INVESTIGATION OF MODIFIED ENZYME-INDUCED CARBONATE PRECIPITATION FOR SAND PRODUCTION CONTROL APPLICATIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis) Final draft.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 28 December 2024. Download (3MB)

Arabic Abstract

يعد إنتاج الرمال أحد المشاكل الرئيسية التي يمكن أن تحدث في آبار النفط أو الغاز. ظهرت مؤخرًا طرق ترسيب الكربونات المستحثة بالإنزيم (EICP) كحلول صديقة للبيئة لتعزيز عملية توحيد الرمال السائبة ومنع إنتاجها مع ظهور السوائل على السطح. يستكشف هذا العمل زيادة قوة الرمال المدمجة وإجراءات معالجتها باستخدام EICP المعدل. تبحث الدراسة أيضًا في توصيف الهطول الناتج عن الكائنات الحية الدقيقة باستخدام التصوير المقطعي المحوسب (CT). لدمج عينة الرمل، تم إعداد أربعة عشر محلولًا مختلفًا. المحاليل عبارة عن خليط من اليوريا واليورياز وCaCl2 وMgCl2 والبوليمرات الحيوية والبوليمر المشترك من الأكريلاميد و2-أكريلاميدو-2-ميثيلبروبان حمض السلفونيك (AM-AMPS) بكميات متفاوتة. تم إجراء تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) لتحديد نوع متعدد أشكال كربونات الكالسيوم. تم تصوير شكل ترسيب كربونات الكالسيوم في عينة الرمل من خلال التصوير بالمجهر الإلكتروني الماسح (SEM). تم تحديد قوة العينات المجمعة عن طريق اختبار الصفر. تحليل قياس الحرارة الحراري (TGA) للعثور على درجة حرارة التحلل للبوليمرات، وتم قياس النفاذية عن طريق غمر العبوات الرملية. في بحثنا، اكتشفنا فعالية حلول EICP المختلفة (ترسيب الكربونات الناتج عن الإنزيم) من خلال تعريضها لدرجات حرارة معالجة مختلفة. ومن الجدير بالذكر أن العينات المعالجة عند 70 درجة مئوية أظهرت أعلى قوة، في حين أظهرت العينات المعالجة عند 25 درجة مئوية الأضعف. وهذا يؤكد الدور الحاسم للتحكم في درجة الحرارة في تحديد قوة العينات. علاوة على ذلك، فإن مزيج أملاح CaCl2 وMgC2 في المحلول أدى إلى قوة أكبر مقارنة بالمحاليل التي تحتوي على نوع واحد فقط من الملح. أثبت استخدام الأشعة المقطعية قيمته في توصيف هطول الأمطار الناجم عن الميكروبات، مثل الكالسيت والدولوميت. تسلط الدراسة الضوء على أهمية تقييم كيفية تأثير درجات حرارة المعالجة المختلفة على أداء العينة وتؤكد على الحاجة إلى التحكم الدقيق في درجة الحرارة في الإعدادات التجريبية. في جانب آخر من تحقيقنا، قمنا بخلط محلول EICP مع البوليمرات الحيوية (صمغ الزانثان والسليلوز) والبوليمرات المشتركة الاصطناعية من AM-AMPS (AN 113، AN 113 SH، AN 125، AN 125 SH). كشفت معالجة هذه الخلائط عند درجتي 70 درجة مئوية و120 درجة مئوية أن السليلوز، وهو بوليمر حيوي، أظهر أعلى قوة في كلتا درجتي الحرارة. وعلى العكس من ذلك، أظهر صمغ الزانثان قوة ضعيفة عند 70 درجة مئوية وانعدام القوة عند 120 درجة مئوية بسبب تحلله عند درجات حرارة عالية. من بين البوليمرات المشتركة الاصطناعية، أظهر AN 125 باستمرار أعلى قوة، في حين كان AN 113 SH هو الأضعف. والمثير للدهشة أن أضعف كوبوليمر صناعي يتمتع بقوة مماثلة لأقوى بوليمر حيوي. بالإضافة إلى ذلك، أشار الفحص الحراري إلى أن جميع البوليمرات المشتركة تتحلل عند درجات حرارة تتجاوز 300 درجة مئوية، مما يؤدي إلى قوة مماثلة لجميع محاليل EICP عند 120 درجة مئوية. كشفت اختبارات النفاذية مع غمر العبوات الرملية أن المحلول الذي تم إعداده باستخدام AN 125 أظهر انخفاضًا بنسبة 30% تقريبًا في النفاذية، مما يجعله مرشحًا واعدًا لتطبيقات EICP في آبار النفط والغاز. يؤكد هذا البحث على أهمية اتباع منهجية شاملة في تقييم مدى ملاءمة كل من البوليمرات الحيوية والبوليمرات المشتركة الاصطناعية لـ AM-AMPS لتطبيقات EICP.

English Abstract

Sand production is one of the major problems that can occur in an oil or gas well. Enzyme-induced carbonate precipitation (EICP) methods have recently emerged as possible environment-friendly solutions for enhancing loose sand consolidation and prevent it from being produced with the fluids to the surface. This work explores increasing the consolidated sand strength and its treatment procedure using a modified EICP. The study also examines the characterization of precipitation generated by microorganisms using computed tomography (CT scan). To consolidate the sand specimen, fourteen different solutions were prepared. The solutions are a mixture of urea, urease, CaCl2, MgCl2, Bio-polymers and Copolymer of Acrylamide and 2-Acrylamido-2-Methylpropane Sulfonic Acid (AM-AMPS) in varying quantities. X-ray diffraction (XRD) analysis was conducted to determine the type of calcium carbonate polymorph. The morphology of calcium carbonate precipitation, in the sand sample was visualized through scanning electron microscopy (SEM) imaging. Strength of consolidated samples were determined by scratch test. Thermogravimetric analysis (TGA) analysis to find the degrading temperature of polymers, and permeability was measured via sand pack flooding. In our research, we explored the effectiveness of different EICP (Enzyme-Induced Carbonate Precipitation) solutions by subjecting them to various curing temperatures. Notably, samples cured at 70°C demonstrated the highest strength, while those cured at 25°C exhibited the weakest. This underscores the critical role of temperature control in determining the strength of the samples. Moreover, a combination of CaCl2 and MgC2 salts in the solution resulted in greater strength compared to solutions with only one type of salt. The use of CT scans proved valuable in characterizing microbially induced precipitation, such as calcite and dolomite. The study highlights the importance of assessing how different curing temperatures impact specimen performance and emphasizes the need for precise temperature control in experimental setups. In another aspect of our investigation, we mixed the EICP solution with bio-polymers (Xanthan Gum and Cellulose) and synthetic copolymers of AM-AMPS (AN 113, AN 113 SH, AN 125, AN 125 SH). Curing these mixtures at 70°C and 120°C revealed that Cellulose, a bio-polymer, exhibited the highest strength at both temperatures. Conversely, Xanthan Gum showed weakened strength at 70°C and no strength at 120°C due to its breakdown at high temperatures. Among the synthetic copolymers, AN 125 consistently demonstrated the highest strength, while AN 113 SH was the weakest. Surprisingly, the weakest synthetic copolymer had strength comparable to the strongest bio-polymer. Additionally, thermographic examination indicated that all copolymers degraded at temperatures exceeding 300°C, resulting in comparable strength for all EICP solutions at 120°C. Permeability tests with sand pack flooding revealed that the solution prepared with AN 125 exhibited almost a 30% reduction in permeability, making it a promising candidate for EICP applications in oil and gas wells. This research underscores the importance of a thorough methodology in evaluating the suitability of both bio-polymers and synthetic copolymers of AM-AMPS for EICP applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Petroleum Petroleum > Well Performance and Optimization
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Alarifi, Sulaiman A.
Committee Members:	Mahmoud, Mohamed and Kamal, Muhammad Shahzad
Depositing User:	ABDUL REHM BAIG (g202113570)
Date Deposited:	28 Dec 2023 06:16
Last Modified:	28 Dec 2023 06:16
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142699