Project of quantitative risk analysis for designs of permanent abandonment of wells

Tusenvis av brønner vil måtte stenges og forlates på norsk sokkel de kommende tiårene. Permanent nedstenging av brønner krever at man etablerer barrierer av en viss lengde som spenner hele tverrsnittet av brønnen, fra formasjon til formasjon, i et evighetsperspektiv. Siden tilstanden til den opprinnelige brønnsementen kan være usikker eller vanskelig å måle, medfører begrensninger i dagens teknologi at man ofte bruker lang tid på nedstengingsoperasjoner og at man har utstrakt bruk av kostbare installasjoner for å gjennomføre operasjonen. Det er et stort behov i industrien og samfunnet for sikre, bedre og mer kostnadseffektive metoder for nedstenging av brønner. Ideelt sett skal design for brønnplugging føre til så lav som mulig lekkasjerisiko fra brønnen etter plugging, samtidig som operasjonen skal være så tid- og kostnadseffektiv som mulig. En risikobasert tilnærming til plugging og forlating av brønner kan være et skritt i denne retningen som vil kunne reflektere brønnspesifikk lekkasjerisiko og ta hensyn til både barrierelengder og verifikasjonsmetoder. Tilnærmingen vil kunne brukes både til å optimalisere design for plugging og å evaluere effekten av alternative løsninger og nye teknologier. Risikobaserte tilnærminger er under utvikling, men det er fremdeles behov for dypere kunnskap omkring ytelsen til brønnbarrierer og til begrensninger og muligheter med dagens verifikasjonsmetoder. Det er også behov for å etablere akseptkriterier relatert til risiko for at en barriere svikter og hvilke konsekvenser det kan få. Hovedformålet med dette prosjektet har vært å videreutvikle en risikobasert tilnærming til plugging og forlating av brønner ved å adressere disse kunnskapsmanglene. Vi har med dette målet i løpet av prosjektperioden vurdert konsekvensmodellering av lekkasjer fra pluggede brønner i et risikoperspektiv, utviklet modell som tar hensyn til resultat fra logger i lekkasjemodellering, og utført full-skala eksperimenter som gir innsikt i hva slags variasjon i permeabilitet som eksisterer for sement som ikke har hatt utfordringer med fortrengning eller interaksjon med formasjoner. Dette har gitt et godt grunnlag for å videreutvikle risikobasert tilnærming til lekkasjerisiko fra pluggede brønner, Metodikken har vært testet og demonstrert på felteksempler i Norge og i Brasil.

This project was the first part of the P&A Innovation Program JIP (Joint Industry Project) and was an initiation for many of the activities performed therein which has since been expanded on based on the results from this project. As such, this project has been very successful for NORCE in terms of increased research activity on P&A and has benefitted from frequent dialog with the operator companies participating in the project. The full-scale experiment performed for this project was the first application of the P&A laboratory built as part of the Norwegian P&A Laboratories national infrastructure project. Further experiments are being performed with industry funding to expand on the knowledge gained from that experiment, and strengthens NORCE as a discussion partner to the industry and as a provider of test facilities. Parts of the models developed in the project have been implemented into the P&A Leakage Calculator developed at NORCE in an earlier project partly financed by the Research Council, improving the capabilities of the tool. Further implementation is ongoing with discussion with financing partners on how to adapt the implementation to their internal procedures. Implementation was not part of the project, but when finished the results from the project will be more easily exploited through this tool. The project also provides results that should influence the development of standards for plugging of wells. However, such changes take time to accept and adopt. The project has also resulted in the development of proposals for follow-up projects that close further knowledge gaps and missing capabilities of existing tools for consequence analysis.

Risk based approaches to permanent plug and abandonment (P&A) are by many perceived as the way forward, as the existing rule-based approach used in guidelines such as NORSOK D-010 across the world requires updating as technology develops and exceptions when experiencing difficult conditions. There have been several suggestions for risk-based approaches to P&A, but in this discussion more knowledge related to the reasoning behind what is acceptable is needed. This project, together with its connected project in Brazil, will develop models supporting a risk-based approach, and demonstrate and evaluate the applicability of such an approach on cases. The Norwegian activities will include full scale experiments to investigate how the permeability of a cement plug varies along its length, analysis of what leakage rates could go unnoticed by the common verification methods, and how the acceptance of P&A designs and verification methods should be based on risk analysis and quantification of possible consequences.