SANDSTONE ACIDIZING USING IN-SITU GENERATED HYDROFLUORIC ACID

SANDSTONE ACIDIZING USING IN-SITU GENERATED HYDROFLUORIC ACID. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Ibrahim Gomaa's MS Thesis)
Thesis Final.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 23 December 2020.

Download (6MB)

Arabic Abstract

في هذا البحث، لقد تم التوصل لطريقة جديدة لتوليد حمض الهيدروفلوريك عن طريق أكسدة أملاح فلوريد الأمونيوم في وجود تفاعل طارد للحرارة ليتم استخدامه في المعالجة الحمضية للحجر الرملي. وقد أجريت دراسة دقيقة لعوامل الأكسدة المستخدمة من أجل اختيار الأكثر ملائمة و الأكثر من حيث عوامل الآمان منهم. كلا من برومات الصوديوم و فوق كبريتات الأمونيوم قد أظهروا نتائج واعدة علي عكس بيرمنجنات البوتاسيوم الذي أظهر عدم ملائمته مع المركبات الكيميائية الأخري المستخدمة في هذة الدراسة. و قد تم تحفيز تفاعل توليد حمض الهيدروفلوريد بإستخدام تفاعل طارد للحرارة بين كلوريد الأمونيوم و نيتريت الصوديوم. و لقد أثبت هذا الخليط الكيميائي الجديد قدرته علي إذابة معادن السيليكا و الطمي المختلفة و التي تعد المكون الرئيسي لطبقات الحجر الرملي. و قد اثبتت تجارب الحقن قدرة حمض الهيدروفلوريد المتولد داخل الصخر علي تحسين نفاذية عينات كل من Gray Berea و Scioto بعد حقن ثلاث دورات متتالية من الخليط الكيميائي بنسبة 40% و 37.5% علي الترتيب. و قد صاحب هذا ذوبان كميات مختلفة من السيليكا وصلت إلي 49 مجم في حالة عينة من صخر ال Scioto ذات ال 6 بوصات. علاوة علي ذلك فإن مسح الرنين المغناطيسي النووي NMR للعينات قد أظهر تحسن ملموس في المسامية بدون الإضرار بقنوات الأتصال الأصلية بين المسام. وقد أظهرت اختبارات خدش العينات قبل و بعد المعالجة أن تأثر الخصائص الميكانيكة للعينات تتأثر تأثرا كبيرا بالتكوين الأساسي لكل عينة. و قد أظهرت التجارب التي أجريت من أجل اختبار تأثير دفعة الضغط الناتجة من الكيماويات الحرارية تحسنا كبيرا في نفاذية عينات صخر ال Scioto بعد معالجتها بخمس دورات متتالية من الخليط الكيميائي. فقد نتج عن ذك ضغط كبير وصلت قيمته ل 2000 رطل/بوصة مربعة. الأمر الذي ترتب عليه خلق كسور دقيقة بداخل العينة مما أدي إلي تحسين قدرة التدفق لديها. و قد جاء مسح الرنين المغناطيسي النووي NMR للعينة ليثبت وجود هذة الكسور. هذا و قد أثبتت هذة الطريقة الجدية قدرتها علي تخطي المشكلات المتأصلة في مجال تحسن إنتاجية الحجر الرملي. و أنه فور تطبيق هذة الطريقة فسوف يتم استعادة القدرة الإنتاجية لخزانات الحجر الرملي بالإضافة إلي تقليل مشاكل التآكل و التعامل مع المواد الكيماوية الخطرة. و الأكثر أهمية من ذلك هو التحكم الكبير في معدلات التفاعل و إنتاج الحمض مما يحقق العمق المرجو من عملية المعالجة الحمضية.

English Abstract

In this research, a novel approach for generating in-situ hydrofluoric acid (HF) by oxidizing the ammonium fluoride (NH_4 F) salt in the presence of exothermic reaction has been developed and used for sandstone acidizing. A sensitivity analysis of different oxidizers was carried out in order to choose the most suitable, compatible and safe one. Both sodium bromates (NaBrO_3) and ammonium persulfate ((NH4)2S2O8) showed promising results unlike potassium permanganates (KMnO4) that showed compatibility issues with the other chemicals. The acid generating reaction is catalyzed by another exothermic reaction between the ammonium chloride (NH_4 Cl) and sodium nitrite(NaNO_2). The mixture between the acid generating fluids and the thermochemicals could efficiently dissolve both silica and clay minerals which are the main constituents of sandstone formations. Core flooding tests showed the high capability of the in-situ generating HF fluids to stimulate both Gray Berea and Scioto sandstone cores. After the injection of three successive cycles of the novel fluid mixture, the permeability of Gray Berea and Scioto cores were enhanced by about 40% and 37.5 % respectively. This was accompanied by the dissolution of various amounts of silica mineral from each core reached up to 49 mg in case of the 6-inch Scioto core. Moreover, the NMR scanning for both cores showed a porosity enhancement after the acid treatment without affecting the original pore system connectivity. Scratch tests were carried out for the tested cores before and after the treatment in order to assess the effect of the treating fluid on the rocks' integrity and mechanical properties. The results of the scratch test showed that the mechanical response of the tested cores to the treating fluid is highly affected by the original composition of the cores. Experiments done to check the effect of the pressure pulse from the used thermochemicals on the stimulation process showed a much higher permeability enhancement in the Scioto core than being treated with the acid generating fluids only. A pressure pulse of more than 2,000 psi was generated inside the core while being flooded for five successive cycles of the acid generating fluids and the thermochemicals simultaneously. This results in the generation of tiny micro fractures inside the core and enhanced its flowing capacity. NMR scanning came to confirm the generating of these micro fractures. This method overcomes some of the persisting problems with sandstone stimulation. Upon application of this new stimulation technology, the true production potential of sandstone reservoirs can be achieved; corrosivity will be minimized and handling hazardous chemicals (HF) will be avoided. Importantly, controlling the reaction rate can also ensure deep acidizing penetration.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Petroleum > Enhanced Oil Recovery
Petroleum > Well Completion and Stimulation
Divisions: College Of Engineering Sciences > Petroleum Engineering Dept
Committee Advisor: Mahmoud, Mohamed
Committee Members: Abdulraheem, Abdulazeez and Sultan, Abdullah and Al-Sheheri, Dhafer
Depositing User: IBRAHIM GOMAA (g201706890)
Date Deposited: 31 Dec 2019 16:00
Last Modified: 31 Dec 2019 16:00
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141362