Sustaining Hydraulic Conductivity in Soft/Acid Damaged Carbonate Fractures: Chemical Treatment for Enhanced Performance. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF
Sustaining Hydraulic Conductivity in SoftAcid Damaged Carbonate Fractures Chemical Treatment for Enhanced Performance.pdf Download (3MB) | Preview |
Arabic Abstract
تعتمد نجاح عمليات كسر صخور الكربونات بالماء المضغوط والأحماض بشكل كبير على الخواص الميكانيكية للصخور بعد المعالجة. ولهذا ، الحفاظ على سلامة الصخور أمر حاسم للحفاظ على قدرة التوصيل في الشقوق التي تكونت تحت الإجهاد. ومع ذلك ، يمكن أن تؤدي التكوينات الضعيفة أو التآكل الحمضي الزائد إلى انخفاض كبير في الإنتاجية بسبب فشل وانزلاق الصخور. لمعالجة هذه المشكلة ، يتم استكشاف المواد المقوية لتعزيز قوة الصخور والحفاظ على الضغوط العالية ، وبالتالي الحفاظ على قدرة التوصيل في الشقوق. أظهرت الدراسات السابقة قدرة تغيير الخواص الميكانيكية للصخور الكربونات باستخدام المواد المقوية مثل فوسفات ثنائي الأمونيوم. في سياق كسر الصخور بالأحماض ، فإن اعتماد مفهوم تقوية الصخور ضروري للحفاظ على قدرة التوصيل في الشقوق ، والتي تتأثر مباشرة بصلابة الصخور . لذلك ، تم تطوير تجارب منهجية للتحقيق من فعالية المواد المقوية في تغيير الخواص الميكانيكية لصخور الكربونات لتطبيقات كسر الصخور بالأحماض. تم قياس صلابة عينات الصخور باستخدام تقنية الصدمة غير المدمرة بواسطة المطرقة النبضية ، في حين تم حقن الحمض وقياس قدرة التوصيل الهيدروليكي / الحمضي باستخدام خلية التوصيل المعتمدة من معهد البترول الأمريكي . وعلاوة علي ذلك تم استخدام تقنيات تحليلية مختلفة ، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح وتفاوت الأشعة السينية وتفاوت الأشعة السينية التفاعلية والمجهر الإلكتروني ذو الانتشار الطاقوي ، لتحليل العينات المعالجة واكتساب رؤى حول التغيرات المصاحبة. تم إجراء تحليلات إحصائية لتقييم أهمية تأثير التقوية ، وتم تغيير معاملات الضغط ودرجة الحرارة والوقت بشكل نظامي لفهم تأثيرها على النتائج العامة . أظهرت النتائج أن محلول الفوسفات ثنائي الأمونيوم بتركيز ١ مولار له القدرة على تعزيز صلابة العينات اللينة والتالفة من الحمض بفعالية كبيرة من خلال تشكل هيدروكسياباتيت . نتيجة لذلك ، أظهرت قدرة التوصيل الهيدروليكي المُقواة في الحالة السليمة والمعالجة بالأحماض تحسنًا كبيرًا ، مع زيادة بنسبة مضاعفة على الأقل في الأداء القصير الأجل والطويل الأجل في الحجر الجيري إنديانا ، وحتى زيادة تصل إلى ثمانية أضعاف في الحجر طباشيري أوستن. علاوة على ذلك ، تم تحديد درجة الحرارة بأنها العامل الأكثر أهمية يؤثر على تفاعل محلول الفوسفات ثنائي الأمونيوم مع الكالسيت في العينات الكربونات المختبرية المختبرة ، مما يجعلها حلاً عمليًا لظروف الخزان. تعد هذه النتائج واعدة في مواجهة تحدي شائع في صناعة البترول والحد من تأثيره
English Abstract
The successful implementation of hydraulic/acid fracture operations in carbonate formations heavily relies on the mechanical properties of the rock post-treatment. Preserving the integrity of the rock is crucial for maintaining conductivity in the created fractures under stress. However, weak formations or excessive acid etching can lead to significant declines in productivity due to rock failure and creep. To address this issue, strengthening chemicals are being explored to enhance rock strength and sustain high stresses, thereby preserving fracture conductivity. Previous studies have demonstrated the ability to alter the mechanical properties of carbonate rocks using strengthening chemicals such as diammonium phosphate (DAP). In the context of acid fracturing, adopting the concept of rock strengthening is vital for sustaining fracture conductivity, which is directly influenced by the stiffness of the rock. Therefore, a systematic experimental methodology was developed to investigate the efficacy of the DAP-strengthening chemical in altering the mechanical properties of carbonate rocks for acid fracturing applications. The stiffness of the rock samples was measured using the non-destructive impulse hammering technique, while acid etching and hydraulic/acid fracture conductivity were evaluated using the API conductivity cell. Various analytical techniques, including Scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), and energy dispersive microscopy (EDS), were employed to analyze the treated samples and gain insights into the accompanying changes. Statistical analyses were performed to assess the significance of the strengthening effect, and the parameters of pressure, temperature, and time were systematically varied to understand their influence on the overall outcomes. The results revealed that 1M DAP solution has the potential to significantly enhance the stiffness of the soft and acid-damaged samples by the formation of hydroxyapatite (HAP). As a result, the hydraulic conductivity in both DAP-stiffened intact and DAP-stiffened acidized fractures showed significant improvement, with at least a twofold increase in the short-term and long-term performance in Indiana limestone and even up to eightfold enhancement in Austin Chalk. Furthermore, temperature was identified as the most critical parameter influencing the DAP reaction with calcite in the tested carbonate samples, making it a practical solution for reservoir conditions. These findings promise to address a common challenge in the petroleum industry and mitigate its impact.
| Item Type: | Thesis (PhD) |
|---|---|
| Subjects: | Research Research > Petroleum Research > Engineering Petroleum Petroleum > Well Performance and Optimization Petroleum > Well Completion and Stimulation |
| Department: | College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering |
| Committee Advisor: | Al-Jawad, Murtada |
| Committee Members: | Solling, Theis and Al Shehri, Dhafer and Abdulraheem, Abdulazeez |
| Depositing User: | MAHMOUD DESOUKY (g201706310) |
| Date Deposited: | 04 Mar 2024 12:47 |
| Last Modified: | 04 Mar 2024 12:47 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142820 |