Study of Cross-linked Polymer Gel Systems for potential use as Loss Prevention Agents. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF g201103490_MS_Thesis.pdf - Accepted Version Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

الحفر ورأس الحفارة داخل البئر ومن ثم عبر الفراغ الحلقي بين أنابيب الحفر والبئر أثناء حفر أبار النفط والغاز. مائع الحفر يخدم الوظيفة الأساسية لإزالة فتات الصخور الناتج من عميلة الحفر والمحافظة علي الضغط الهيدروليكي داخل البئر. أثناء عملية الحفر كلما ظهرت طبقات هشه، تحتوي علي شقوق، أو غير صلبه أو ذات ضغط منخفض ، هنالك عبر تلك الطبقات يحدث فقدان ملموس في موائع الحفر. هذه الخسارة أو فقدان موائع الحفر المهمة تمثل أحدي مشاكل الحفر الأساسية، ليس فقط الخسارة الناتجه عن فقدان كميات من موائع الحفر وأنقطاع الحفر لفترات طويلة ولكن أيضا وتمثل تكاليف أضافية الى تكلفة عمليةالحفر الإجمالية. من أجل مواجهة هذه المشكلة وضمان إستقرار عملية الحفر ، تستخدم مواد لمنع فقدان موائع الحفر. وقد تم تصميم وإستخدام أنواع مختلفه منها في هذه الصناعة. والآن مع فهم أفضل لعوامل فقدان الموائع في الطبقات والتطور في علم المواد, نتيجة لهذا التطور ظهرت مواد جديدة لمنع فقدان الموائع زات فعالية في نطاقات وظروف حفر أكبر. بين مختلف التقنيات المستخدمة لمنع فقدان الموائع, يتم إستخدام البوليمرات المترابطة التي يتم أدخالها للطبقة التي تتعرض لفقدان الموائع. ، ومن ثم تقوم علي تشكيل مادة هلامية قوية وأغلاق هذه الطبقات. وينبغي أن تكون هذه المواد قوية بما يكفي لتحمل الضغط الهيدروستاتيكي وأن تكون مستقرة حراريا وفقا للشروط تكوينها. في هذا البحث تم دراسة عدة انظمة مكونة من البوليمر التي تكون هذه المواد الهلامية, من حيث أمكانية التشكيل واستخدامها كمادة تمنع فقدان موائع الحفر وإحكام أغلاق الطبقات المعرضة للفقدان. في هذا العمل تم تسليط الضوء على الدراسات علي الخواض الجريانية التي أجريت في المعمل لدراسة قوة واستقرار هذه المواد لتقييم أمكانية أستخدامها للتغلب علي مشاكل قدان دورة مائع الحفر. في الهذا البحث جل ناتج من تفاعل بولي اكريلي مايد و بولي اثيلين امين تم تحضيره ودراسته . جل ذوثباتية تم التحصل عليه عند التركيز المناسب. الجل الناتج من اعلى تركيز لالبوليمر والرابط البوليمري وجد انها تكون جل ذو قوة وثباتية مع الوقت و الحرارة. هذه المشاهدة تم التحصل عليها من كلى اختباري خواص المواد الحركية و المسح التفاضلي الكالوري. الخليطان (1.2/2) A130/PEIو (1.2/3)HPAM/PEI حققا افضل النتائج. 100% من الخليط تحول الي جل عند مضي ثلاث ساعات و نصف من الزمن الكلي الذي ياخذه الجل ليتكون عند درجة حرارة ثابته (oC 100). كلى الخليطان عند ما درسا عند oC100 لمدة 24 ساعة تم التحصل على 400% زيادة في قوة الجل اكثر من الذي تم ملاحظته بنسبة لنظام البوليمر الاساسي عند تردد زاوي (10راد/ثانية). تحسن ملحوظ تم التحصل عليه عند تكوين الجل عند oC120 لمدة يوم. الخليط (1.2/3) HPAM/PEI اظهرزيادة بمقدار 2935% في قيمة معامل التخزين ، بينما (1.2/2) A130/PEIاظهر 603% مقارنة بالبوليمر الاساسي. الجلاتينات عند هذا التركيز تم اختبارها في جهاز لدراسة الجريان حيث وجد ان الخليط قادر على منع فقدان مائع الحفر حتى فرق ضغط psi150عبر الوسط الصخري 300D. جل البولي اكريلي مايد و الفينول فرومالدهايد تم تحضيره و دراسة اداءه من خلال النفاذية و الوقت باستخدام جهاز دراسة الجريان. قد وجد انه فعال عند توفرظروف محددة. في هذه الدراسة تم التحقيق في تفاعل البوليمرات مع الكلي. هذه البحث يشمل دراسة سلوك البولي اكريلي مايد المبني على اللزوجة الحرارية للبوليمر و تفاعله مع الرابط البوليمري. خاصية ا للزوجة الحرارية لهذا البوليمر وجد انها تعتمد على الملوحة وتركيز البوليمر.

English Abstract

At the core of any drilling operation lies the drilling fluid. This vital fluid is circulated through the drill string into the wellbore during drilling of an oil or gas well. The drilling fluid serves the basic function of removing the drill cuttings and maintaining the borehole hydrostatic pressure. During the drilling operation whenever weak, fractured, unconsolidated or low pressured zones are encountered, there is an appreciable loss of this drilling fluid. This fluid loss or loss circulation is a major drilling problem as it results in not only drilling fluid loss and drilling operation interruption but it also adds up to the total drilling cost of the operation. In order to counter this problem and to ensure a smooth operation, Loss Circulation Materials (LCMs) are used. Various LCMs have been designed and are being used in the industry. With better understanding of loss inducing zones and advancements in material sciences, new LCMs are appearing in the limelight. Amongst the various loss prevention techniques; one is the use of cross-linking polymers that would enter the thief zone, form a strong gel and seal the loss inducing formation. This LCM should be strong enough to withstand the hydrostatic pressure and be thermally stable as per the formation conditions. In this work various polymer based gel forming systems were studied for their possible use as a loss preventive and sealing agent. This work highlights the rheological studies conducted in the laboratory to study the strength and stability of the LCMs for their potential use in overcoming the loss circulation problem. In this thesis, gels of polyacrylamide based polymers and polyethylenimine were prepared and studied. At optimum concentrations stable gels were obtained. The gels composed of the highest polymer/crosslinker concentration proved to be strong and stable in relation to time and temperature. This was reflected in both the rheology and differential scanning calorimetric tests. HPAM/PEI (3/1.2) and A130/PEI (2/1.2) were the two systems that gave the best results. At 100% solution to gel conversion was attained for the systems in nearly three and a half hours of total ageing time at 100oC isothermal condition. Both systems when aged at 100oC for 24 hours showed an almost 400% increase in gel strength than that of the base polymer at the angular frequency of 10 rad/s. Ageing at 120oC for 1 day resulted in greater enhancement. The HPAM/PEI (3/1.2) system experienced a 2935% increase in its storage modulus value, while the A130/PEI (2/1.2) system showed a 603% increase in relation to that of the respective base polymers. The gelants at this concentration were tested in a see through flow setup and were found to be able to prevent mud losses till the pressure difference of 150 psi across a 300 D porous media. Gel of polyacrylamide and phenol-formaldehyde was synthesized and its performance was also studied in the flow setup with reference to permeability and time. It was found to be effective under certain conditions. In this work, the interaction of polymers with clays was also studied and interesting results were obtained. This work also includes the study of the behavior of a polyacrylamide based thermoviscosifying polymer and its interaction with crosslinkers. The thermoviscosifying property of this polymer was found to be dependent on salinity and polymer concentration.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Petroleum Petroleum > Drilling Engineering
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Sultan, Dr. Abdullah S.
Committee Members:	Hussain, Dr. Ibnelwaleed Ali and Hossain, Dr. Mohammed Enamul and Hussain, Dr. Syed M. Shakil and Mahmoud, Dr. Mohamed
Depositing User:	HASHMAT MO DANISH (g201103490)
Date Deposited:	18 May 2016 11:52
Last Modified:	01 Nov 2019 16:33
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139949