EFFECT OF NANO CLAY ON OIL WELL CEMENT PROPERTIES FOR HIGH PRESSURE AND TEMPERATURE APPLICATIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Masters Thesis) final_thesis_g201103130.pdf - Accepted Version Download (9MB) | Preview

Arabic Abstract

مع الزيادة المتواصلة في الطلب على البترول، إتجهت الشركات للبحث في أعماق بعيدة ذات ضغط و حرارة عاليين، و في ظروف مماثلة، يتعرض التغليف الاسمنتي للآبار لإجهادات عالية ، و التي قد تؤثر سلباً على ترابط الاسمنت، ولذلك، فإن التصميم الأمثل للتركيبة الاسمنتيه أصبح بغاية الأهمية بحيث أنه يضمن إستمرارية و تماسك التغليف الإسمنتي لأطول فترة ممكنة، و للقيام بهذه المهمة، تم دراسة و إستخدام عدد مقدر من المواد المضافة في الآبار ذات الظروف المماثلة. فى الآونة الأخيرة، أثبتت المواد الدقيقة الحجم، أو ما يعرف بالمواد النانوية، فعاليتها في مختلف المجالات، كالنسيج و الدفاع و الفضاء و الطاقة، و قد اصبحت الان مواد تجارية واسعة الإنتشار، لها القدرة على إيجاد الحلول للعديد من المصاعب التقنية، و في صناعة البترول، وجدت هذه المواد إنتشاراً نسبة لتميزها بكِر مساحة السطح النوعية و صغر حجمها. الهدف من هذه الدراسة هو تقييم الخواص الفيزيائية للاسمنت السعودي فئة جي بوجود المواد النانوية و مواد مضافة اخرى كالمواد المانعة لفقدان السوائل و المثبطات و المواد الموسعة، إضافة الى مانعات الإحتكاك، كل ذلك تحت درجات عالية من الحرارة و الضغط العالى. في هذه الدراسة، تم إضافة المواد النانوية بنسب مختلفة من التركيبة الكلية للخليط الاسمنتي المستخدم في آبار النفط و الغاز في المملكة العربية السعودية، و قد تمت دراسة مختلف الخواص المتعلقة بالخليط مخبرياً، كالخواص المتعلقة بزمن زيادة السماكة وفصل الماء الحر و الخواص الريولوجية المختلفة و قوة الضغط و الكثافة و النفازية و المسامية، إضافة الى بعض الإختبارات المجهرية كالمسح الإلكتروني و الحيود السيني. من خلال النتائج المخبرية، تم إختيار افضل تركيبة للخليط الإسمنتي المحتوية على نسبة معينة من المواد النانوية. من خلال الإختبارات السابق ذكرها، وجد أن المواد النانوية المضافة لها المقدرة على تحسين الخواص الريولوجية و الميكانيكية، إضافة الى التقليل من المحتوى المائي والتثبيط من زيادة السماكة و تقليل الكثافة. كل هذه التحسينات تصب في تقوية التركيبة الدقيقة للإسمنت و تساعد على تصميم نظام إسمنتي جديد له القدرة على تحمل ظروف الضغط و الحرارة العاليين و قابل للتطبيق حقلياً بدون آثار عكسية.

English Abstract

With the continued growth of petroleum demand, the oil and gas companies are searching in new or unexplored areas. The search is getting extreme in terms of depth, temperature and pressure. In deeper wells, high temperature and pressure and post cementing operations put extreme stresses on the cement sheath and affect the integrity of the cement. In such conditions, the design of cement slurry is very critical and it must possess properties which ensure the durability and long term integrity of cement sheath. To resolve this problem, many additives are being investigated and used in high pressure and temperature wells. Recently, Nano Materials have demonstrated effectiveness across a wide variety of industries, from textiles and defense to aerospace and energy. They are now being used as commercially worthwhile solutions to technical challenges faced many industries. Having high surface area and small size, attracts them to petroleum industry. Their application in petroleum industry is progressing in a last few years. The objective of this study is to evaluate the physical properties of Saudi cement class G with Nano clay addition and admixed with different additives such as fluid loss agent, retarder, expanding agent and friction reducing agent under high temperature and pressure conditions. Nano clay is added at different percentages to the cement slurry mixture currently used for oil/gas well cementing in Saudi Arabia. Experimental investigations addresses different cement slurry properties such as thickening time, free water separation, rheological properties, compressive strength, density, porosity, permeability, and SEM and XRD analysis. The best slurry design is selected on the basis of results of different percentages of Nano clay used in experiments. From the laboratory tests, it is investigated that addition of Nano clay improves the rheological and mechanical properties, reduces the free water contents, retards the thickening time, reduces the density, makes the strong micro-structure of cement and helps in designing the new cement system which sustains the high pressure and temperature conditions and gives good results. This new cement design can be prepared and implemented in the field without adverse effects.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Petroleum
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Mahmoud, Mohamed
Committee Members:	Al- Mjajed, Abdulaziz and Rahman, Kalimur
Depositing User:	MURTAZA MOBEEN (g201103130)
Date Deposited:	06 Feb 2014 06:51
Last Modified:	01 Nov 2019 15:40
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139090