandhavers van verschillendesoort. Het isduidelijk dat dehoogleraar bijde uitvoeringvanzijn taakanderemiddelen hanteert dan gummiknuppel en dienstpistool.

Toch zie ik wel overeenkomstmetdegeüniformeerde politie:een agent moet desgevraagd in staat en bereid zijn iemand deweg te wijzen en hetzelfde geldt voor de hoogleraar, De eisvan

herkenbaarheid op de openbare weg doormiddel van dienstkleding geldt niet voor de hoogleraar. Kleding kan echterook.zoalsbekend, een demonstratief karakter dragen. Daar staikdan. bijdeze plechtige gelegenheid, door mijn kleding demonstrerend.datik bereid ben op mijn gebied de weg te wijzen en dat ik zal trachten daartoe zo goed mogelijk op de hoogte te blijven.

Het woord integriteit is niet synoniem met onfeilbaarheid. integendeel. Het duidt juistop de plicht, te wijzen oponzekerheid. ook waar mathematischeformulesen uitgebreidrekentuigeenhoge precisie dreigentesuggereren. Men kan tijdelijkaanpopulariteit winnen, men kan somsbeter 'haalbare'aanbevelingen verkrijgen, door de konklusiesvan een studie wat te verbuigen,nog veilig binnen de marge van onzekerheid.Dan begeeftmen zich op uiterst glad ijs.

Voor de reservoir-ingenieur spreekt integriteitwellichthet duidelijkstaan,waar zijn taak omschrevenword t intermengelijk aan die van de accountant. Reserve-schatt ing isdebepalingvan een voorraad halfprodukt. olie ná exploratie,vóórproduktie. Het betreffende aantalvaten olieligtechterniet in rekkenin het magazijn. voor iedereen zichtbaarom na tetellen. Evenals de accountant heeft dereservoir-ingenieurbij de schattingzijneigen verantwoordelijkheid. ongeachtwie er met eenhogeoflage schatting zou zijn gebaat.

Dames en herenstudenten,

In Uw opleiding hebt U veel feitenmateriaalmoeten verzamelen en zich een aantal technieken eigen moeten maken.Ook ikzal

.materiaal en gereedschap aandragen ter uitbreiding van Uw mentale werkplaats.Geen werkplaats is ooit volledig en dat is ookminder belangrijk; er zijn meesterwerken gemaakt met eenvoudigmateriaal en eenvoudige uitrusting. Van primair belang lijkt mij de handvaardigheid, het kunnen omgaan met de U tendienstestaande middelen.

Men zegt, dat kennis tegenwoordig snel veroudert.Dit is ten dele waar, maar daarom niet getreurd.Uw huidige kennisdientslechts als aanknopingspunt.Op basis hiervan zult U leren de wegtevinden in de literatuur en zult U leren het gevondenenaarUw hand te zetten,ter oplossing van de problemen, die U inUw loopbaan zult

13

-tegenkomen. De vaardigheid hierin veroudert niet.

Volgens moderne opvattingen is het aanbevelenswaardig. zich kritisch op te stellen. In mijn jonge jaren had de ouderdom altijd gelijk. Thans heet het dat de jongeren altijd gelijk hebben. Vanuit een kritische opstelling wilikbeide axioma's met gelijke kracht verwerpen. Blijft alleen de kritische opstelling en als eerste oefening wilikdeze opstelling zelf kritisch beschouwen. Het begrip wordt in het dagelijks gebruik veelal gehanteerd in de zin van mogen meepraten, liefst meebeslissen, over zaken, waarover men slechts zeer onvolledig is geïnformeerd. De mate waarin dit mogelijk en gewenst is, vormt een punt van diskussie - soms heftige diskussie. Een kritische opstelling is echter ook mogelijk op het gebied, waar men vakman is - of binnenkort hoopt te worden. In dit opzicht ontmoet ik nog te veel de opvatting: 'Wat gedrukt staat, dat is waar. Wat de meester zegt is waar. En een referentie naar een drukwerkje van de meester heeft een dubbele zekerheid.' Het is echter niet uitgesloten, dat U reeds tijdens de oefenmiddagen wordt gekonfronteerd met realistische problemen, waarbijhet geleerde toepasbaar is:grotendeels, in beperktc mate of geheel niet (zelf invullen).Ik acht U te hoog om op deze middagen te durven vragen, slaafs een rekenschema te volgen.Mijn belangrijkste doel zal zijn U te leren twijfelen aan de konklusiesvan anderen -en van U zelf. Ook als men U zegt, dat een probleem onoplosbaar. een projekt onuitvoerbaaris, geloof dat niet te grif.

U bereidt zich hier voor op een loopbaan van ruim dertigjaren. Tegen het einde daarvan zult U misschienUw dan grijze hoofd meewarig schudden over de simpele formuletjes. U in Uw jeugd bijgebracht. Eén enkel woord zal echter onverminderd van kracht blijven.Zo U de titel van ingenieur waard wilt zijn, zult U tot de datum van Uw pensionering, bij elke onbewezen bewering met jeugdig elan vragen:'Waarom?'.

Dames en heren studenten, Indien U kritisch naar mijn toespraak hebt geluisterd, zult U zich ongetwijfeld hebben afgevraagd. waarom ik dit deel ben aangevangen met 'Dames en heren'. terwijl het mij toch bekend moest zijn dat er geen dames zijn bij degenen. die-al of niet formeel ingeschreven-het onderwijs bij de sectie petroleumwinning volgen.Met opzet heb ik mij tot een breder publiek willen wenden, een publiek. dat mogelijk-enhopelijk ook dames inhoudt. Van de mijnbouw-ingenieurs. die zich in de petroleumtechniek begeven. zijn er slechts enkelen, die zich in het bedrijf nader specialiseren tot reservoir-ingenieur.Anderzijds vindt men onder de reservoir-ingenieurs velen, die van een andere studierichting afkomstig zijn: natuurkundigen met belangstelling voor stromingsleer. civielen oorspronkelijk gericht op

- 1

4

-grondwaterstroming,enzovoort. Gaarnezal ikmijn diensten beschikbaar stellen aan afde lingen.waarstude nten interesse voor mijn vakg ebied mochtenton en.

Geachteaanwezigen.

Ik hoop dat mijn causerie de overtuiging heeft overgebr acht ,dat er van olievelden een tweede en somsnog een derde oogst mag worden verwacht, zij het dat de winning verhoogdekosten zal meebrengen.

Voorts heb ik tot uitdrukking gebracht,dat het kostbaarste, wat de ingenieur van zijn opleidingkan meenemen, is een logischen onafhankelijk denkpatroon.

15

-I MOVEMENT OF INTERFACES IN PO ROUS MEDIA;

- 1

6

-HYIJHOLOGY

A THEO RETICAL Al'l'HOACIl '1'0 TBEl'RüIlLE:\1 OF ENCH OACH1 ~ G AXD llY-l'ASS I.'\G lW CE ,rAT E l:1)

DY D. X. DIET Z

(N. V. de Bataaj sche Petroleum Mij.)

(CouuuunicutcdIJr Prof.J. 'I' n. TUIJS:;Eut the meet ing of Xovcurbcr ~!), 1!J:):!)

Lnt roducli oti

Oil production from und ergrou nd reservoirs is genera lly cnused by one or more of the following phenomena:

Depletion .

Thevolumesprodueedare replacedthrough expa ns ionoftho rcmnin ing oil and the liberation of ga s from solution in th is oil.

Gns cap drive

Rcpla ccm en t through expansion of a gas cap. 'Vat·cr drive

Hcpl a e<'mcn t by encr onc h ing wa t er ":\lIS<'<! hy cither expnnsion of a large wa t er accumul ation or secpage fro m thc surface.

This st udy investigat es eert uin nspect s of the mali nel' in which oil mayhedispl acodby wat er.The su bject is ofpra cti calimport.a uccbeenus o it affects t he fracti on of the total oil in placo that can bc prorlu ccd.

1. Su mmu rs)

In wat erdrivefield.whcre thcreserv oir fluit! is mor eviscouslIH\Il the oncroa ching water, the water tends to by-pa ss thc oil, flowing to (he produeing wells. At low rates of flow this tende ney is checkcel by the clilTerenee in spccific gravity, which strives to keep the oil-wnter le vel horizontal,sa thut(lilequilibriumwil! rcsultwith thc in te rface remain ing at a constant slopcwhi ch moves updip through thc formation .This ha s been illustratcd by small saaie model expe r lme n t s , the result s of which are prescnted in fig. Ia. Above the so-call cd cr it ica l rate of flow suc h equilibriu m is not possible, a "water tongue" wil! penctrat e into the 1) Thc theory des cribeu in this study has been applicd to .thc Schoon eb eek

Field for sevcrnlYCo.rdand was preliminary sum ma rizc din astu <1c nts 'ycarbook: "10.18-\0-10Juarboek der ~I ij l\bou\\' kund igc Yer cn iging - Delf t"in nn nrbicloby

two~·oungeng inee rs on o trainingCOU I1:iCin rhiafield ontit lcd :"En ke lebeschouwingen over het nunl oliovcldSch oon ebeek"

17

-oil hea ring formnt.ion and the well willstart produeing water with the oi! at Uil earl)' stage (see fig.lh). The water per ccii tagc in the fluid producedwill increnseunti!opcra t.ionof tho wellsisnolon gcr cconom ica l, wh en thefield, with theremaining oil leftunderground ,will heabu ndoned.

Criticillrnte O.OOiOmffd ay

Fig. 1. Smal! scale model experiments on waterencrouchment. a. below the critical rate,

b. above the critica1rata.

Ifthe crltical rate turns out moderately high it will be econ om ica lly fensible to maintain a production below it, in order to obtain a higher ultlmutc recoveryand lowerdehydrationcosts.In other casesthecrit ical rat" will he belowany commercial figure and the eOll seqll cn ces ofcxcee d ing lt lil'" unnvoidnblo, but should be stuclied ca rofully.

In tho following Ho two-dimensionul ma themutical allalys is of wa t er encroachmen t in a monoclinal field is presenled. Formula e are derived todetcrmiue thcvalue of the critica!rate an d topreeliet thedevelopmont of1\ water tongue in the cas e of the crit ical rato bcin g cxceede d .

2. Critical rate

Irin a water drive field the oil is produced at a slow enoughratc, thc differcncoinspeeltic gravity will counterbalnnce the effect of tho diffcrcnce in ,-i~".)~i ty anti prevent tho water frorn by-passing thcuil, Consoq uc ntl y all liquid will move at the same velocity v.

The watereneroachment on a monoelinul flank can be stucl ied in a rcprt-sentntive cross sectien of the field and the problom is therefore redui-cd to one of two dimensions.

A sharp interface, rather than a transition zone, is assumed between the oil beuring and't h o flooded part of the formation. No prcssurodrop isass iuned ucrossthe interface, although a constant one might have been intn» luccd without affect.iug results, The water and tho oil \ViI! he con si .l r-redineruupressible.The absolute permeabilityisussumed con st ant throughout thc formation.

- 18

-Thcn from fig. 2 it can bo scen t.hnt :

I"ig. 2. Sketch of oross-soctlonthrough laycr end wotertonguo .

atA Po(A) = p .. (A) = p(A)

(I)

(2) (:J) (4) where at B at C

~

atD

~

1)(B)= p( A ) -

e

..

(Jcosady l'(C) = P (A) - eo(Jsin adx

+

~:.;

dx ()f' p(D)= 1'u (D)= 1'(..1)-eu(Jsinadx

+

;;fd.e-!!o(J cosadil = 1,..(D)= P (A) - e..(J cos Cldy

-. d ~P",d

e

..

gsm a x +~ x

p = pressure

e",

= dcn slty of the water (mass per unit volume) (io =,dcn sity of the oi! (mass pcr unit volum e)

g = gravity con st ant

a ,;,dip ofUw puy zone

x = coordiuatc in the direction of the bedding of the pay zone y = coordinate perpeudicular to pay zon e

Po= flow pot cntial in the oil p ..= flow potentlal in the water

The two expresslons for 1J(D) yield the equa t ion

- 1

9

-Dar cy' s luw is exp ressc d by

(G) "n d (i) - -

s

_~x

r ,

= v -I'O_k,

(8)

Ilw = viscosi ty of the water Po = vlscosity of thc oil

kw= effect ive perru eabillty to water k₀ = offcct ive permeahility to oi!

80 that

g(e~

-eo)(tan a

+~)

eos a=

(t: -

.

i:)

v

Sinco here v is assumed to be constant dV/dx is cons t a n t and the interface wil! he a straight line, For _Po/ko= lIjk", it fell ows tha t · dV/d x = - tan a and the interfacewil! stay hori zon t a!. Irpolk_o

>

!'wlk", .then (ly/ dx > - tan a. The limiting condition for the possihility of a

constantvelocity v in bath oi! and water is given bydV/dx= O.Ther cfore, the ruaximum rate of production under such conditionswillbogivcn by:

(0)

g ="rat e of inflow pl'r nnit width

h = thickness of the formation.

3. .~fll tl,,,,,/((/ icalano lsjsis

0

/

themovclIltlll

0

/

thcintcri aceat(Iproductio n abovethe criticaI rate

1\. Simplified formuIa for cross se ct i on of watcr tongn c

Ta obtnin a rnathematical solution to the problom it is ncccssary to

make certain simplificntiöns conccrning field conditions. Bestdes thc sunposition s ofcha p ter ~ thc gradicnt of the flow polential is assum od to be in the dircction of the dip of thelayer. Alsoinsofur as thc wat er

encronelun en t has an unstablc character this is ass u med for thc time bein g not to manifest itself in tho third dimen sion.

Forruula (5) from chapter 2 is valirl for these nssu mp t iona. (5) g(e ••- eo)cos ady

+

g(!!w - eo)sin adx =

c:".. -)):':)

dx

nut withthe brcak-through of water both liquids no longer flow with the game velocity as they did in the case discuss ed in that cha pter . Dur ey' s law is now expreseed in the two formulae:

- 20

-The equation of continuity, which, in the previ ous chu pter, consistcd

simply of theassumptiou of a constantvelocityvin bothliquids, bccomcs: (12) q~-I-q.= q (indep end en t of x)

FormuJac (5), (10), (Il) and (12) give

(13)

when (14)

~ = _ tnn a_ (q,,/y) (p ••/k,,)- (q-q,,)/(h-y)(II. /k .)

ox g (ew-e.)co. a

- taua-I-k.g

(Q

~~~.)

cosa [",:y - ( ;-I-

h~y)

q

~

]

(15)

Diffcrentiating (13) wit h respect to x yields

l

k. "(e ~ - e.) cosa

o'y

q

oy

[a I ]

1'.

o.r'

= (h-y)'~-I-

!i' -

(h-y)' .

oy

(a

I)

oq",

.q~ ox -

ïi

-I-h-y ;;X

At.this stage the equation of eontinuity in conneetion with time (see fig. 3) is introduced.

(1û) oq~o:r = _

fs

oy'iHt

.,

.1;--::\

\-

,

"-

'

~

v.ter - ' \

\

\

.

-

..

-"--

-- - --

----

•

.

, 'r

_\

_,

Fig. 3. Illustrntion of the eq ua t ion of con tin uity. where

f

= por osit y

8 = differ en ce ofsa t uration in the oil-bcaring and waterflooded regi on s

t= time ,

wh ich red uces for mula (15) to

- 21

-The unk n own in theright hand side, 'l~. mny he exprcssed by:

(I'~!ll ~)

u

!I

(18)

q

~ =

'1{(k.lfl. l(I. y»

+

(kwll' oc)Y

=

qa(Il- y)

+

Y

This value is not nbso lutc ly accurate and sho uld thercfore not be

used in equa t ion (13), which has to be diITer entiat ed. However, when

not differentiat cd, itgivcsa vcry close ap p ro xima t ionand therefore can be safely used in forrnula (17):

l

k.g(Q~-Q.Jco.a

il'y

=[_I_+(~

_

_ I_j.

I'

.

il.~' (Il-y)' y' (Il-yj'

(Hl)

Y ]

ily

(a+

I)

lly

'a(Il y)+y q~+

ïi

h -y ISTt" In order to express yas a function ofx andt, this partlal differentlal

equation of the secend order should be solved, This would involve mat.hem ati cal difficulties. Itis fortunate therefore, that in many cases (where thc rate of productionis at least several times thc crit ical one)

.the lefthand side of th is equnti on mny be ncglc ct ed'). In those cases the shnpe of the waterpen etratienis n thinclong nte d tongue andtherefore

thecurvatureof tbe interface,as ex preseed by b2y/éx2,_{isext remelysma l!.}

Applying thc rule

(20)

_(il

x

)

(llYl dt ),

Tt" •= - (~!llcIx),

it fell ows thar

(il

.,,)

q Tt"

.-h

= a hls (23) whils t the 100

%

ra to cqua l to (22) (2 ) h ah .2... 2) 1 iïï={a(h y)+y)'Js

Th is for m ula givcs thc upd ip velocityof thc water front at n eertuin fixcd va lu e ofy.Puttingy= 0 gives thcvelocitywithwhich theextreme

tip of the water tongue mov es along th o bot t o rn of thc formnt ion :

(il

X

)

1 q Tt"

.-

0

=

a

hls

wat er line moves along the top of the for m ation at a

1) See under b. for n furthcrdiscu esion of this simplificntion. 2) A simplorway tonrriveat thisformula isas fell ows : ll:l' (llylllt) 1 (~qwlll.), I llq" I II Y "'Sï = - (llYf~x) =

Ti

(llyfll.t), =

Ta

ïîii

=

Ta

'SYq.>(Il y)

+

y

q l1(h-lIH-y-lI(l-a) q ah

=Ti

{a(h-y)+yl'

=Ta

{.>(h-y) +y}'

Howevor, by differcntiating nnapproximnto vnluo such us

"

q~"",qa(h"":y)+y'

- 22

-Befere production starts, that is bcfore t= 0, tho Interfnee must be horizon t al and eau be expressed by (21) and at n time t _ ....JL.. XU_OI = tuna I I X = - - y -

+

J

~x dt = _....JL..

+

__

a_h ~

J

qdt tan« ~! tan« [a (h - y)

+

yl'Is . o 0 (25) where x:= _{- tnna}V

+

[aCh ah Q y)+y)'

't:

Q= eumulativc inflow pcr unit width .

This shows that, in the first approx îmation, thc shape of thc wnter tongue does not dep end on the difference in densit y of oil nnd wat er , gra vity or tho rute of production. but only on tho constant a (which is called themohilityrntioandis equalto(ka fI.)/(k.,1'0)) ' the cumulativo production and to someextend on the dip of the prod uci ng formation. The factthnt thclefthand sideof equa tio n (Hl)may benegleet od moans that gra vity effects arc ncgligible at the rates of production under con sid crn ti on .For suc h casestho concl usion,drawn abovefrom oqunti on (25), that only the cum ulative prod uct ion is important cnn bo more ea sily unders tood .

b, :\I/\xim um val ue of correc tio n t.erm

Jf thc lcf t ha m! side ofcqua t ion (Hl) werc rctaincd thc solution woulel run

(2!a ) _Tt"~J: _{= [a(h-Y )+!ll'}ah

_7'

q _----I-,o-ko9(~ "-_I-Qu) cos_{' --·} u_{a (h}y(I._- -_{y ) + y}y ) (~'!l_(~!lI~.t')_I~:>:) Thcaddition nlterm can no t bedet cr m incdcxplicitl y bc eauso it contains

x,butasit is on lya cor rec t ion term it is pcrrniss ible to calc u lateitfrom the uucorrcct cd solut ion of formula (21). Now fromformu la (2,;),which is the intcgral ofform ule (21). it is found thnt

(25a) so (211)) As (21<:) dx =

[..=.!-

-

2"h(l- a)

9...J

dl

. tun« (a(h-Y)+!I) ' Is Y

~

=

[....=..!...

_

2111, (I-...::'l-.

2...

J-'

~.r tauu {u(h-!I)

+

y)'Is

23

-it fellows that

("'!110x') ""!I [ - I 2.,"(1-11)

QJ-2

0""(1-,,)' Q (2Id) ("!I/O"'}=~iiX=- tnna-{I1("-y)+y}'ls '{Il("-Y)+Y}'/S'

whieh can bc substitutcd into (2Ia), thus giving a first upproximation ofthe correction.

Itcan bc seen that the Cl1r\'C of the interface is straightcnedby the correction term, therefore thc value given by formulu (2Id) may be rogarcled as a maximum limit. With thc help of (2Id) thc maximum possible valuo of the secend term on the right hand sidc of cquation (:!Iu) cun ho deterrnined for any valuc ofV and this value compnred to thc first tcrm of tho right hand sidc. Thiswil!make it possiblc to check how far it is pcrmissible to negloet the secoud term and with it thc influenee of gravity and rato of production.etc. It may be noted that for V=0 und y =htho productV (h-V) bocomes zero and the influence of the sccond term disnppcars.

c. Magnitude of flow potontie ls

In conneetion with depletion problems it may bo important to know morc about the flow potcntinIs whieh have been climinuted ut the beginning of this chupter. For this purposo the minor differcnecs between the /low potcntial in thc oil nnd water may he disrcgarclcd.In this case (10), (11) and (12) yield (2G) and so (27) q

= (_

uI..",_ ("-!l)

I

")

"l'

=

_

I

..,

.

[y

+

a(h- V)]"~ PIl' I'O ~.r. l 'IQ ilx (28)

Usunlly it is dcsircd to know tho difference belween t.hepotcntiuls at two points 1 and 2.

p - P =

f""P

dx= - ql'"

f"

clx

1 2

"X'

1.:.. Y+Il(h-Yl

Ir. Z',

'1'0 ealculate the intcgral, dx can be expressed in terms of V hy dilTcrentiating formula (25):

(20) d_x=[_tana-{I1(h- I 2ah(l-a)_-y)+y)'lsQ]dY_' whieh reduces formula (28)to

~ r.

F _P - ql'"

[-I-f

dy +2Ilh(I-Il}Q

r

dil . ]= I • - 1.: .. tana y+a("-y} Is . {a("-y)+y}'

~

.

11'1 VI

qp", [ 1

f

d{(I-a}Y+llh) 2ahQ

f

rl {(I-Il) U +11")]. =T;; (I-.,)tnna (l .'lY+llh +

IS

{(1-Il)Y+Il")'

(30)

24

-P - 1' = q"w[ln{y + n(h-1/11_ 2nhQ I

JU'

I 2 J.:~ (I- . }ln" o 3/. (y+a(h-y)}' u. and when the pot cutinls are compare d with those at tho boun da ry of the oilficld - as will oftc n bo thocase - VI boco mes h an d

(31) P _1'

=

ql',, (

1 In h _ 2ah2 [.!.. , u kw {I-a)tnna y+ a (h - y } 3/. h' I {y+a(h 4. Applications a. Estim atiou of water pr o d u ctio n rutcs

For the cxploltation of a field it is sometimes necessary to estima te when and how eertainwellswill turn to water.Formulae (18) and (25) ean form the basis of such an estimate.

b. Reserve estimates

The economie limit of a well can be oxprcssed as thomaximumwater percentage with which it can still be economically operateel.\Vhen the structurully highest wells of the field have reached their econ omielimit, then thc field will gen er allyhave rea ch ed its ui ti mat e producti on .From forrn ula (18) the thickness of the water tongue at thoso wclls, with coordinate 2:er~,. will be known,\Vith this value, sign ificd by V", .Um .' Q

can be culculut ed with the help offormula (25). Also - by int egra t ing tho cont ent of the water ton gu o - tho su bs ur face volum e of t.hc oil driven out (Qo)can be found as follows (sec fig. 4):

,

/sVee.1im.x (Xcr~t.·t-u2 t«an u.

u

,n.)

+

/

8

J

vee.Hm . L1xdy=

(32)

,

/sy x (x

+

Yec.urn.) -i-[s

J __

,,_h

2..

dy

-= ec.Urn. .ere<

'

2 tan a la(h- y j

+

y)' is -vecvu m.

_ Q --[s , X (x

+

!lee.,,,,,.)

+

-

Q.1l. I

I

'

-- 0 - Ycc. lIl11 . creet 2tnna I-a. a(h - y ) +V v ec.Tuu As Q dcnotes the totalHuid produced per unit leng thof t.hebloelc the cumulat iveamount of waler produeedat the end of thelifeof the field can bo Iound by subtracting Qo fromQ.

c. Dop lo t ion est ima te s

Water tongning willonly occu r in fields with a highly viscous oiland such an oil will usu all y not contuin much gas, therofore production by depletion may be small, Therefore it seems justilied to eompute the flowin conneetion with thc watertongue assuming that the oil beh av es as all incomprcssible fluid ,

In order to make a correction to the recovery est.ima tc d from water driveonly , it is possibleto cnlculate an ad'.::'ion alfignrofor the prod ucti on

-

25

-by depl et ion . Fo rrn uln (31) wil! give the prcssures that ure nceele d for this purpose.

___

_

-:

~

__

~:8te~ 0"''i... . 1...lc~ · .bl#

t

l

l

Fig. 4. Vol urne of tho Dildeiven out by the wnter to ngue. 5. Thc resisla nce present edby theint ermed iatezonebelween oilatul water

The assumption th a t the oil wate r bouu du ry may be considcrcd as a

sharpint er fa ce,viii notalwuys be justified.Therewill be an intcrmediutc

zone, in which t.he oil, nnd water saturat ions change from those in the or igina l oil Learing fur mati on to those in the wa t cr-Il ood erl rcgion. In

this zonethe rela t ive pcrme a bi litywil! bolow for both liquids, so thnt an extra resistance is put up against disp lucemen t of the oil-water bound ary. Thc microscopi e beh aviour of the fluids in the intormed iute zon e has Leen describ ed by BVCnLE ' and LEVEIU;T"r in their article:

l\Ieeh nni sm of fluid displ a cem ent in sauds. Trans. ADIE Vol. 146

pp. 14:l-158. Their thcorywil! fully descrihe displucem en t cxpe rimcnts in tubes su fûcicn t ly nar row so thnt variution a ina cross-sect ien may be disregarded. Ir on the ot her hand the displ a cem ent is cond uc te d on 811Ch a lar ge scale that the thickncss of the intcrm cdiat e 7.OII e may be disrcgnrded, thc theory presentod in this artiele would prevuil .Tilthe intermediute range both mcchanisms wil! be effectivo simult a n eous ly and up to the present no satisfaetory mathematical solut ion has been found. Th6 TI.P .M.Laberatory in Amsterdam is therefor e st udy ing the problem from another angle, i.c, by souled model experiments and is cxpected to report on Uw results in duo course.

I r

26

-THERMAL RECOVERY AbI, wal fro: of: pro cap ~ ear' ind dey firn F eml Wat cha inje bet· eftl, 1 inje mal A pap inje Wat im~ basi eflic nall S

-

by Pro