GEOCHEMICAL MODELING OF CARBONATES ACIDIZING WITH HCL USING TOUGHREACT. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF M.Sc._Thesis_-_Mohamed_Mahrous_-_g201405740.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

ان نمذجة الاذابة الحمضية للنسيج الصخري تعتبر مشكلة بحثية ذات تحدي كبير لكونها عملية معقدة تطلب دمج الجيوكيمياء، تدفق الموائع متعددة الحالات، الجيوميكانيكا و انتقال المجموعات الكيميائية. حتى الان، لا يوجد نموذج يحتوى على كل الجوانب السابق ذكرها لدراسة ظاهرة الثقب الدودي في الصخور و لذلك يتطلب هذا تطوير اضافي لنماذج اكثر دقة ثلاثية الابعاد متعددة الفيزياء و الحالات. ان كل النماذج السابقة التي حاولت دراسة الاذابة الحمضية للنسيج الصخري فرضت تدفق احادي الحالة متجاهلين تأثير ثاني اكسيد الكاربون الناشيء. في هذه الدراسة، تم استخدام كود " TOUGHREACT " الجيوكيميائي للمرة الاولى لمحاكاة اذابة الصخور الكربونية عن طريق حمض الهيدروكلوريك. يتميز هذا الكود بقدرته على الاخذ في الاعتبار تأثير ثاني اكسيد الكربون المذاب. يتم هذا عن طريق حل معادلة التفاعل-التأفق-الانتشار لآيونات الهيدروجين و المجموعات الكيميائية الاساسية، كما تم دمج معادلات الانتقال و التفاعل باستخدام اسلوب تسلسلي غير تكراري. اعتبرت حركية التفاعل المائية في حالة اتزان، اما حركية تفاعل الصخر مع الحمض تم تحديدها حركيا. تم استخدام " TOUGHREACT " لمحاكاة ثنائية و ثلاثية الابعاد لتدفق احادي ديكارتي لحقن حمض الهيدروكلوريك في معدن الكالسيت. اظهرت النتائج قدرة الكود " TOUGHREACT " في ادراك نماذج الاذابة المختلفة التي اقرت سابقا عن طريق التجارب، كما اظهرت المحاكاه المسار المقعر لاعلي لمنحنى الاذابة الحمضية. علاوة على ذلك، بينت الدراسة ان ثاني اكسيد الكربون المذاب يتحد مع ايون الهيدروجين مكونا حمض الكربونيك مما يقلل من تركيز الحمض الفعال في عملية الاذابة الحمضية.

English Abstract

Modeling of wormholing phenomenon is one of the challenging research problems due to the complexity of the process which requires coupling of multi-phase fluid flow, species transport, and geochemistry. There is not a single model that captures all of these aspects of the wormholing phenomenon which requires further development of more accurate 3D multiphase/multiphysics models. This challenge is the principal motive for this work. The objective of this work is to model carbonate acidizing more accurately from a geochemical point of view. All previous numerical models consider only the acid/rock reaction and the transport of hydrogen ions only. In this work, we also account for chemical reactions between the aqueous species, including the dissolved CO2, under full-speciation transport. This is done using TOUGHREACT; a code for reactive modeling of non-isothermal multiphase flow of fluids in physically and chemically heterogeneous porous and fractured media. This code solves the Reaction-Advection-Diffusion (RAD) equation not only for Hydrogen ions, but also for all other primary species. Coupling of transport and reaction equations is done using a Sequential Non-Iterative Approach (SNIA). Aqueous kinetics are assumed at equilibrium, while rock/acid reaction is kinetically constrained. Single-phase 2D & 3D simulations of HCl injection in limestone rock are performed under a linear flow geometry. Results of the full speciation simulations are validated with previous experimental work, and compared with results from previous numerical models. This has been accomplished with special focus on the treatment design parameters; optimum injection rate, and volume of acid injected to achieve breakthrough. The simulations results show that; 1) the full-speciation model captures the different dissolution patterns reported experimentally, 2) confirm the existence of an optimum injection rate that corresponds to minimum volume of acid injected, 3) the dissolved CO2 and aqueous kinetics affects the treatment design parameters. We believe that performing these more geochemically accurate simulations is another step forward towards fully capturing the complex wormholing phenomenon.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research Petroleum > Reservoir Modelling and Simulation Petroleum > Well Completion and Stimulation
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Sultan, Abdullah
Committee Co-Advisor:	Azraoual, Mohamed
Committee Members:	Mahmoud, Mohamed and Abdulraheem, Abdulazeez and Awtounde, Abeed
Depositing User:	MOHAMED MAHROUS (g201405740)
Date Deposited:	11 Sep 2017 10:37
Last Modified:	02 Nov 2020 08:34
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140451