Optimization of In-Situ Generated CO2 Using Chelating Agents for EOR from Carbonate Reservoirs. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MS_Thesis_Amjed_Hassan_December2015.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

يعد إستخدام غاز ثاني أكسيد الكربون من أفضل الوسائل الفعالة لزيادة إنتاج النفط ، حيث يعمل الغاز على تقليل لزوجة النفط و يمكنه الوصول إلى أجزاء واسعة من الطبقات الصخرية. لكن تكمن عيوب هذه الوسيلة في التاالي: توفر المصادر الطبيعية لغاز ثاني أكسيد الكروبون بعيدا عن حقول النفط، و وسائل نقل الغاز من مناطق الإنتاج الى حقول النفط ،و تأكل الانابيب و المنشأت النفطية التي يمر عليها الغاز و بعض المشاكل البيئية الأخرى. لتفادي كل هذه المشاكل و الحفاظ على الجوانب الإيجابية ، تم اقتراح طريقة جديدة هي الإنتاج الموضوعي لغاز ثاني أكسيد الكربون. الهدف الأساسي من هذا البحث هو دراسة إستخدام العوامل المخلبية لزيادة إنتاج النفط من الصخور الجيرية عن طريق الإنتاج الموضعي لغاز ثاني أكسيد الكربون، و من ثم دارسة تأثير تركيز هذه المواد على تحسين إنتاج الغاز موضعيا و بالتالي زيادة إنتاج النفط. تم إجراء عدة تجارب لإزاحة النفط عن طريق مياة البحر و المواد المخلبية بإستخدام صخور جيرية تحت ظروف مماثلة للظروف المكمنية من حيث درجة الحرارة و الضغط. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء قياسات مكثفة لجهد زيتا لبحث تاثيرات العوامل المخلبية وتراكيزها على الخصائص السطحية للصخور الجيرية. هذه القياسات اظهرت التالي: إن إستخدام العوامل المخلبية يمكن أن يؤدي الى تغير خصائص التبلل الصخري من زيتي الى مائي التبلل ما يزيد إنتاج النفط من المكامن الكربونية. اظهرت المقارنة بين استخدام المياه منزوعة الأيونات و مياه البحر المخففة و محاليل العوامل المخلبية أن إستخدام العوامل المخلبية يزيد من تغير التبلل الصخري من زيتي الى مائي التبلل بصورة أكثر من إستخدام مياه البحر المخففة عند نفس الظروف الأخرى. كما أن وجود النفط الخام يزيد القيم السالبة لجهد زيتا مما يؤشر إلى زيادة التغير إلى مائي البلل و بالتالي زيادة الإنتاج النفطي من هذه الصخور. تم قياس التوتر السطحي بين النفط الخام و محاليل العوامل المخلبية باستخدام محاليل مختلفة التراكيز ذلك من أجل دراسة تغيرات التوتر السحطي الناتجة من إستخدام العوامل المخلبية. تم قياس التوتر السطحي للنفط الخام مع المياه منزوعة الايونات, و مع مياه البحر و مع محاليل العوامل المخلبية و التي اظهرت أن فعالية العوامل المخلبية في تقليل التوتر السطحي أفضل من المياه منزوعة الأيونات و مياه البحر مما يدل على أن العوامل المخلبية يمكن ان تزيد إنتاج النفط بصور أكثر من مياه البحر و المياه منزوعة الأيونات. تم قياس الرقم الهايدروجيني للعينات المنتجة من كل تجارب إزاحة النفط بالغمر المائي، و وجد أن الرقم الهايدروجيني يتغير بشكل طفيف مما يدل على أن التفاعل بين المحاليل المحقونة ( و التي تشمل مياه البحر و محاليل العوامل المخلبية بتراكيزها المختلفة) و الصخور الجيرية قد وصل إلى حالة الإستقرار و الإتزان في كل مراحل الحقن. لم يتم ملاحظة تكون لغاز ثاني أكسيد الكربون خلال عمليات الغمر باستخدام محاليل العامل المخلبي EDTA عند رقم الهايدروجيني 6, ولكن عند حقن الصخور الجيرية بإستخدام محاليل العامل المخلبي GLDA فإن التفاعل الكيميائي بين الصخور و العامل المخلبي أدى إلى إنتاج كميات كبيرة من غاز ثاني أكسيد الكروبون و إلتي ظهرت بصور واضحة في العينات المنتجة من هذه التجارب، كما أن زيادة تركيز العامل المخلبي أدي إلى زيادة كمية الغاز المنتج. من خلال هذه التجارب وجد أن أفضل تركيز لكل من العاملين المخلبيين هو 3% لأنه يؤدي إلى زيادة إنتاج النفط بصورة فعالة جدا من غير تكوين ثقوب شديدة في الطبقات الصخرية و من غير زيادة كبيرة في تكاليف الإنتاج. كما وجد أن أفضل حقن تسلسلي هو بإستخدام تركيز 3% يتبعه 5% لأنه يؤدي إلى زيادة الإنتاج بصورة إقتصادية.

English Abstract

Carbon dioxide in miscible/immiscible flooding has been considered as one of the most effective techniques for enhancing oil recovery, since CO2 decreases the oil viscosity and reaches the part of formations that many fluids cannot reach it. The main disadvantages of this technology is the availability of natural CO2 sources, CO2 transportation system, breakthrough of CO2 into the producers, the corrosion of wells and field surface facilities, environmental and safety problems. To eliminate CO2 negative impacts and to hermetic process control, a new method of in-situ generation of CO2 was proposed. The goal of this research is to investigate the application of an environmentally friendly and cost effective chelating agent as an enhance oil recovery fluid from limestone reservoir rock by in-situ carbon dioxide generation, and to study the impacts of chelating agent concentration on the optimization of the in-situ carbon dioxide generation. Core flooding experiments were conducted using Indiana limestone core samples under reservoir conditions using different concentrations of chelating agents at the tertiary mode after seawater flooding. In an attempt to identify the mechanism leading to significant incremental oil recovery, comprehensive zeta potential measurements were performed to investigate the impact of chelating agent solutions on the rock surface charge which might lead to wettability alteration. Based on the results of this study, it is found that using the chelating agent solutions prepared using synthetic Arabian Gulf seawater change the limestone surface charge to more negative zeta potential values leading to alteration of limestone rock wettability to a more water-wet condition. The presence of crude oil in the solution results in more negative values for the zeta potential, then improves the wettability alteration and therefore more oil recovery can be obtained. Interfacial tension (IFT) was assessed between different concentration of chelating agent and crude oil, to examine the alteration of IFT due to introduction of the chelating agents. Interfacial tension for oil in deionized water (DIW), oil in seawater (SW), and oil in chelating agent solution showed that, chelating agent solutions can result in better oil recovery than DIW and SW due the lower IFT value, as low IFT means favorable flowing conditions; therefore more oil can be produced. Increasing the chelating agent concentration leads to lower IFT values. Synthetic Arab-D formation brine with TDS of about 206,911 ppm was prepared to establish the initial water saturation. Synthetic Arabian Gulf seawater with a salinity of 57,285 ppm was prepared to displace crude oil. Dead crude oil (API = 30.77) from Uthmaniyah Arab-D crude oil was used in this study. The compatibility between chelating agents and seawater were investigated over wide range of pH values to determine the minimum pH without precipitations. XRD (X-ray diffraction) and XRF (X-Ray Fluorescence) analyses were performed using crushed Indiana limestone rock to identify the mineralogical and elemental composition of the core plugs. During all core flooding experiments, the pH value of the produced effluent was changing in a small range and it stabilized at each phase which indicates that, the reactions between chelating agent solutions and the core samples reached the equilibrium state at each phase. Solution pH has significant effect on the oil recovery, the lowest pH is the better since more CO2 can be produced, no carbon dioxide was observed during EDTA flooding with pH of 6, however in GLDA flooding, the reaction between the carbonate rock and GLDA solutions led to in situ CO2 generation as it was observed in the effluent, and the amount of CO2 increased with the GLDA concentration. The optimum concentration of EDTA and GLDA solutions to maximize the oil recovery without severe rock dissolution was the 3wt%, while the best sequential scenario for enhancing the oil recovery can be achieved by flooding with 3wt. % followed by 5wt% for both chelants GLDA and EDTA.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Research > Petroleum Petroleum Petroleum > Petroleum Reserves and Economics Petroleum > Enhanced Oil Recovery
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Al-Hashim, Dr. Hasan Salman
Committee Members:	Sultan, Dr. Abdullah and Mahmoud, Dr. Mohamed
Depositing User:	AMJED MOHAMMED HASSAN (g201205100)
Date Deposited:	13 Jan 2016 11:04
Last Modified:	01 Nov 2019 16:32
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139846