Impact of Injection Water chemistry on Zeta Potential of Carbonate Rocks. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Masters Thesis by Ahmed Kasha, Petroleum Engineering, May 2014) MS_Thesis_Ahmed_Kasha_May2014.pdf - Accepted Version Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

على الرغم من أن تغيير التبلل الصخري يعتبر هو العامل الاساس المسؤول عن استخلاص الزيت من المكامن الكربونية خلال عمليات الغمر بالماء الذكي، إلا أن الآليات المسببة لتغير التبلل الصخري غير مفهومة بعد بصورة واضحة. تهدف الدراسة الحالية الى زيادة المعرفة المتعلقة بآليات تحرير الزيت من على أسطح الصخور الكربونية وذلك بإجراء تجارب مجهرية لقياس الجهد الكهرو-حركي، أو ما يصطلح على تسميته بجهد زيتا، على بلورات الكالسايت والدولومايت إضافة الى عينة صخرية من أحد حقول النفط في الشرق الأوسط. لإضافة الى ذلك، تم مسح أسطح هذه العينات باستخدام مجهر القوة الذرية والمجهر الإلكتروني الى جانب تشتت الطاقة الطيفي لتحليل التركيب الأيوني لأسطح هذه العينات. تم تحضير زيت نموذجي لاستخدامه بدلاً عن الزيت الخام الطبيعي وذلك باستخدام حمض الإستياريك المذاب في التولوين. تم تحضير محاليل مائية تحتوي على تراكيز مختلفة من الايونات الفاعلة للجهد (الكالسيوم، الماغنيسيوم الكبريتات) الموجودة في مياه الخليج العربي والتي تعتبر المصدر الأساس لمياه الحقن في الشرق الأوسط. في المياه منزوعة الايونات ومحلول كلوريد الصوديوم وُجد أن بلورات الكالسايت والعينة الكربونية تحملان شحنات سطح سالبة ناتجة من تحلل ايونات الكالسيوم من أسطح هذه العينات، أما في بلورات الدولومايت فقد وُجد انها تحمل شحنات موجبة وهو ما يعزى الى التركيز العالي للأيونات الموجبة في هذه العينة. امتزاز حمض الاستياريك على سطح عينة الكالسايت والعينة الصخرية أدى الى زيادة الشحنات السالبة على أسطح هذه العينات، أما في عينة الدولومايت، فقد أدى ذلك الى تقليل الشحنات الموجبة الموجودة على السطح. أدت زيادة تركيز ايونات الكالسيوم والماغنيسيوم الى زيادة الشحنات الموجبة في عينة الدولومايت فيما أدت الى تغيير شحنات السطح السالبة الموجودة على عينة الكالسايت والعينة الكربونية الي شحنات موجبة. في المقابل، أدت زيادة ايونات الكبريتات الى زيادة الشحنات السالبة على سطح عينة الكالسايت والعينة الصخرية فيما أدت الى تغيير شحنات السطح على عينة الدولومايت الموجبة الى سالبة. وجود هذه الأيونات الثلاث مجتمعة في نفس المحلول أدى الى تقليل الفعالية النسبية لكل أيون وهو ما يعزي الى التنافس بين هذه الأيونات على الأسطح الكربونية. عندما استخدمت مياه الخليج العربي المخففة بنسبة 50%، وجد أن شحنات السطح للعينات الثلاث اقل منها فيما لو استخدمت مياه الخليج العربي بدون تخفيف، وذلك نتيجة للتركيز العالي للأيونات الفاعلة للجهد في المياه غير المخففة. لزيادة كفاءة مياه الخليج العربي المخففة، يمكن زيادة تركيز أيوني الماغنيسيوم الكبريتات لزيادة امتزازهما على الأسطح الكربونية، أو باستخدام المياه المخففة بالتعاقب بعد استخدام مياه الخليج العربي غير المخففة، وفي هذه الحالة، يكون التغير في شحنات السطح ناتج عن تحلل الايونات من الاسطح الكربونية وليس نتيجة لامتزاز الايونات الفاعلة من مياه الحقن. بناءً على تحليل قياسات جهد زيتا، فقد خلصت هذه الراسة الى أن عملية إزاحة الزيت الملتصق على الاسطح الكربونية تتم أما بواسطة التفاعلات الناتجة عن امتزاز الأيونات الفاعلة للجهد من مياه الحقن، أو عن طريق التحلل المجهري للأسطح الكربونية المحتوية على الزيت الملتصق، وفي كلتا الحاليتين يؤدي ذلك الى تغير التبلل الصخري من زيتي الى مائي التبلل.

English Abstract

Although wettability alteration is believed to be responsible for oil recovery during smart water flooding in carbonate oil reservoirs, the exact mechanisms behind altering the wettability is not fully understood. The ultimate objective of the current study was to raise the level of understanding about the mechanisms by which adsorbed oil phase is released from carbonate surfaces during smart water flooding. Microscopic investigation was conducted on calcite and dolomite crystals in addition to a carbonate rock sample from a Middle East oil field (MEC) using zeta potential measurements coupled with Atomic Force Microscopy (AFM), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersed Spectroscopy (EDS). Model oil made of stearic acid was used to represent oil phase and to prepare oil wet samples, and synthetically prepared aqueous brines with wide variety of ionic compositions were prepared to represent modified versions of AGSW (AGSW) which is the main source of water for injection in Middle East oil reservoirs. In deionized water and NaCL brine, calcite and MEC samples possessed negative surface charges due to the preferential dissolution of calcium ions from both samples’ surfaces. In the dolomite, positive surface charges were found which are attributed to the high concentration of cations on the rock lattice. Adsorption of negatively charged carboxylic materials on carbonates surfaces increased the magnitude of the original negative surface charges of calcite and MEC and decreased the magnitude of the original positive surface charges of the dolomite. Increasing the concentration of SO42- ions increased the original negative surface charges of calcite and MEC and completely altered the surface charges of dolomite from positive to negative which indicates the high affinity of SO42- ions to adsorb on carbonates surfaces. On the other hand, increasing the concentration of Ca2+ and Mg2+ ions increased the magnitude of positive surface charges of dolomite and altered the original negative surface charges of calcite and MEC. The individual effect of PDIs was suppressed by the presence of another PDI in the same brine as a result of the competition between these ions towards the carbonate surface. The magnitude of developed surface charges for all samples was higher in the original AGSW compared to 50% diluted AGSW due to the high concentration of PDIs in the undiluted AGSW. However, the efficiency of 50% diluted AGSW as wettability modifier, can be improved either by increasing the concentration of sulfate and magnesium, which will enhance the adsorption of SO42-, or by using the 50% diluted AGSW after primary injection of original AGSW, and in this case, developed surface charges will be attributed to the induced surface dissolution rather than adsorption of PDIs from the injected water. Based on the interpretation of zeta potential measurements, it is concluded that adsorbed oil phase can be released from carbonate surface by the reactions caused by the adsorbed PDIs from the injected water and/or microscopic dissolution of the carbonate rock surface on which oil phase is located, and by both mechanisms, wettability will be altered towards more water wet.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Petroleum > Enhanced Oil Recovery
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Al-Hashim, Hasan
Committee Co-Advisor:	Abdallah, Wael
Committee Members:	Abu-Khamsin, Sidqi and Al-Yousef, Hasan and Mahmoud, Mohamed
Depositing User:	KASHA AHME AMARA (g201105830)
Date Deposited:	22 Oct 2014 07:01
Last Modified:	01 Nov 2019 15:43
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139363