ACCELERATED LOW-TEMPERATURE OXIDATION FOR SAND CONSOLIDATION AND PRODUCTION CONTROL

ACCELERATED LOW-TEMPERATURE OXIDATION FOR SAND CONSOLIDATION AND PRODUCTION CONTROL. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (MSc Thesis)
MSc Thesis April 2020 (KFUPM ePrint).pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 21 June 2021.

Download (3MB)

Arabic Abstract

يعتبر إنتاج الرمل مشكلة رئيسية تعوق عملية انتاج الزيت والغاز. فهى تتضمن انتقال حبيبات الرمل المنفصلة و الجسيمات الصغيرة من الطبقات ضعيفة التماسك الى حفرة البئر و كذلك الى معدات الإنتاج على السطح. فهى تؤثر سلباً على عملية إنتاج الغاز والزيت بسبب التضييق على حركة تدفق السوائل وكذلك التسبب فى اضرار جسيمة فى المعدات مما يزيد من تكاليف الإنتاج بسبب عمليات المعالجة و الصيانة و التنظيف الدورية. لذلك فإن التطوير المستمر لتقنيات التحكم فى انتاج الرمل هو امر ضرورى من اجل تحقيق استخراج اقتصادى للهيدروكربونات من مثل هذه الطبقات. ولقد تم استخدام العديد من تقنيات التحكم فى إنتاج الرمل من قبل الصناعة سواء بالطرق الميكانيكية او الكيميائية. ولقد اظهر استخدام تقنية جديدة والتى تتضمن اكسدة الهيدروكربونات عند درجات الحرارة المنخفضة قدرة عالية على التحكم فى إنتاج الرمل وذلك عن طريق زيادة قوة تحمل الانضغاط للطبقات مع الحفاظ على نفاذيتها. إلا أن هذه التقنية تتطلب وقتاً طويلاً نسبيأً لاتمامها بسبب درجات الحرارة المنخفضة للمكامن. لذا قام هذا البحث بدراسة أولاً: درجة الحرارة المثلى لعملية الاكسدة وكذلك مدتها المثلى من أجل اتمام عملية تصليد فعالة لحبيبات الرمل وثانياً: إمكانية استخدام الكيماويات الحرارية للوصول لدرجة الحرارة المثلى موضعياً. تضمن البحث دراسة تصليد عينات مختلفة من الرمل السائب عند درجات حرارة و مدد اكسدة مختلفة باستخدام محلول من البيتومن مذاب فى مذيب عطرى. وباستخدام مصدر تسخين خارجى، وُجد ان ظروف الاكسدة المثلى كانت عند ۱۸۰ درجة مئوية ولمدة ٦ ساعات من تدفق الهواء والتى بموجبها اكتسبت العينات قوة تحمل انضغاط تزيد عن ۱۸۰۰ رطل لكل بوصة مربعة ونفاذية تبلغ ۸,۲ دارسي بالإضافة الى مقاومة المذيبات العطرية و الأحماض والزيت الخام. وعند ضخ كميات من الكيماويات الحرارية خلال عينة رمل اخرى، تم رفع درجة حرارة عينة الرمل بنجاح من ۸۰ الى ۱۸۸ درجة مئوية مما ساعد عملية الاكسدة على انتاج عينة رمل متماسكة لها قوة تحمل انضغاط تبلغ ۱٤۹۰ رطل لكل بوصة مربعة و نفاذية تبلغ ۳,۳ دارسي. كما أظهرت العينات مقاومة فعالة ضد المذيبات العطرية و الأحماض والزيت الخام. وبناءً على ذلك، فلقد اثبتت الدراسة إمكانية استخدام الكيماويات الحرارية لتحسين أداء تقنية تماسك الرمل باستخدام عملية الاكسدة منخفضة الحرارة وكذلك تقليل إضافى فى كلفتها الاقتصادية.

English Abstract

Sand production is a major problem that interrupts oil and gas production. It involves the migration of the dislodged sand grains and fine particles from weakly consolidated formations into the wellbore and further to downstream production equipment. It adversely affects oil and gas production by restricting the fluid flow as well as causing severe damages to the equipment, which raises production costs due to periodic remedial, maintenance and washing-up operations. Therefore, the ongoing development of sand control techniques is a requisite for economical extraction of hydrocarbons from such formations. Many sand control techniques, both chemical and mechanical, have been employed by the industry. A new technique that involves in-situ low-temperature oxidation (LTO) of hydrocarbons in the vicinity of the wellbore has shown an outstanding ability for controlling sand production by increasing the formation’s compressive strength while retaining its permeability. However, this technique requires a relatively long time for completion due to low reservoir temperatures. Accordingly, this study investigated a) the optimum oxidation temperature and duration for effective consolidation treatment and b) the feasibility of employing thermochemicals to achieve the optimum temperature in situ. The study involved consolidating different loose sand packs at different oxidation times and temperatures using a solution of bitumen in an aromatic solvent. Using external heating, the optimum oxidation conditions were found to be 180 °C and 6 hours of air flow, under which the consolidated sand pack had a compressive strength in excess of 1800 psi and a retained permeability of 2.8 Darcy as well as showing stability against mud acid, aromatic solvent and crude oil treatments. By injecting several pore volumes of thermochemicals, the sand-pack temperature was successfully raised from 80 to 188 °C and the LTO yielded a consolidated sand pack with 1490 psi compressive strength and 3.3 Darcy of retained permeability. The consolidated sand pack also showed resistance against mud acid, aromatic solvent and crude oil treatments. The study has proven the viability of using thermochemicals to improve the performance of the sand-consolidation-by-LTO technique as well as improving the technique cost-effectiveness further.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Engineering
Research > Petroleum
Divisions: College Of Engineering Sciences > Petroleum Engineering Dept
Committee Advisor: Abu-Khamsin, Sidqi A.
Committee Members: Mahmoud, Mohamed and Al-Jawad, Murtada S.
Depositing User: AHMED GOWIDA (g201708730)
Date Deposited: 21 Jun 2020 09:55
Last Modified: 21 Jun 2020 09:55
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141532