Performance of Saudi Bentonite and Nano clay Admixed Cement for HPHT Conditions. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Final_Thesis_Draft,_Amjad,_201001360_.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل : أمجد سعيد أحمد بن ثعلب عنوان الرسالة : دراسه تأثيرخلط البنتونايت السعودي والنانو كلاي مع الإسمنت تحت ظروف درجة الحراره و الضغط العاليين التخصص : هندسة بترول تاريخ الدرجة العلمية : مايو 5102 من أجل مواكبة العالم من حيث الطلب على مادة البترول الخام, أخذت الشركات المنتجه للنفط والغاز على عاتقها عمليات إستكشاف و استخراج النفط الخام والغاز الطبيعي من مناطق جديدة لم تستكشف من قبل أو عن طريق حفر آبارعميقة في أماكن يعرف تواجد النفط فيها مسبق ا . ونتيجة لذلك توجب على هذه الشركات مواجهة بعض الظروف متمثلة في الحرارة والضغط العاليين في تلك المناطق ذات العمق الكبير. بالنسبه للبئر المحفور سوا كان بترولي او غاز طبيعي, ومن أجل ضمان سلامة البئر وتحقيق إنتاج نوعي ذو جدوى إقتصادية, يجب أن يكون البئر مغلف بغلاف أسمنتي جيد يضمن الفصل الجيد بين طبقات البئر ويحافظ على فترة إستمرارية أكبر للبئر. لذا فإن الخليط الإسمنتي يجب أن يصمم بحيث يحتوي الغلاف الإسمنتي على خصائص معينه مثل المتانة والمقدره على التغلب على هذه الظروف. يستخدم البانتونايت كماده إضافية موسعه عند خلطها بالإسمنت. وعند سمنتة الآبار ذات الطبقات الارضيه السفلى الضعيفة والعالية المساميه, فإن خلط البانتونايت مع الإسمنت يساعد في تخفيض كثافة الخليط الإسمنتي وبالتالي يؤدي إلى الحصول على عملية سمنتة ناجحة نتيجة إستخدام الإسمنت المقترح. كذلك يستخدم البانتونايت كمواد مانعة لفقدان السوائل عند خلطها بنسب قليله حيث انها تعمل على التخلص من مشكلة فقدان السوائل عند سمنتة التكوينات الي تمتاز بنفاديه كبيرة. من ناحية أخرى يساعد البانتونايت على تكوين طبقة هلامية أسمنتية عالية القوة تعمل على تكوين جل يتصلب عند دخوله الفتحات وانخفاظ سرعة دخوله حيث ان الهدف الرئيسي له هو منع هروب الغاز من خلال الطبقه الإسمنتيه. يتوفر البانتونيات السعودي بكثرة في منطقة الخليص والتي تبعد 07 كم شمال جده في المملكة العربية السعودية. ويعد البانتونايت السعودي من الأنواع التي تحتوي على الكالسيوم, حيث أنه يتميز بإحتوائه على نسبة كبيرة من السيليكا ونسبة قليلة من الصوديوم مقارنة بالبانتونيات التجاري المستورد مما يجعل البانتونايت السعودي ذو قابلية أقل للتضخم عندما يتعرض للماء لأكثرمن ليلة. في الآونة الأخيرة، أثبتت المواد الدقيقة الحجم، أو ما يعرف بالمواد النانونية، فعاليتها في مختلف المجالات، كالنسيج و الدفاع و الفضاء و الطاقة، و قد أثبتت هذه المواد جدارتها عند إضافتها إلى الإسمنت في مجال صناعات البناء والتشييد , حيث أن إضافة كميات قليلة من هذه المواد تساعد على تحسين الخواص xxiii الميكانيكية للخرسانه الإسمنتية المنتجه. كما إن إستخدام النانوكلاي في الصناعات البترولية أحرز تقدم ا ملحوظ ا في الآونه الأخيرة وساعد في تحسين العمليات الإسمنتية وصلابة الإسمنت الناتج. إن الإختبارات التى تمت في هذه الدراسه قد تركزت حول تقييم خصائص الإسمنت الفيزيائيه )الميكانيكيه( وخصائص جريان الإسمنت المستخدمة لسمنتة بئر في حقل نفطي في المملكه العربية السعوديه تحت ظروف الضغط والحراره ) 3%( بالنسبه لوزن الإسمنت ) 2 ,%2,% العاليتين وذلك عن طريق إضافه ) 1( البنتونايت السعودي بالنسب التاليه ) 1 1.0,1 %( لأفضل نسبه تم الحصول عليها عند اضافه البنتونايت السعودي للاسمنت من %, النانو كلاي بالنسب )% 7.0 التجارب السابقه ) 3( البنتونايت السعودي المعالج الذي تم تطويره عن طريق باحثين في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن عند أستخدامه بنسبة 1.1 % من وزن الإسمنت لأنتاج خليط اسمنتي له كثافه منخفضه. إن الاختبارات التي تم اجرائها للإسمنت المنتج تحت ظروف الضغط والحرارة العاليتين تشمل زمن تصلب الإسمنت, لزوجة الإسمنت, وتقييم قوة وصلابة الإسمنت باستخدام اجهزة قياس الصلابة بالموجات الصوتية أو عن طريق سحق المكعب الإسمنتي, إختبار فقدان السوائل, إختبار قياس النفاديه والمساميه, إضافه الى تحليل المكونات النهائيه للصخرة الإسمنتية الناتجة. وتشير النتائج التى تم الحصول عليها الى أن إضافه البنتونايت السعودي و النانو كلاي إلى الخليط الإسمنتي تحت الظروف من ضغط وحراره عاليه يؤدي الي سرعة التفاعل الكيميائي وتحسن كبير في صلابة الإسمنت المنتج وتقليل الفجوات مما يسمح في زيادة التحكم في وقت التصلب للإسمنت وتقليص كمية الماء المفقود ومنع ترسب الإسمنت. كما تشير النتائج التي تم الحصول عليها الى أن إضافه البنتونايت السعودي المعالج إلى الخليط الإسمنتي تحت ظروف الضغط والحرارة العالتيين يعمل على تغطية كل المتطلبات التي يجب توفرها في البانتونيات الذي يستخدم كماده موسعه لتقليل الكثافه وجعل الإسمنت الناتج في حالة الإنتشار المتجانس بدون حصول ترسب للحبيبات الإسمنتية مقارنة بالإسمنت الناتج من خلط البانتونيات التجاري. التشابه في هذه الخواص للبانتونيات السعودي المعالج مع البانتونيات التجاري يوكد إمكانية إستخدام البانتونايت السعودي كبديل للبانتونايت التجاري في تلك التطبيقات المتعلقه بسمنتة الآبار النفطية.

English Abstract

ABSTRACT Full Name : Amjad Saeed Ahmed Bin Thalab Thesis Title : Performance of Saudi Bentonite and Nano clay Admixed Cement for HPHT Conditions Major Field : Petroleum Engineering Date of Degree : May 2015 In order to keep up with the world’s energy demands, oil and gas producing companies have taken the initiative to explore offshore reserves or drill deeper into previously existing wells. The consequence of this, however, has to deal with the high temperatures and pressures encountered at increasing depths. For a well, whether oil or gas, to maintain its integrity and produce effectively and economically, it is pertinent that a complete zonal isolation is achieved during well completion. Hence, the cement slurry must be designed in a way that the produced cement sheath has specific properties to assure its durability, and robustness to accommodate those conditions. Bentonite is used extensively as an extender additive when mixed with the cement. During cementing weak formation, mixing bentonite with the cement results in a reduction in the cement slurry density, therefore a successful cement job is achieved. Bentonite also works as fluid loss additive when mixed at lower percentages with the main objective to get rid of fluid loss problem during cementing permeable formations. Moreover, bentonite develops high gel strength cement, and shows thixotropic behavior when used to control gas migration. Saudi bentonite is available in big quantities in Khulays area, 70-km north Jeddah, Saudi Arabia. Saudi bentonite is a calcium-Based, which contains large percentages of silica and lesser of sodium compared with commercial imported bentonite. As a result, Saudi bentonite has a poor swelling behavior when it is hydrated in water. Recently, Nanomaterials have proven their effectiveness in most of life fields ranges from textiles, defense to aerospace and energy. Also Nano-materials have shown their superior when they are added to the cement in the construction industry, where small amounts of these materials have obvious effect and enhancement in the mechanical properties of the produced cement sheath. xxi In this study, the investigations focused on evaluation of mechanical and rheological properties of the cement mix which was conducted on a typical well in Saudi oil field under high pressure and high temperature (HPHT) conditions by adding (1) the untreated Saudi bentonite added at 1, 2, and 3% by weight of cement (bwoc), (2) Nano clay at 0.5, 1, and 1.5% admixed with 1% untreated Saudi bentonite bwoc, and (3) treated Saudi bentonite developed by KFUPM researchers used at percentage of 1.9% bwoc to produce a low density cement. The investigations conducted on the above mixes under HPHT conditions include thickening time cement test, plastic viscosity and yield point, the evolution of compressive strength by ultrasonic method, crushing strength, free water, fluid loss, permeability, porosity, and microstructural characterization. Results indicate that under HPHT conditions, untreated Saudi bentonite and Nano clay exhibit pozzolanic activity resulting in a significant enhancement of compressive strength, lower the porosity and the permeability, allow control on thickening time, reduce fluid loss with no free water, and prevent settling. Results obtained from the treated Saudi bentonite fulfill all the requirements needed from the bentonite when used as an extender in oil well cementing application. In fact, it reduces the cement density and provides good dispersion and suspension of the particles when compared with the commercial bentonite. This similar properties exposed by the treated Saudi bentonite proved that it can be used as an alternative to the commercial bentonite in the oil well cementing applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Petroleum
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Hossain, Dr. Mohammad Enamul
Committee Co-Advisor:	Rahman, Dr. Mohammad Kalimur
Committee Members:	Abdulraheem, Dr. Abdulazeez and Mahmoud, Dr. Mohammad and Al-Yami, Dr. Abdullah
Depositing User:	BIN THALAB AMJAD SAEED AHMED (g201001360)
Date Deposited:	13 Oct 2015 05:16
Last Modified:	01 Nov 2019 16:29
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139660