MULTISCALE ADSORPTION AND DIFFUSION STUDIES IN UNCONVENTIONAL SHALE GAS RESERVOIRS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (The chapters contained in the thesis are copied from my published works.) PhD_Thesis_Library corrected.pdf - Published Version Restricted to Repository staff only until 7 May 2024. Download (7MB)

Arabic Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل: كليمنت تشيكوبي افاغوو عنوان الرسالة: دراسات الامتزاز والانتشار متعدد النطاقات في خزانات الغاز الصخري غير التقليدية التخصص: هندسة البترول تاريخ الدرجة العلمية: يناير 2023 نماذج النفاذية الظاهرة من الصخر الزيتي في الأدبيات لوصف تدفقات الانتشار في المسام النانوية للمادة العضوية ، يتم إجراؤها بشكل أساسي باستخدام الأنابيب النانوية الكربونية ، وشقوق الكربون ، والجرافيت ، وصور SEM التي تعطي تمثيلًا غير واقعي لعدم تجانس المادة العضوية في الصخر الزيتي من حيث بنية المسام وتكوينها ، والتي يؤدي إلى نمذجة خاطئة لآليات نقل الخزان. في هذه الدراسة ، تم استخدام سير عمل محاكاة جزيئية شامل لتطوير نموذج جديد للنفاذية الواضحة للانتشار الذاتي والصخر الزيتي لهياكل الكيروجين الواقعية والهندسة المعقدة ، بعد التحقق من صحة قوية مع كل من مجموعات البيانات التجريبية والحسابية. كشفت النتائج أن تأثير عدم تجانس المادة العضوية في شكل بداية نظام الانتشار الانتقالي المتأخر ، وتعرج الانتشار ، وتفاعل الغاز الممتص وضغط الحصر الفعال يكون أعلى في المسام الدقيقة عندما يصل استنفاد ضغط المسام إلى أقل من 2000 رطل لكل بوصة مربعة. علاوة على ذلك ، تم تمديد النتائج لتشكيل إطار محاكاة جديد يعتمد على عابرات الضغط الغاوسي التي اقترن هذه النماذج الفيزيائية متعددة النطاقات لوصف التدفق في خزانات الغاز الصخري المكسور الهيدروليكي. النتائج حساسة لمعايير المكمن الأساسية لاستنفاد الضغط ونفاذية مادة الأساس والمحتوى العضوي وعدم التجانس المحلي. يكشف الحل المتزامن لمعادلات الانتشار الجزيئي والضغط عن الترابط بينهما. يساهم تدفق المرحلة الممتصة في معدل الإنتاج ببعض العوامل التي تحددها قدرة امتصاص المادة العضوية. يمكن استخدام المنهجية الواردة في هذه الدراسة لمحاكاة النقل الجماعي في الخزانات الصخرية والتنبؤ بمعدلات إنتاج الهيدروكربونات ، والتي قد تساعد بشكل كبير في اتخاذ قرارات إدارة الأصول وتعظيم الانتعاش النهائي.

English Abstract

ABSTRACT Full Name : [Clement Chekwube Afagwu] Thesis Title : [Multiscale Adsorption and Diffusion Studies in Unconventional Shale Gas Reservoirs] Major Field : [Petroleum Engineering] Date of Degree : [March 2023] Dissolved molecules in the cylindrical pores and adsorbed molecules in the microcracks diffuse through the kerogen microstructure to the inorganic shale matrix. SEM reconstructed shale pore structures bypass micropores and the preservation of the associated organic matter heterogeneity is uncertain during pyrolysis which results in erroneous modeling of the reservoir transport mechanisms. In this study, a comprehensive molecular simulation workflow was utilized to develop a new self-diffusion and shale apparent permeability model for realistic kerogen structures and complex geometry, after a robust validation with both experimental and computational datasets. The results revealed that the impact of organic matter heterogeneity in the form of diffusion tortuosity, sorbed gas interaction, and effective confining pressure on transport phenomena is higher in micropores when reservoir pressure depletion reaches below 2,000 psi. Furthermore, the results were extended to formulate a novel simulation framework based on Gaussian Pressure Transients that coupled these multiscale physics models to describe flow in hydraulic fractured shale gas reservoirs. Results are sensitive to the essential reservoir parameters of pressure depletion, matrix permeability, organic content, and local heterogeneity. The simultaneous solution of molecular and pressure diffusivity equations reveals their interdependencies. The flux of the sorbed phase contributes to the production rate by some factor that is determined by the organic matter sorption capacity. The methodology provided in this study can be utilized to simulate mass transport in shale reservoirs and predict hydrocarbon production rates, which may greatly aid asset management decisions and maximization of the ultimate recovery.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemistry Chemical Engineering Research Math Physics Petroleum
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Mahmoud, Mohamed
Committee Members:	Patil, Shirish and Sultan, Abdullah and Abdulraheem, Abdulazeez
Depositing User:	CLEMENT AFAGWU (g201806880)
Date Deposited:	11 May 2023 08:39
Last Modified:	11 May 2023 08:39
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142376