Vanninnsprøyting Print
Økt utvinning
Vanninjeksjonsbrønner
Vanninnsprøytingsbrønner på Ekofisk-feltet
av Kristin Øye Gjerde

Reservoaret på Ekofiskfeltet er på flere måter enestående. På oljespråket kalles det på grunn av størrelsen en "elefant". Det er det største oljefeltet i på norsk sokkel med hensyn til olje til stede i reservoaret.  Hovedreservoaret ligger vel 3000 meter nede i bakken. Det strekker seg 10 km i lengdereningen og 8 km i bredden. På det tykkeste er det ca 300 meter. Opprinnelig rommet det 600 millioner Sm3 olje og 226 milliarder Sm3 gass samt 18,8 millioner tonn NGL.[1]

Verdiskapningen fra Ekofiskområdet har gjennomgått en enorm utvikling i perioden 1971 til 2004. Utvinningsgraden fra kalksteinsfeltet Ekofisk har økt fra anslått 17 prosent i 1971 til estimert 46 prosent i 2004. Det er skapt verdier for 1216 milliarder 2003- kroner fram til 2004. Hvordan har denne utviklingen vært mulig?[2]

Noe av svaret ligger i vanninnsprøyting. Tidlig på 1980-tallet ble det gjort forsøk på å pumpe inn vann for å øke trykket og bedre produksjonen, noe som aldri før var prøvd i et krittreservoar. Etter lovende tester ble vanninnsprøyting satt i gang for fullt fra 1987. På det meste ble det sprøytet inn 900.000 fat renset vann hver dag. Andre steder i verden, i liknende reservoarer, har vanninnsprøyting gjort liten nytte. Men i Ekofiskfeltet fungerer det, og metoden har bidratt til at feltet gir fra seg langt mer olje enn opprinnelig antatt. Produksjonen rundt årtusenskiftet var nesten like høy som 25 år tidligere.

[1] Fakta 2002. Norsk petroleumsvirksomhet. Olje- og Energidepartementet.
[2] Kvendseth, Stig S., "ConocoPhillips. Verdiskaper på norsk sokkel gjennom innovasjon og nytenkning." Foredrag 2004. 

Statestikk kopi
Produksjonshistorien for Ekofisk-feltet 1971 - 2004
Lenge leve kritt!
Eksperiment
Oljefylt kjerneprøve fra Ekofisk som er senket i vann. Vannet trenger inn og fortrenger olje og gass, som bobler ut.

Illustrasjonen til venstre viser hvor effektiv vanninnsprøyting er i kalksteinsreservoaret, noe som er en viktig årsak til den formidable produksjonsøkningen som har vært på Ekofisk siden innsprøyting av vann startet i 1987.

Halvparten av verdens petroleumsressurser finnes i kalksteinsreservoar, men sandstein regnes som oftest som en bedre reservoarbergart for olje og gass. Sandstein er ofte mer porøs og har bedre produksjonsegenskaper, avgir olje og gass, og utvinningsgraden er forholdsvis stor. Kalkstein er tettere og avgir olje og gass langsommere og med lavere utvinningsgrad. - Slik var den vedtatte sannheten da Ekofisk-feltet ble satt i produksjon i 1971.[1]

Oljedirektoratet var den som først rettet fokus på om det var mulig å øke utvinningsgraden fra felt som Ekofisk. En utvinningsgrad på bare 17 prosent syntes alt for lav. Basert på den første feltutviklingsplanen, skulle feltene i Ekofiskområdet være tømt for utvinnbare reserver i 1996. Disse antagelsene har for lengst blitt gjort til skamme. I stedet tegner disse feltene til å bli blant de lengstlevende på norsk sokkel.

Oljedirektoratets årsberetning for 1977 gir uttrykk for hvordan myndighetene tenkte den gang: "Det er vanligvis bare en liten del av den olje som er tilstede i et reservoar, som kan utvinnes. Meget vil avhenge av hvordan produksjonen legges opp, hvilket tempo man velger for utvinning m.v. Ved forskjellige metoder bl. a. ved injeksjon av gass eller vann, kan den utvunne andel i mange tilfelle økes. Man står her ofte overfor vanskelige økonomiske avveininger, der rettighetshavers og myndighetenes interesser ikke alltid vil være sammenfallende. Oljedirektoratet har, som ivaretaker av statens interesser, en viktig og komplisert oppgave på dette området."

Ved fjerde konsesjonsrunde i 1979 ble Phillipsgruppen spurt om hva de gjorde for å øke utvinningsgraden. De innså at det var en viktig del av norsk oljepolitikk å øke ressursgrunnlaget. For å få det til måtte forskning rundt økt oljeutvinning drives framover. Forskningsprogrammet Joint Chalk Research (JCR) ble etablert i 1980 av Oljedirektoratet og den danske energistyrelsen, sammen med rettighetshaverne til krittfeltene i Nordsjøen.[2] Ikke lenge etter startet et pilot vanninnsprøytingsprosjekt på Ekofisk.

[1] Kvendseth, Stig S., "ConocoPhillips. Verdiskaper på norsk sokkel gjennom innovasjon og nytenkning", foredrag 2004.
[2] Kristin Henenger Haugen, Lenge leve kritt!!, Norsk sokkel. Tidsskrift for Oljedirektoratet. nr 1, 2004.

Pilotprosjekt
Ekofisk
Ekofisk 2/4 B sammen med Dyvi Beta

Fredag 10. april 1981 kl 0345 ble det første vannet pumpet ned i brønn ”B-16” på Ekofisk 2/4 B.[1] Vannet ble sprøytet ned i reservoarets nedre del - Tor-formasjonene. Laboratorieforsøk hadde vist at det var kalksteinen i denne delen av reservoaret som hadde de beste egenskapene for å suge opp vannet, og dermed presse oljen mot produksjonsbrønnen. Målet med det treårige prøveprosjektet var å undersøke krittets evne til å suge opp vann. Dessuten ønsket en å få nærmere kjennskap til om vannet ville skade kalksteinen og dermed redusere produksjonsegenskapene og forsure oljen og gassen? Risikoelementene var store.

I løpet av høsten 1982 forelå det et tilstrekkelig datamateriale til å fastslå at vanninnsprøyting bare ville være marginalt lønnsomt. Da oljeprisen i tillegg viste svekkelse i januar 1983 var økonomien i vanninnsprøytingsprosjektet i ferd med å forsvinne - basert på bedriftsøkonomiske kriterier.  

På den bakgrunn startet Phillipsgruppen forhandlinger med Oljedirektoratet og Olje- og energidepartementet for å få bedre rammebetingelser for å kunne realisere prosjektet, som hadde positive samfunnsmessige konsekvenser.[2] 

[1] News Brief, mai 1981
[2] Kvendseth, Stig S., "ConocoPhillips. Verdiskaper på norsk sokkel gjennom innovasjon og nytenkning", foredrag 2004.

Prosjektet besluttes iverksatt
Vannet fortrenger oljen
Vannet øker trykket og fortrenger oljen, slik at den presses ut
Vannmengden
Vanninnsprøytingen tilsvarer en vannsøyle med diameter på 30 meter og en høyde på 200 meter.

Forhandlingene med staten om forbedrede avskrivingsregler i vanninnsprøytingsprosjektet førte fram. Den 9. august 1983 kom Phillipsgruppen og Olje- og Energidepartementet til enighet. Det ble tatt høyde for at eventuelle inntekter fra økt produksjon som følge av vanninnsprøytingen ville komme på et sent tidspunkt, gjerne ikke før utpå 1990-tallet. Prosjektet krevde blant annet bygging av en helt ny plattform. Phillips fikk nå anledning til å avskrive alle investeringene de gjorde mot de inntekter de hadde for produksjonen etter hvert som investeringene ble gjort. I tillegg ble prosjektet klassifisert som forskning. Det ble også lagt vekt på at 2/3 av estimerte kostnader, som var satt til mellom 12 og 15 milliarder 1983-kroner ville gå til oppdrag i norsk industri. Dette var kjærkomment i en vanskelig periode for norske verft.[1]

I løpet av høsten 1983 og våren 1984 ble kontraktene for byggearbeidene til den nye plattformen, som fikk betegnelsen Ekofisk 2/4 K tildelt. Flere av kontraktene havnet hos norske verft. Kontrakten for bygging av understellet gikk til Aker-Verdal og var verd 320 millioner kroner. Dekksrammen gikk til Haugesund Mekaniske Verksted og var verd 210 millioner. Mens Kristiansand Mekaniske Verksted fikk oppdraget med å bygge boligmodulen, til en verdi av 100 millioner.[2]-[3]

Prosjektet ga raske resultater. Tre år etter at innsprøytingen startet, var oljeproduksjonen doblet, og anslaget over utvinnbare reserver i Ekofisk økt betydelig.

[1] Kvendseth, Stig S., Funn! Historien om Ekofisks første 20 år. (1988), s. 196
[2] Phillips Revyen - Vanninjisering
[3] Norsk Oljemuseums Årbok 1991, Phillips – først med alt? Lavik, Håkon. s 33-34, Stavanger  (19991)


På det meste ble ca. 900.000 fat renset vann pumpet ned i Ekofisk-reservoaret hvert døgn. Dette tilsvarer den daglige vannforsyningen til Stavanger og Bergen.

Vanninnsprøytingsplattformen Ekofisk 2/4 K
Ekofisk 2/4 Kilo
Ekofisk 2/4 K og Ekofisk 2/4 B
jack-up
"Dyvi Beta" rigg med bunnrammen på havbunnen

Boring av den første vanninnsprøytingsbrønnen startet april 1984 fra den oppjekkbare riggen ”Dyvi Beta”. I løpet av en toårs periode ble ti av programmets i alt tjue brønner boret gjennom en boreramme på havbunnen. Sommeren 1986 ble ”Dyvi Beta” erstattet av den nye, permanente plattformen Ekofisk 2/4 K. Den ble den 25. faste plattformen i Ekofisk området.

Ekofisk 2/4 K, som ble forbundet med Ekofisk 2/4 B med en 100 meter lang bro, var den største stålplattformen på feltet. Med fullt utstyr veide den over 40 000 tonn. I tillegg til forskjellig pumpe- og prosessutstyr, var den utstyrt med boremoduler og boligmodul med plass for i alt 190 personer.

Den 28. desember 1987 kunne for første gang renset sjøvann fra 2/4 K sprøytes ned i brønn K-30. Noen dager senere var også brønn K-4 klar, og deretter gikk det slag i slag med å få alle vanninnsprøytingsbrønnene i funksjon.

Fra K-plattformen går brønner som sørger for vanninnsprøyting til selve Ekofisk-strukturen. De lengste brønnene er ca 7 km. Alle sammen går ned til en dybde på ca. 3000 meter der reservoaret ligger. 

På Ekofisk er det to reservoarsoner. Det øverste er Ekofisk-formasjonen, som er fra den geologiske perioden som kalles Dan (ca. 61 - 65 millioner år gammel). Den nederste er Tor-formasjonen, som er fra den yngste delen av Kritt-tiden (ca. 65 - 70 millioner år gammel). I dagligtale brukes ofte de engelske betegnelsene Danian og Cretaceous om de to formasjonene. Det er en tett sone på 20 - 30 meter som skiller de to. Vanninnsprøyting foregikk opprinnelig hovedsakelig i den nederste sonen.

Van(n)vittige mengder vann
Olje og vann
Brønn 2/4-C-11 ble boret i 1986, før vanninjeksjonen startet. Brønn 2/4-X-32 ble boret i 2001. I store deler av reservoaret i denne brønnen er oljen trengt ut av vannet. Det vil bli større og større utfordring i årene framover å finne områder hvor det fortsatt er olje. Forskjellige metoder blir brukt for å prøve å finne slike områder.

Vannet som blir sprøytet inn i reservoaret er sjøvann som blir behandlet på en rekke forskjellige måter. Saltvannet må behandles slik at det ikke skader utstyr eller de oljeførende formasjonene i reservoaret. Det gjøres på følgende måte:

Vann pumpes opp på 2/4 K og spyles gjennom et sandfiltreringssystem som fjerner 98 prosent av alle partikler større en 2:1000 mm. Så fjernes alt oppløst oksygen som kan skape korrosjon i rørsystemet. Videre blir vannet sterilisert var ultrafiolett stråling. Dette blir gjort for å redusere sulfatreduserende bakterier (SRB). Ultrafiolett stråling er meget effektivt og dreper 99,9 prosent av alle bakteriene. Vannet er da rent. Ved hjelp av enorme pumper drevet av jetmotorer blir så vannet pumpet ned i reservoaret.

Prosjektet utvides
Ekofisk 2/4 W
Ekofisk 2/4 W

Fase II , eller første utvidelse av vanninnsprøytingsprosjektet, tok sikte på å utnytte overskuddet i innsprøytingskapasiteten på 2/4 K. Det ble sommeren 1986 besluttet å starte et prøveprosjekt med vanninnsprøyting i Ekofisk-formasjonen, det øverste laget av reservoaret. Prosjektet ble regnet som vellykket, og i 1988 ble hele vanninnsprøytingsprosjektet utvidet til også å gjelde den nedre del av Ekofisk-formasjonen og Tor-formasjonen i sørlige delen av feltet. Det ble besluttet å bygge om brostøtte to til det sørlige flammetårn på Ekofisksenteret til en brønnhodeplattform med plass til åtte brønner. November 1989 var plattformen som fikk navnet 2/4 W installert. Nødvendige endringer ble gjort på 2/4 C og 2/4 A slik at åtte nye brønner kunne bores fra hver av disse plattformene.

Den 12. september 1990 gikk startskuddet for vanninnsprøyting på 2/4 W-modulen. Dermed var det utvidede vanninnsprøytings prosjektet i gang. Vann ble sprøytet inn i den nedre del av Ekofisk-formasjonen (Dan) og i Tor-formasjonen (Kritt)  i den sørlige delen av feltet. Vannet som ble sprøytet ned kom fra en 12 tommers ledning fra 2/4 K-plattformen, hvor vannet ble renset før det ble sendt av gårde.[1]

[1] PhillipsNytt nr. 12 1990

Mærsk Guardian
Mærsk Guardian borer vanninnsprøytingsbrønner
Horisontale brønner
Illustrasjon
Brønner på Ekofisk. Blå farge markerer vanninnsprøyting. (1990)

Siden både Ekofisk- og Tor-formasjonen reagerte så positivt på vanninnsprøytingen ble det bestemt at den sørlige delen av feltet også skulle innlemmes. Dette ble kalt fase III. I 1989 ble prosjektet godkjent. Ny boreteknologi med horisontal boring gjorde det mulig å bore de lange brønnene som måtte til for å nå det aktuelle området. Vanninnsprøytingskapasiteten ble gjennom fase III økt fra 375.000 fat vann pr. dag til rundt 500.000 fat. Fem nye innsprøytingsbrønner og to nye produksjonsbrønner ble boret og det ble foretatt en installasjon av gassløft på Ekofisk 2/4 A-plattformen. I 1992 var fase III i prosjektet fullført.

Som vist i illustrasjonen under har det siden tidlig på 1990-tallet blitt boret en rekke horisontale brønner på Ekofisk. I løpet av 1990-tallet ble vanninnsprøytingen utvidet en rekke ganger slik at den i 2004 dekker hele Ekofisk-reservoaret - med en kapasitet opp mot en million fat renset sjøvann per døgn. Ekofiskreservoaret har vist seg å være enestående og absorberer vannet på en glimrende måte. Trykket i reservoaret var ved produksjonsstart i 1971 7000 psi. I 1987, før vanninnsprøytingen startet, var det nede i 3500 psi mens det i 2004 er 5500 psi. Produksjonen har i løpet av 2004 satt nye rekorder - etter 33 år i produksjon.[1]

[1] Kvendseth, Stig S., "ConocoPhillips. Verdiskaper på norsk sokkel gjennom innovasjon og nytenking", foredrag 2004.  

Horisontale brønner
Horisontale brønner. (2003)
Modell av olje og vann i et av reservoarlagene i Ekofisk
Modell av olje og vann
Rødt: Olje. Grønt: Olje og vann. Blått: Vann

Modellen til venstre er fra 1971. Modellen til høyre er fra 2003. Mens det i 1971 nesten bare var olje i Ekofiskfeltet, er mye av oljen erstattet med vann i 2003.

Fortsatt jaktes det på "oljelommer" på Ekofisk. Det er mange mulige feilkilder. Men reservoaringeniøren simulerer så godt hun/han kan hvor vannet og oljen befinner seg, og gir beskjed til boreavdelingen hvor den fine “oljelommen” er lokalisert. Så er det opp til boreingeniøren å finne ut hvordan man skal bore seg ned til det ønskede stedet.

Kilde: Tor Strand, geolog ConocoPhillips 

Oljefeller
Produksjonsøkning i dag og i fremtiden
Produksjonsøkning
Modell for produksjonsøkning

Ny og forbedret 3-dimensjonal seismikk og ny og forbedret geologisk modell og reservoarmodell har vært nøkkelfaktorer for økningen av produksjonen. Tett samarbeid mellom geologer, geofysikere, reservoaringeniører, borefolk og paleontologer har ført til suksessfull planlegging og boring av mange lange horisontale brønner. De lengste horisontale strekkene er 2,5 km lange.[1]

Det ligger fremdeles svært mye olje igjen i reservoarene. Ifølge Oljedirektoratet har operatørselskapene rapportert inn over 100 millioner Sm3 oljeekvivalenter (over 600 millioner fat) i mulig ekstravolum i krittfeltene. Feltene Ekofisk, Valhall, Eldfisk, Tor og Hod representerer samlet over 30 prosent av potensialet for økt utvinning på norsk sokkel. Produksjonen fra Edda, Albuskjell og Vest Ekofisk er nedstengt, men økt forståelse av feltene gjennom krittforskning kan gi dem nye muligheter. Oljedirektoratet mener det kan være mulig å ta opp igjen produksjonen fra noen av disse feltene en gang i fremtiden.[2]

[1] Tor Strand, geolog ConocoPhillips
[2] Kristin Henanger Haugen, Lenge leve kritt!!, Norsk sokkel. Tidsskrift for Oljedirektoratet. nr.1, 2004.

Lukk
 
 
© Norsk Oljemuseum - Design og utvikling Netpower