Sand Consolidation by Catalyzed Low-Temperature Oxidation

Sand Consolidation by Catalyzed Low-Temperature Oxidation. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Moaz Hiba.pdf - Submitted Version
Restricted to Repository staff only until 27 December 2021.

Download (2MB)

Arabic Abstract

يعتبر إنتاج الرمال مشكلة رئيسية تواجه صناعة النفط والغاز. يشار إلى هذه الظاهرة بهجرة جزيئات الرمل من رمل ضعيف التماسك إلى جوف البئر ثم إلى السطح. تسبب هذه الظاهرة أضرارًا جسيمة للمعدات الجوفية والسطحية بالإضافة إلى توقف الإنتاج. ومن ثم ، فإن الحاجة إلى وسيلة لاستبعاد الرمال ضرورية لإنتاج الهيدروكربونات بطريقة فعالة اقتصاديًا. يمكن تحقيق ذلك ميكانيكيًا أو كيميائيًا أو من خلال ممارسات الإنجاز الخاصة. من الأساليب الحديثة استخدام تفاعل الأكسدة عند درجات الحرارة المنخفضة لمائع أسفلتي لهذا الغرض. أظهرت هذه الطريقة موثوقيتها واستدامتها في التحكم في إنتاج الرمال. ومع ذلك ، قد تتطلب عملية الأكسدة وقتًا طويلاً ، وهو أمر غير مواتٍ في التطبيق الميداني. يمكن تسريع تفاعل الأكسدة عند درجات الحرارة المنخفضة باستخدام إما الحرارة أو المحفز أو كليهما. في هذه الدراسة تم استخدام العديد من المحاليل المائية من نترات الحديد [Fe (NO3) 3 كمحفز ، حيث وجد أن تركيزها الأمثل هو 3٪. وقد تأثرت مقاومة الانضغاط لمصفوفة الرمل بشكل إيجابي عند 70 و 90 و 135 درجة مئوية ؛ ومع ذلك ، لم تظهر أي من العينات المجمعة مقاومة للمذيبات العطرية. علاوة على ذلك ، من خلال تمديد وقت الأكسدة إلى 24 و 72 ساعة ، زادت قوة ضغط العينات بشكل طفيف دون أي تأثير على ثباتها. عندما تم رفع درجة حرارة الأكسدة إلى 180 درجة مئوية ، تم الحصول على اندماج ممتاز في 6 ساعات بدون المحفز وفي 4 ساعات مع المحفز مع عدم وجود تأثير للمحفز على نفاذية العينة المدمجة. استنتج أن إضافة محلول مائي منخفض التركيز من نترات الحديد إلى العملية التي أجريت عند 180 درجة مئوية ينتج رملاً متماسكًا بقوة ضغط عالية ونفاذية عالية وثبات ممتاز ضد المذيبات العطرية وسوائل صيانة الآبار خلال فترة قصيرة نسبيًا من وقت المعالجة.

English Abstract

Sand production is a major problem that faces the oil and gas industry. It refers to the migration of sand particles from a poorly-consolidated sand formation to the wellbore and further to the surface. Such phenomenon causes severe damage to subsurface and surface equipment as well as production stoppage. Hence, the need for a mean of sand exclusion is necessary to produce the hydrocarbons in an economically efficient way. This can be achieved mechanically, chemically or by special completion practices. A recent method is to use low temperature oxidation (LTO) of an asphaltic fluid for such purpose. This method has shown its reliability and sustainability in controlling sand production. However, the oxidation process may require a long time, which is not favorable in field application. The LTO reaction can be accelerated using either heat or catalyst or both. In this study various aqueous solutions of ferric nitrate [Fe(NO3)3] were used as a catalyst, the optimum of which was found to be at 3% concentration. The compressive strength of the resulted sand matrix was positively impacted at 70, 90 and 135 oC; however, none of the consolidated samples showed resistance to aromatic solvents. Furthermore, by extending the oxidation time to 24 and 72 hours the samples’ compressive strength increased slightly with no effect on their stability. When the oxidation temperature was elevated to 180 oC, excellent consolidation was obtained in 6 hours without the catalyst and in 4 hours with the catalyst with no effect of the catalyst on the consolidated sample’s permeability. It is concluded that adding a low-concentration aqueous solution of ferric nitrate to the process conducted at 180 oC produces consolidated sand with high compressive strength, high permeability and excellent stability against aromatic solvents and workover fluids within a relatively short period of treatment time.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Petroleum
Department: College Of Engineering Sciences > Petroleum Engineering Dept
Committee Advisor: Abu-Khamsin, Sidqi A.
Committee Members: Mahmoud, Mohamed A. and Alafnan, Saad F.
Depositing User: MOAZ HIBA (g201376830)
Date Deposited: 27 Dec 2020 15:14
Last Modified: 27 Dec 2020 15:14
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141774