Quantification of Rock Wettability Using Dielectric Measurements. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF PETE-610_MSc.Thesis_g202101670_AliOshaish_Rev06.pdf Restricted to Repository staff only until 3 January 2025. Download (8MB)

Arabic Abstract

قابلية البلل هي خاصية مهمة تتحكم في العديد من السمات البتروفيزيائية للصخور المحتوية على النفط والغاز. ومع ذلك، فإن الطرق التقليدية المستخدمة في صناعة النفط والغاز لقياس قابلية البلل معقدة ومكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً. لذلك، فإن الاتجاه الآن هو استخدام أدوات السجل الجيولوجي للحصول على هذا القياس أثناء الحفر دون الحاجة إلى استخراج أي عينات الى السطح. إن الرنين المغناطيسي وقياس العزل الكهربائي هما قياسات تعتمد على التردد مما يجعلها حساسة لظروف قابلية البلل. يساعد التباين في الثوابت العازلة للصخور والنفط والماء في التوصيف المباشر للخصائص البتروفيزيائية للصخور. على الرغم من أن هناك العديد من الدراسات التي حاولت التحقيق في تأثير التغيرات في قابلية البلل على القياسات العازلة الكهربائية، لا توجد معادلة مباشرة مخصصة لتقييم مؤشر قابلية البلل باستخدام القياسات العازلة الكهربائية. نطاق هذا البحث هو التحقيق عن كثب في استجابة القياسات العازلة للتغيرات في قابلية البلل في الصخور الرملية والجيرية وتطوير معادلة تجريبية لتقييم مؤشر قابلية البلل باستخدام القياسات العازلة الكهربائية. تم استخدام زوج من عينات الحجر الرملي والحجر الجيري (رئيسية وشقيقة) في الدراسة. تم اتباع إجراء دقيق لتغيير قابلية البلل للعينة الشقيقة دون المساس بهيكل المسام. تم استخدام مؤشرات قابلية البلل (مؤشر مكتب التعدين بالولايات المتحدة الأمريكية ومؤشر قابلية البلل بالرنين المغناطيسي) لمطابقة المعادلة التي تم تطويرها. بشكل متفرد في دراستنا، تمت مقارنة قياسات العازل لنفس العينات قبل وبعد تغيير قابلية البلل عند درجات تشبع كامل بالماء. أظهرت نتائج الجزء التخيلي للعدد المركب الخاص بثابت العازل الكهربائية والتوصيل الكهربائي عند 10 ميغاهيرتز علاقة خطية متناسبة مع الفرق في مؤشر قابلية البلل المستنتج بطريقة مكتب التعدين بالولايات المتحدة الأمريكية بمعامل تحديد 0.96. علاوة على ذلك، تمت مقارنة قياسات العازل الكهربائي للعينات الرئيسية بالقياسات الخاصة بالعينة المعالجة في نقاط نهاية تشبع المياه المختلفة. لوحظت علاقة خطية بين مؤشر قابلية البلل لكل عينة والانخفاض في الجزء التخيلي للعدد المركب الخاص بثابت العازل الكهربائية والتوصيل الكهربائي عند 10 ميغاهرتز عندما ينتقل التشبع المائي من 100% إلى قيمة التشبع المائي غير القابل للاستخراج مع معامل تحديد قدره 0.87 للجزء التخيلي الخاص بثابت العازل الكهربائية و0.92 لقيم التوصيل الكهربائي. بناءً على هذه العلاقة الخطية الأخيرة وباستخدام قيمة العزل الكهربائي للماء والزيت وباستخدام قيم تشبع المياه العظمى والصغرى تم بناء المعادلة التجريبية لقياس مؤشر قابلية البلل والتي استطاعت التنبؤ بمؤشر مكتب التعدين بالولايات المتحدة الأمريكية لست عينات بمعامل تحديد قدره 0.97 وخطأ معياري قدره 0.0760. بشكل عام، توفر الدراسة تحقيقا شاملا لاستجابة قياسات العازل الكهربائي لحالات قابلية البلل المختلفة عند قيم تشبع مائي مختلفة والتي تم استخدامها فيما بعد لتطوير علاقة تجريبية لحساب مؤشر قابلية البلل باستخدام العازل الكهربائي. يمهد هذا البحث الطريق لتوسيع قياسات العازل إلى التطبيقات البتروفيزيائية الأخرى واستخدامها لبناء نماذج تجريبية أخرى تصف التفاعلات بين السوائل والصخور وبين السوائل المختلفة التي تملأ مسامات تلك الصخور.

English Abstract

Wettability is a crucial parameter which governs several petrophysical attributes of oil and gas bearing rocks. However, the traditional methods to measure the wettability are restricted to lab techniques which makes that measurement expensive and time-consuming. Therefore, the trend now is to utilize the downhole logging tools to acquire this measurement while drilling without the need to extract any core samples. The NMR and dielectric logging are frequency-based measurements which are sensitive to wettability conditions. The distinctively high value of water’s dielectric constant compared to oil and rocks helps in the direct petrophysical characterization of rocks. The scope of this research is to investigate closely the response of the dielectric measurements to the wettability changes in sandstone and carbonate rocks and to develop an empirical correlation to evaluate the wettability index using dielectric. A pair of standard sandstone and limestone samples (master and sister) were used in the study. A delicate procedure was followed to alter the wettability of the sister sample without compromising the pore structure. The USBM and NMR wettability indexes will be used for benchmarking the developed dielectric wettability index. The dielectric response showed a good correlation with the wettability condition of the samples. Uniquely in our study, the dielectric measurements were compared for the same samples before and after wettability alteration at S_w=1. The imaginary permittivity and conductivity results at 10 MHz showed an linear relationship with the difference in the USBM wettability index with a coefficient of determination (R^2) of 0.9619. Furthermore, the dielectric measurements for the master samples were compared against the measurements for the treated sample at different water saturation endpoints, S_w=1, S_wirr1, S_or, and S_wirr2. A linear relationship was observed between the wettability index of each sample and the drop in its imaginary permittivity and conductivity at 10 MHz as its saturation moved from S_w=1 to S_wirr1 with an (R^2) of 0.87 for the imaginary and 0.92 for the conductivity. Based on the later linear relationship between the imaginary permittivity and by incorporating other parameters that are sensitive to dielectric measurements and wettability conditions, the dielectric wettability index correlation was developed. The developed correlation was able to predict the USBM wettability index of 6 samples with R^2 of 0.97 and RMSE of 0.076. Overall, the study provides a thorough investigation of the dielectric response to the wettability conditions at different saturations which was then utilized to develop an empirical correlation to calculate wettability index using dielectric. This research paves the road for extending the dielectric measurements to other petrophysical applications and utilizing them to build other empirical models that describe the fluid-rock and fluid-fluid interactions.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Petroleum > Reservoir Characterization Petroleum > Well Logging Petroleum > Rock and Fluid Properties
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Mahmoud, Mohamed
Committee Co-Advisor:	ElHusseiny, Ammar
Committee Members:	Alarifi, Sulaiman and Attia, Hussein and Yaseri, Ahmed
Depositing User:	ALI OSHAISH (g202101670)
Date Deposited:	04 Jan 2024 07:52
Last Modified:	04 Jan 2024 07:52
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142731