Iron Sulfide Scales Quantification Using Spectral Induced Polarization. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Master Thesis_Final_Dhafer Badhafere_EPrints.pdf - Published Version Restricted to Repository staff only until 5 June 2024. Download (3MB)

Arabic Abstract

يعد الاستقطاب الطيفي المحفز (Spectral Induced Polarization - SIP)، وهو فرع من فروع المسح الاستقطابي المحفز (Induced Polarization - IP)، أداة وتقنية جيوفيزيائية كهربائية تستخدم لاستكشاف الطبقات الجوفية والكشف عن المعادن. في هذا العمل العلمي، تم استخدام تقنية الاستقطاب الطيفي المحفز لحل مشكلتين رئيسيتين في مجال النفط والغاز: الكشف عن محتوى مركبات كبريتيد الحديد في تكوينات الحجر الجيري ومراقبة تركيز مواد اكساب الكثافة والكشف عن ترسبها في سوائل الحفر. في الجزء الأول من هذا العمل العلمي، تم استخدام طريقة الاستقطاب الطيفي المحفز لتوصيف تركيز البايرايت في تكوينات الحجر الجيري. وتم اختبار سبع عينات مختلفة من الحجر الجيري بتركيزات مختلفة من البايرايت في الحجم الكلي للعينة. لقد تم تطبيق طريقة الاستقطاب الطيفي المحفز بنجاح في توصيف وجود البايرايت في مراحل وجوده المبكرة بتركيز قليل يصل إلى 0.25% من الحجم الكلي لغرفة الفحص التي تسع سبعة عشر سانتي متر مكعب. ايضاً، تم تقييم تركيز البايرايت في عينات الحجر الجيري بواسطة إشارات الفرق بين الطور (phase shift) والتوصيلية الخيالية (imaginary conductivity) حيث تم العثور على أنها تتناسب طردياً مع محتوى البايرايت في الجسم الحجري الجيري. في الجزء الثاني من هذا العمل العلمي، تم تقييم تركيز كربونات الكالسيوم، كمادة اكساب كثافة، في سائل حفر الآبار المائي القائم على البنتونايت باستخدام طريقة الاستقطاب الطيفي المحفز. ثم تمت مراقبة مواد حفر الآبار والكشف عن ترسب مواد اكساب الكثافة المتمثلة بالبارايت (كبريتات الباريوم) والكالسيت (كربونات الكالسيوم) في سوائل الحفر. اولاً، تم اختبار ست عينات بتركيزات مختلفة من كربونات الكالسيوم في سائل الحفر القائم على البنتونايت بنسبة أربعة بالمائة من الوزن لتقييم التركيز. تم تمييز تركيز كربونات الكالسيوم بنجاح باستخدام الجزء الحقيقي من إشارة توصيل الاستقطاب الطيفي المحفز المعقدة، حيث تم تمييز وجود كربونات الكالسيوم بانخفاض حاد في التوصيل الحقيقي يتبعه زيادة تدريجية مع زيادة تركيز كربونات الكالسيوم. كما تم الكشف المبكر عن ترسب مواد التحميل البارايت والكالسيت باستخدام طريقة الاستقطاب الطيفي المحفز، حيث تم ملاحظة تأثير ترسب مواد اكساب الكثافة في سوائل الحفر في إشارات توصيل الاستقطاب الطيفي المحفز الحقيقية والمقاومة الكهربائية خلال وقت اقصاه خمس ساعات، وذلك من خلال انخفاض في والمقاومة الكهربائية وزيادة في إشارات التوصيل الحقيقية مع الوقت. تمت المراقبة باستخدام اختبارات تجري باستمرار مع الوقت وأسفر ذلك عن النجاح في تطوير طريقة جديدة للكشف عن ترسب مواد اكساب الكثافة في فترة زمنية قصيرة في ظروف ثابتة. ختاماً، تبين أن تقنية الاستقطاب الطيفي المحفز فعالة وموثوقة لتوصيف محتوى رواسب كبريتيد الحديد في تكوينات الحجر الجيري ومراقبة تركيز مكونات مواد اكساب الكثافة في سوائل الحفر. اضافة الى القدرة على كشف وتقييم ترسب مواد اكساب الكثافة في فترة زمنية قصيرة في ظروف ثابتة بطريقة جيدة وفعالة. بشكل عام، يضع هذا العمل الأسس للأبحاث والتطوير المستقبلي لتوسيع نطاق تطبيقات تقنية الاستقطاب الطيفي المحفز في مجال انتاج وتنقيب النفط والغاز.

English Abstract

Spectral Induced Polarization (SIP), a branch of Induced polarization (IP) surveying, is an electrical geophysical surveying tool and technique that is used for subsurface exploration. In this thesis work, the SIP method is used to solve two major problems in the oil and gas industry: iron sulfides scale content in limestone formations and drilling fluids weighting materials concentration monitoring and sag detection. In the first part of this thesis work, the SIP method was utilized to characterize pyrite concentration in limestone formations. Seven different samples of Indiana limestone with different pyrite content were tested starting from 0.25% per bulk volume of pyrite. The SIP method has been applied successfully in characterizing the early presence of pyrite as low as 0.25% per bulk volume of a 17 cc sample chamber. The concentration of pyrite in limestone was also assessed by the SIP phase shift and imaginary conductivity signals where they are found to be directly proportional to the pyrite content in the limestone body. In the second part of this thesis work, calcium carbonate concentration in water-based bentonite drilling fluid was evaluated using the SIP method. Then, the second objective was to monitor drilling fluid weighting materials i.e., barite and calcite sag. 6 samples of different calcium carbonate content in 4% per weight bentonite drilling fluid were put under test for concentration evaluation. Calcium carbonate concentration was successfully characterized using the real part of the SIP complex conductivity signal where the presence of calcium carbonate was characterized by a sharp decrease in real conductivity followed by a gradual increase with the increase of calcium carbonate concentration. Also, barite and calcite weighting materials sag was early detected and assessed by the SIP method where in the span of 3 hours, sag effect was noticed in SIP real conductivity and impedance signals by a decrease in impedance and increase in real conductivity signals with time. The SIP timelapse tests were successful in making a new method to detect weighing materials sag in a short time period in static, atmospheric conditions. The output of this work proves the reliability of the SIP technique in iron sulfide scale detection in limestone formations and drilling fluid integrity monitoring. This work is setting the basis for upcoming work and development to enlarge the range of applications of the SIP method in both domains, iron sulfide characterization and drilling fluid components monitoring

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Earth Sciences Electrical Petroleum Petroleum > Reservoir Characterization
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Mahmoud, Mohamed A.
Committee Members:	Al-Shehri, Dhafer A. and Soupios, Panteleimon and Alarifi, Sulaiman A.
Depositing User:	DHAFER BADHAFERE (g201473860)
Date Deposited:	05 Jun 2023 04:37
Last Modified:	05 Jun 2023 04:37
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142419