Pressure Drop Reduction of Stable Water-in-Oil Emulsion Flow in Pipes. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (PhD Dissertation) Mohammed_Al-Yaari_PhD_Dissertation_(ID#_200403160).pdf - Submitted Version Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

تستخدم المستحلبات الحامضية (حامض في زيت) في تحفيز آبار النفط والغاز لأنها تبطئ سرعة التفاعل بين الحامض و الصخور الكربونية و تقلل من التآكل في الأنابيب المعدنية مقارنة" بالحوامض المستخدمة. لكنه لا يمكن ضخها بسرعة عالية نظرا" للزوجتها المرتفعة و هذا يقلل من كفاءتها. لذلك فهذه الدراسة المعملية تهدف للبحث عن وسائل لتقليل إحتكاك المستحلبات أثناء جريانها في الأنابيب. في هذه الدراسة تمت دراسة تأثير بعض العوامل على خصائص المستحلبات كثباتيتها، موصليتها، الخواص الريولوجية لها، حجم و توزيع قطرات الطور المتشتت (الداخلي) و الهبوط في الضغط أثناء جريانها في أنابيب مخلتفة الأقطار. هذه العوامل تشمل نسبة الماء، ملوحة الماء، إستخدام المبلمَرات الخافضة للضغط، و إستخدام بعض المواد النانوية (المتناهية الصغر). فيما يخص تأثير الماء و ملوحته، فقد أظهرت الدراسة أن نقصان نسبة و ملوحة الماء تقلل من لزوجة و ثباتية المستحلبات و بالتالي إحتكاكها أثناء الجريان. و أظهرت أيضا" أن الإحتكاك يمكن تخفيضه و ذلك بالضخ في أنابيب صغيرة الأقطار. ويمكن التحكم في نوع المستحلب (ماء في زيت أو زيت في ماء) عن طريق التحكم في نسبة و ملوحة الماء. كما أظهرت الدراسة أن إضافة المبلمَرات الخافضة للضغط والتي تذوب في الطور الخارجي للمستحلب تزيد من ثباتيته، و يزداد هذا التأثير بزيادة الوزن الجزيئي للمبلمَرات. و حقن هذه المبلمَرات (الذائبة في الطور الخارجي للمستحلب) لا إضافتها هو الأفضل لخفض الهبوط في الضغط أثناء جريان المستحلبات و يزداد التأثير الإيجابي بزيادة تركيزها. كما أظهرت الدراسة أنّه في غير المستحلَبات (حالة الجريان الطبقي للماء والزيت) فإنّ حقن المبلمَرات التي تذوب في الماء تساهم في فصله عن الزيت. و فيما يخص إستخدام المواد النانوية المتناهية الصغر، فقد أظهرت الدراسة نجاح بعض الأطيان المعدلة عضويا" في تخفيض الهبوط في الضغط أثناء جريان المستحلبات المركزة و المخففة.

English Abstract

Emulsified acids provide significant benefits in stimulating oil and gas wells by slowing the reaction rate with carbonates and reducing corrosion in the tubular goods. However, high pressure drop, caused by friction losses, can be a problem while pumping emulsified acid. As a result, lower emulsified acid rates are pumped and thus limited job efficiency is achieved. Consequently, methods of pressure drop reduction are highly desired. Therefore, this experimental study aims to investigate a possible friction reduction at different pipe diameters through the control of water fraction, water salinity and the use of drag reducing polymers (DRP) and nanomaterials. The results demonstrated a shear thinning behavior for the emulsions being investigated. In addition, at low water salinity, oil-in-water (O/W) emulsions were produced, and their stability decreased with increasing salinity. Increasing the aqueous phase salinity resulted in producing water-in-oil (W/O) emulsions. Moreover, as water fraction and salinity increased, W/O emulsion stability increased. Furthermore, a significant reduction in emulsion viscosity and pressure drop with decreasing water fraction and salinity was observed. Moreover, for a given water fraction and salinity, the friction factor of stable W/O emulsions was found to be less in smaller pipe diameter. As for the use of DRP, the results showed a significant increase in the emulsion stability with adding the proper DRP (which is soluble in the emulsion external phase) and this effect was enhanced as DRP molecular weight increased. In addition, injecting the right DRP resulted in a pressure drop reduction for all tested stable emulsions types and this effect increased as DRP concentration increased. However, injecting DRP which is soluble in the internal (dispersed) phase showed a drag reduction effect only for unstable emulsion but with less extent. Furthermore, as for the nanomaterial use, the results showed a significant reduction in the emulsion viscosity with adding all the tested nano-additives and this effect was enhanced as nano-additives concentration increased. In addition, for the case of concentrated W/O emulsions, the addition of Cloisite 15A resulted in a clear reduction (about 25 %) in the emulsion pressure drop in both test sections. Also, for the stable W/O emulsion with only 0.3 water volume fraction, although no pressure drop reduction was observed in laminar region, it was detected in turbulent region and such effect became clearer as Reynolds number and Cloisite 15A concentration increased. Furthermore, for stable W/O emulsions with 0.3 volume fraction of the dispersed phase, although all laminar friction factor data were in good agreement with single phase theoretical values, they fell below the theoretical values of single phase flow in turbulent region. Once well permeability has been recovered, all the attentions will be diverted to oil production. Oil is produced generally with water and methods that can facilitate separation between oil and water are highly desired. Therefore, water soluble polymer was tested in this regard for oil-water stratified horizontal flows. It has been reported that the injection of tiny amount of such polymer resulted in a reduction in the pressure drop. Such reduction was accompanied with stratification effect (more separation).

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Hussein, Ibnelwaleed Ali
Committee Members:	Chang, Frank and Binous, Housam and Muataz, Atieh
Depositing User:	AL-YAARI M ABDULLAH (g200403160)
Date Deposited:	04 Jul 2013 05:25
Last Modified:	01 Nov 2019 15:38
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138936