KFUPM ePrints

MODELING WETTABILITY ALTERATION DURING IMMISCIBLE CARBON DIOXIDE FLOODING PROCESS

l MODELING WETTABILITY ALTERATION DURING IMMISCIBLE CARBON DIOXIDE FLOODING PROCESS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (PhD Dissertation) - Accepted Version
Restricted to Abstract Only until 01 December 2014.

4Mb

Arabic Abstract

بناءً على المراجعة الأكاديمية المكثفة التي اجريت لجمع احدث نتائج البحوث على تحول خاصية التبلل خلال عمليات الغمْر بثاني اكسيد الكربون تبين انه تم تقرير عدد كبير من التجارب المختبرية للغمْر، بما في ذلك العينات الصخرية والنماذج الدقيقة، لاستكشاف تحول خاصية التبلل خلال الغمر بثاني اكسيد الكربون. عدة بحوث سابقة في هذا المجال تشير إلى ان هناك دراسات محدودة على النماذج التحليلية والعددية حيث أدرجت ظاهرة تحول خاصية التبلل المستمرة. وعلاوة على ذلك، وحسب معرفتنا، فإن النماذج العددية والتحليلية الموجودة هي حلول غير معتمدة بشكل او بآخر على الزمن. ولذلك، تم تطوير نموذج تحليل مرئي لتمثيل سريان امتزاج الزيت- ثاني اكسيد الكربون في مجال مسامي ضمن آلية استرداد ثانوي للمواد الهيدروكربونية الكامنة تحت الارض . أثناء عملية تطوير النموذج ، تم تطوير وادراج نموذج معدل فريد من نوعه لحساب النفاذية النسبية مقترنة بخاصية التبلل. أيضا، هذه الدراسة بحثت تجريبياً وبصفة مستمرة عن تغير خاصية التبلل خلال الغمْر بثاني اكسيد الكربون. اجريت قياسات زاوية التلامس بين الزيت، ومحلول ملحي وشريحة من الصخر مقطوعة من عينة هيدروكربونية. وتشير النتائج إلى ان خاصية التبلل للصخور تتغير من زيت- مبلل إلى وسط- مبلل عندما يتعرض نظام زيت/صخر لثاني اكسيد الكربون المذاب. مدى تغير خاصية التبلل خاضعة لزمن التعرض لثاني اكسيد الكربون، كلما زاد الزمن، تغير خاصية التبلل تتقدم نحو حد واضح. أيضا، وجد أن كلما زاد تركيز ثاني اكسيد الكربون في المحلول الملحي ، تتغير خاصية التبلل بشكل ملحوظ. استنادا إلى الحقائق التجريبية، تم تطوير نموذج تجريبي لوصف تغير خاصية التبلل المستمر. ويمكن تطبيق نتائج هذه الدراسة إلى حالات حيث يتم حقن ثاني اكسيد الكربون في مكمن نفطي رطب عند ضغط اقل من ضغط الامتزاج. تم بناء نظام محاكاة غير ممتزج ثنائي الطور عددي احادي الابعاد بواسطة برنامج مات لاب لحل معادلات نموذج الازاحة. المعادلات المستخدمة في النموذج مبنَية على مفهوم " الإمبيس" وحلها عددياً. تبين ان النموذج التحليلي قادر على تنبؤ كمية وكفاءة النفط المزاحة على قدر كبير من الواقعية بواسطة نموذج تغير خاصية التبلل المستمر.

English Abstract

A large number of laboratory experiments, including cores and micro-models, to investigate wettability alteration during CO2 flooding had been reported in the literature. However, limited work on numerical and analytical modeling has been presented where continuous wettability alteration phenomena is addressed or incorporated. To the best of our knowledge, all published numerical and analytical models are time-independent solutions. In this study, a comprehensive mathematical model is developed to describe CO2-oil immiscible displacement process in porous media within a secondary recovery scheme. To allow continuous wettability alteration with the progress of the flood front, first an empirical relationship between contact angle and displacement time is developed. This relationship is derived from experiments in which the change in the contact angle between oil, carbonated brine and a slice of rock cut from a carbonate core plug are measured with time. The experimental results indicate that the rock wettability is altered from oil-wet to intermediate-wet and that the extent of the alteration depends on CO2 concentration in the brine. Furthermore, it was observed that the contact angle decreases exponentially with the time of exposure to the brine down to a stable value. Second, a novel modified Corey relative permeability model is developed and incorporated into the proposed comprehensive displacement model to calculate the phase relative permeability as a function of wettability. The mathematical model equations are solved by a numerical, 1-dimensional, two-phase immiscible simulation scheme in which the equations are discretized using Implicit Pressure Explicit Saturation (IMPES) concept and solved numerically utilizing MATLAB programming. The numerical results show that the model is stable and can produce oil displacement. Numerical solution of the mathematical model proved to be stable and is close to the established models when tested on a hypothetical case – without wettability alteration. The displacement model with the inclusion of the continuous wettability alteration feature, predicts a much higher ultimate oil recovery which is confirmed by an actual core flooding experiment. The outcome of this study will enhance the understanding of the rheological behavior of the rock-fluid interaction during CO2 flooding. In addition, the study proves that wettability alteration is one of the formation parameters which contribute to the ultimate oil recovery.



Item Type:Thesis (PhD)
Subjects:Petroleum
Divisions:College Of Engineering Sciences > Petroleum Engineering Dept
Committee Advisor:Abu-Khamsin, Sidqi
Committee Co-Advisor:Hossain, Enamul
Committee Members:Al-Yousef, Hasan and Tchelepi, Hamdi and Anisur Rahman, Noor
ID Code:139022
Deposited By:ALMUTAIRI SAAD MENAHI (g199651890)
Deposited On:29 Dec 2013 19:41
Last Modified:29 Dec 2013 19:41

Repository Staff Only: item control page