TOWARDS WATER SUSTAINABILITY: UTILIZING OILFIELD PRODUCED WATER IN FORMULATING OIL AND GAS STIMULATION FLUIDS THROUGH INCORPORATION OF CHELATING AGENTS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS Thesis Alkhowaildi SIGNED.pdf Restricted to Repository staff only until 5 August 2022. Download (1MB)

Arabic Abstract

ندرة المياه هي من القضايا الملحة والمتسارعة للغاية التي تواجه البشرية والمجتمع البيئي. هناك حافز كبير لتطوير حلول مستدامة من خلال إعادة استخدام المياه المنتجة من حقول النفط، خاصة في الدول التي تتولد فيها هذه المياه بكثرة. في أعمال البترول، تمثل هذه المياه أكبر منتج ثانوي أثناء عمليات استخراج النفط والغاز حيث يتم إنتاج مئات الملايين من براميل المياه يوميًا في جميع أنحاء العالم. هذه الرسالة تبحث عن فرصة إعادة الاستخدام هذه النوعية من المياه المنتجة لتحل محل المياه العذبة في أعمال تحفيز الإنتاج لأعيان الزيت والغاز الطبيعي. إدراج مركبات مخلبيه معينة وصديقة للبيئة أيضاً مكنتنا من تكوين مائع ذو خصائص انسيابية مشابهة للسوائل التقليدية حاليا. التوصيف الشامل لخصائص الانسيابية لهذا السائل هو الهدف الرئيسي من هذا البحث، فمن خلال استخدام المركبات المخلبيه ودراسة تأثير العوامل التي تتحكم في انسيابية السائل، أصبح من الممكن التنبؤ بالتركيبة المناسبة لهذا السائل المكون من المياه المنتجة. تم إجراء التجارب باستخدام جهازي قياس اللزوجة؛ فان ٣٥ وتشاندلر ٥٥٥٠، مع كون الثاني هو الجهاز المستخدم لاختبارات الضغط العالي ودرجات الحرارة المرتفعة. تظهر الاختبارات أن بعض العوامل مثل تركيز البوليمر والرقم الهيدروجيني للسائل لها تأثير كبير على اللزوجة، بينما تظهر درجة الحرارة وتركيز المركبات المخلبيه في التحكم في تغليظ السائل وكذلك في مدة ثبات وضعف هذه اللزوجة المكتسبة. أظهرت النتائج أن ٥٠ (رطل لكل ١٠٠٠ جالون) من البوليمر(CMHPG) في عينة ماء تحتوي ٢٠٪ من الوزن على مركب مخلبي (GLDA) حافظت على لزوجة بمقدار ١٧٢ سنتيبواز لمدة ساعتين ونصف تقريباً تحت درجة حرارة ١٥٠ درجة فهرنهايت وسرعة احتكاك ١٠٠ ١/ثانية. أظهر سائل الموائع المطور هذا، والذي يتكون فقط من البوليمر، ومركب مخلبي ، وعينة من المياه المنتجة، قدرات ريولوجية كبيرة تمكننا من استبدال سوائل التحفيز التقليدية التي تعتمد في تكوينها على المياه العذبة. يمكن أن يكون للسائل المطور حديثًا أيضًا قيمة اقتصادية نظرًا لاحتوائه على مواد مضافة أقل بكثير مقارنة بالسوائل التقليدية.

English Abstract

Water scarcity is a highly pressing and accelerating issue facing our planet. There is a great incentive to develop sustainable solutions through reusing wastewater or produced water (PW), especially in nations where it is generated abundantly. In petroleum industry, PW represents the water produced as a by-product during the extraction of oil and gas operations. It is by far the largest wastewater stream within the industry with hundreds of millions of produced water barrels being generated per day worldwide. This research investigates a re-use opportunity for PW to replace the freshwater use in well stimulation applications within the oil industry. Introducing a certain environment-friendly chelating agents allowed formulating a fluid system that possesses the rheological properties of that in conventional fluid systems. A full rheological characterization is the main objective of this research, through the use of chelation chemistry, studying the effect of multiple parameters controlling the thickening profile of the fluid has enabled us to predict an optimum formulation to build a new stimulation fluid based on untreated oilfield produced water. The experiments were carried out using two viscometer equipment; Fann Model 35 and Chandler Model 5550, with the latter being the apparatus used for high pressure high temperature (HPHT) tests. Variables such as polymer concentration and pH are shown to have a great impact on the viscosity, while temperature and concentration of the chelating agents are shown to control the thickening profile as well as its stability and breakage behaviors. 50 pptg of polymer concertation (CMHPG- Carboxymethyl Hydroxypropyl Guar) in 20 wt. % chelation concentration (GLDA-Glutamic acid, diacetic acid) is shown to sustain viscosity of 172 cP for nearly 2.5 hours at 150°F and 100 S-1 shear rate. The newly developed fluid system, solely based on polymer, chelating agent, and PW has shown some rheological capabilities to replace the conventional stimulation fluids that are based on freshwater. The newly developed fluid can also have economical value realization due to containing much less additives compared to conventional fluids.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Petroleum
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Tawabini, Bassam Shafiq
Committee Members:	Bataweel, Mohammed and Ayranci, Korhan and Svetoslav, Georgiev
Depositing User:	MUSTAFA ALKHOWAILDI (g201803720)
Date Deposited:	09 Aug 2021 07:13
Last Modified:	09 Aug 2021 07:13
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141933