Evaluation of Nano Zeolite as an Additive for Oil-Well Cementing. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Final_Thesis-g201306370.pdf - Published Version Download (10MB) | Preview

Arabic Abstract

إن التقنيات متناهية الصغر أسهمت بمدى واسع من الحلول لمواجهة مشاكل الصناعة التي لا يمكن حلها بواسطة الطرق التقليدية. بهذه التقنيات أستطاع الباحثون تغيير خواص المواد السائبة بمقياس متناهي الصغير "نانومتري". استخدمت العديد من المواد المتناهية الصغر بنجاح في مجالات هندسة النفط خصوصاً في موائع الحفر، موائع لمنع فقدان دورة سائل الحفر، الإنتاج المحفز للنفط وسمنتة أبار النفط. خلال العقد المنصرم، استخدمت العديد من المواد المنتاهية الصغر في تطبيقات عملية سمنتة أبار النفط كالسيليكا المتناهية الصغر، الطفل المتناهي الصغر، الأنابيب الكربونية المتناهية الصغر، الأمونيا المتناهية الصغر، الفيريت المتناهية والتيتانيا المتناهية الصغر. إن الهدف الأساسي من هذه الدراسة هو الكشف عن أداء اسمنت النفط باستخدام الزيوليت المتناهي الصغر كمادة إضافية تضاف للإسمنت. تم أيضاً دراسة أداء إضافة الزيوليت الصغير (الميكروي) للإسمنت ومقارنتها مع الزيوليت المتناهي الصغر. في هذه الرسالة، سندرس تأثير إضافة الزيوليت الصغير والزيوليت المتناهي الصغر في إسمنت أبارالنفط تحت ظروف الضغط ودرجة الحرارة العالتين (HPHT). هذا الزيولايت المتناهي الصغرستضاف بنسب بمختلفة لخليط الإسمنت المستخدم حالياً في عملية سمنتة أبار النفط والغاز في المملكة العربية السعودية. أجريت دراسات مخبرية لمعرفة خصائص خليط الإسمنت كزمن التثخين، خاصية فصل الماء الحر، الخواص الريولوجية (الخواص المتعلقة بتشوه المادة)، القوة الإنضغاطية، قوة الشد، الكثافة، خاصية فقدان السائل، دراسة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، دراسة البلورات بالأشعة السينية (XRD)، المسامية والنفاذية. وجد أن الخواص الريولوجية مثل اللزوجة البلاستيكية ونقطة الخضوع وقوة الجل تزيج بإضافة الزيوليت المتناهي الصغر. منتجات عملية التميه تغيرت بإضافة الزيوليت المتناهي الصغر كما هو ملاحظ في دراسات المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). وجد أن الزيوليت المتناهي الصغر يؤخر زمن تخثين خليط الإسمنت بينما الزيوليت الصغير يعمل كمادة مسرعة للتثخين. لم يلاحظ تغير مهم في كثافة الإسمنت عند إضافة الزيوليت المتناهي الصغر بينما وجد أن القوة الإنضغاطية تزداد بسرعة عند إضافة الزيوليت الصغير والزيوليت المتناهي الصغر. وجد أن الزيوليت المتناهي الصغر يعمل على تقليل مسامية ونفاذية الإسمنت وبالتالي الحصول على إنشاء مجهري كثيف للإسمنت عند ملاحظته في دراسة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). وجد أن القوة الإنضغاطية بواسطة عملية التحطيم تزداد بإضافة الزيوليت المتناهي الصغر للإسمنت بينما لم يلاحظ تغير مهم في خاصية فقدان السائل للإسمنت عند إضافة الزيوليت المتناهي الصغر. يعمل الزيوليت المتناهي الصغر كمادة إضافية فعّالة لإسمنت أبار النفط لأنها تحسن القوة الإنضغاطية المبكرة وبالإضافة إلى تحسين متانة الإسمنت. تسريع القوة الإنضغاطية قد يساعد في تقليل زمن الإنتظار لتثخين الإسمنت وبالتالي يؤدي إلى تقليل التكلفة التشغيلية لحفر الأبار. إن عملية تحسين القوة الإنضغاطية وقوة الشد مهمة عملياً للأبار ذات الضغط ودرجة الحرارة العاليتين (HPHT) بسبب قوات الشد العالية التي تتعرض لها هذه الأبار في طوال حياتها بينما يساعد الإنشاء المجهري الكثيف للإسمنت في تحسين خاصية مقاومة السوائل المتآكلة الموجودة في الطبقات الأرضية.

English Abstract

Nanotechnology has provided a wide variety of solutions to resolve industry problems which could not be previously addressed by customary methods. It enables the researchers to alter properties of bulk materials at nanometer scale. Various nanomaterials have been successfully applied in many areas of petroleum engineering especially in drilling fluids, loss circulation, EOR and cementing. During the last decade, several nanomaterials such as Nano silica, Nano clays, Carbon nanotubes, Nano alumina, Nano ferrite and Nano titania have been explored in cementing applications. The primary focus of this study is to examine the performance of Oil-well cement with Nano zeolite as an additive. The performance of micro zeolite as compared to Nano zeolite is also presented. In this thesis, the influence of addition of Nano zeolite and micro zeolite on oil well cement at high pressure and high temperature (HPHT) was examined. Nano zeolite was added in different percentages to the neat cement slurry and cement slurry mixture presently used for oil/gas well cementing in Saudi Arabia. Experimental study addressed different cement slurry properties such as thickening time, free water separation, rheological properties, compressive strength, tensile strength, density, fluid loss, SEM, XRD and porosity & permeability. Rheological properties like plastic viscosity, yield point and gel strength were increased with the addition of Nano zeolite. Hydration products were modified with the addition of Nano zeolite as indicated by SEM. Nano zeolite retarded the thickening time of cement slurry, while, micro zeolite acted as an accelerator. No significant effect of Nano and micro zeolite on density of cement slurry. Compressive strength was accelerated with both Nano and micro zeolite. Porosity and permeability was reduced significantly with Nano zeolite and denser microstructure was observed with SEM. Destructive compressive strength and tensile strength was shown to be increased with Nano zeolite addition. No significant effect on fluid loss of cement slurries with Nano zeolite. Nano zeolite can serve as an effective additive for Oil-well cement as it enhances early compressive strength with improvement in durability properties of cement. Acceleration of compressive strength development will help in reducing wait-on cement time which will reduce operations cost. The enhancement of both compressive and tensile strength is particularly important for HPHT wells because of the many stresses to which they are subjected over the life of the well. While, denser microstructure may help to restrain the invasion of corrosive formation fluids.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Petroleum
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Al-Majed, Abdulaziz Abdulla
Committee Co-Advisor:	Rahman, Muhammad Kalimur
Committee Members:	Abdulraheem, Abdulazeez and Elkatatny, Salaheldin and Gajbhiye, Rahul Narayanrao
Depositing User:	MIRZA TALH BAIG (g201306370)
Date Deposited:	15 Jun 2017 09:24
Last Modified:	01 Nov 2019 16:42
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140394