DRAG REDUCTION OF EMULSIFIED ACID SYSTEM IN PIPES. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Ph.D Dissertation) PhD. Dissertation_Final draft_05.01.2024-Full draft.pdf Restricted to Repository staff only until 5 January 2025. Download (4MB)

Arabic Abstract

في صناعة النفط يتم تحفيز الآبار لتحسين وتعزيز إنتاجية آبار النفط والغاز. تتم عملية تحفيز الآبار بإحدى طريقتين مختلفتين وهما عن طريق تحميض الطبقة أو عن طريق التكسير الهيدروليكي. تستخدم عملية تحميض الطبقة على نطاق واسع في صناعة النفط والغاز لإطالة عمر آبار النفط والغاز وتعزيز معدلات الإنتاج عن طريق إزالة الرواسب وإنشاء قنوات أو ثقوب دودية في الصخور. تستلزم عملية التحميض حقن الحمض في حفرة البئر للتخفيف من أضرار الطبقة. ومع ذلك فإن سوائل التحميض التقليدية التي تستخدم لتحفيز خزانات الكربونات، لها بعض القيود بما في ذلك قوة الحمض العالية والتفاعل السريع مع الرواسب والشوائب دقيقة الحجم والقريبة من حفرة البئر.بالإ ضافة إلى ذلك من المرجح ان هذه السوائل تسبب تآكلا في الأنابيب والغلاف ومعدات قاع البئر عند درجات الحرارة المرتفعة. للتغلب على القيود للأحماض التقليدية، تم تطوير أنظمة الأحماض المستحلبة (EAS) حيث يوفر نظام الحمض المستحلب (EAS) معدلات تفاعل منخفضة أو متأخرة للحمض بسبب الطور الخارجي للزيت، وهذا يساعد على تكوين ثقوب (EAS) دودية أعمق وأضيق في الطبقة. ومع ذلك، لاتزال هناك بعض العيوب لاستخدام أنظمة الأحماض المستحلبة (EAS) ، مثل انخفاض الاستقرار عند درجات الحرارة المرتفعة وكذلك اللزوجة العالية التي تقيد معدل الضخ بسبب الاحتكاك، واحتمال تضرر الطبقة وصعوبة تحقيق خلط متجانس على الحقل. تمنع أنظمة الأحماض المستحلبة (EAS) شائعة الاستخدام الحقن أو الضخ بمعدلات تدفق أعلى من 20 برميل في الدقيقة وتحد من عمق الاختراق في الطبقة أو الأنظمة المكسورة. تاريخيا، لا يوجد حل بسيط لهذه المشكلة، حيث تتم المعالجة فقط بتصميم الحمض المستحلب ووضعه بالسرعة والعمق الذي يسمح به الاحتكاك. ولذلك، فإن تقليل الاحتكاك أو السحب لأنظمة الأحماض المستحلبة من شأنه أن يسمح بمعدلات ضخ أعلى. يهدف نظام الحمض المستحلب (EAS) إلى أن يكون مستقرا حراريا وقويا من حيث إجراءات الخطل الحقلي. لذا فإن الهدف من هذه الدراسة هو تطوير نظام حمض مستحلب مثبط هندسيا ذو لزوجة منخفضة من خلال تطوير خلطات حمض الهيدروليك المستحلب الفعالة التي يمكن تسليمها في الحقل دون تكبد خسائر احتكاك عالية تقيد تطبيقها. تم استخدام تقنيتين مختلفتين لتحقيق الهدف من هذه الدراسة. التقنية الأولى عن طريق إضافة المواد النانوية دقيقة الحجم (NM) وهي عبارة عن نقاط نانو كربونية دقيقة الحجم ((CNDs إلى الصيغة التجارية من نظام الحمض المستحلب (EAS). أما التقنية الثانية هي عن طريق تطوير نظام حلب مستحلب جديد (Pickering EAS) باستخدام الطين العضوي (OC) كمستحلب. أظهرت النتائج أن إضافة النقاط النانو كربونية (CNDs) إلى تركيبة نظام الحمض المستحلب التجارية (EAS) يقلل من اللزوجة وكذلك السحب في الأنابيب دون التأثير على خواص الموصلية والثبات الحراري . ولذلك تعمل النقاط النانو كربونية (CNDs)كمخفضات لزوجة وكذلك كعوامل تقليل السحب (DRAs)لنظام الحمض المستحلب (EAS). كما أظهرت النتائج أيضا ان (Pickering EAS) لديه سحب أقل مقارنه ب نظام الحمض المستحلب العادي (مع الفاعل السطحي كمستحلب) حتى بعد إضافة النقاط النانو كربونية كعوامل تقليل السحب لنظام الحمض المستحلب العادي (EAS).

English Abstract

In the petroleum industry, well stimulation is required to enhance the productivity of oil and gas wells. Well stimulation can be done by one of two different methods, matrix acidizing, and hydraulic fracturing. The matrix acidizing process is widely used in the oil and gas industry to prolong the life of oil and gas wells and enhance production rates by removing the scales and creating channels or wormholes in the rock. The acidizing process entails the injection of acid into the wellbore to mitigate formation damage. However, conventional acidizing fluids, that are used to stimulate the carbonate reservoirs, have some limitations including high acid strength and quick reaction with scale and fines nearby to the wellbore. In addition, at elevated temperatures, they are more likely to cause corrosion in the tubing, casing, and downhole equipment. Emulsified acid systems (EAS) have been developed to overcome the conventional acid system's limitations. EAS provides reduced or retarded reaction rates of acid due to the oil's external phase, and this helps for deeper and narrower wormholes into the formation. Nevertheless, there are several drawbacks to using emulsified acids, such as low stability at high temperatures, high viscosity that restricts the pumping rate due to frictional losses, the potential for formation damage, and the difficulty of achieving homogeneous field-scale mixing. The commonly used EAS prevents injection or pumping at flow rates above 20 bpm and limits the penetration depth in the matrix or fractured systems. Historically there is no simple solution to this problem, emulsified acid treatment designs only aim at placing the acid as fast, and deep as the friction allows it. Therefore, having lower friction characteristics would allow for higher pumping rates. The EAS is intended to be thermally stable and robust in terms of field mixing procedures. So, the objective of this study is to implement an engineered retarded acid system with low viscosity by developing effective emulsified HCl acid blends that can be delivered in the field without incurring high frictional losses, which limit their applicability. Two different techniques were utilized to achieve the objective of this study. The first one is by adding nanomaterials (NM), which are carbon nanodots (CNDs) to the commercial formulation of EAS. The second method is to develop a new Pickering EAS utilizing organoclay (OC) as an emulsifier. The results showed that adding CNDs to the commercial EAS formulation reduces the viscosity as well as drag in pipes without affecting the conductivity and thermal stability. So the CNDs works as viscosity reducers and drag-reducing agents (DRAs) for the EAS. Results also showed that Pickering EAS has lower drag compared to the normal EAS (with surfactant as emulsifier) even after adding the CNDs as DRA for the normal EAS.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemical Engineering Mechanical Petroleum Petroleum > Fluid Separation and Processing
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Gajbhiye, Rahul
Committee Co-Advisor:	Patil, Shirish
Committee Members:	Sultan, Abdullah and Solling, Theis and Alsarkhi, Abdelsalam
Depositing User:	ALA AL-DOGAIL (g201404240)
Date Deposited:	07 Jan 2024 08:25
Last Modified:	07 Jan 2024 08:25
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142744