APPLICATION OF CYCLIC EXOTHERMIC AND ENDOTHERMIC THERMOCHEMICAL FLUIDS FOR TIGHT RESERVOIRS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Final MS Petroleum Engineering Thesis) MS_Thesis_ 202216000.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 14 January 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

لقد أظهرت صناعة النفط والغاز تقدمًا تكنولوجيًا مستمرًا منذ نشأتها عام 1847، مع تركيز متزايد على مكامن الهيدروكربونات غير التقليدية. ونظرًا للتعقيدات المتأصلة في استخراج النفط والغاز من هذه المكامن، يواصل الباحثون استكشاف تقنيات مبتكرة تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة وصديقة للبيئة، فضلًا عن تحسين معدل استخلاص النفط المحتجز في هذه المكامن لتحقيق أفضل أداء ممكن. وفي هذا السياق، يقترح هذا البحث تقنية جديدة تعتمد على استخدام سوائل ثرموكيميائية دورية لتحفيز التكوينات غير التقليدية، مما يقلل من ضغط الانهيار (Breakdown Pressure) ويساهم في خفض تكاليف التكسير الهيدروليكي. ومن خلال تطبيق هذه السوائل بشكل متسلسل، يُهدَف إلى إحداث صدمة حرارية في الصخر، وبالتالي تغيير خصائصه الميكانيكية مع إمكانية توليد الهيدروكربونات من المحتوى العضوي الكلي (TOC). وتقوم هذه السوائل بدور مزدوج، إذ تطلق وتمتص الحرارة من مصفوفة الصخر. لتقييم فعالية هذه الطريقة، تم استخدام عينات من الصخور الطفلية (الشيل) ذات محتوى عضوي مختلف. وتهدف الدراسة إلى استقصاء كيفية تأثير تغيير تسلسل المعالجات بالسوائل الثرموكيميائية الدورية على التغير في المحتوى العضوي الكلي (TOC) والخصائص الميكانيكية وضغط الانهيار. وقد أظهرت النتائج انخفاض ضغط الانهيار بنسبة 79.28% و82.58% في عينات الشيل والكربونات الغنية بالمواد العضوية على التوالي عند استخدام المعالجة الثرموكيميائية الدورية (ماصة للحرارة – طاردة للحرارة). كما لوحظ انخفاض في معامل يونغ في جميع العينات التي خضعت للمعالجات الثرموكيميائية، إضافةً إلى تغيّرات في معامل بواسون، مما يؤكد فعالية التطبيق الثرموكيميائي. علاوة على ذلك، تم رصد انخفاض في المحتوى العضوي الكلي (TOC) بنسبة 0.94% و0.78% في العينات المذكورة، الأمر الذي يشير إلى إمكانية مساهمة هذه الطريقة في تعزيز نضوج المحتوى العضوي. ومن منظور تطبيقي ميداني، يمكن لهذه النتائج أن تحسّن كفاءة عمليات التكسير الهيدروليكي عبر خفض التكاليف المرتبطة بانخفاض ضغط الانهيار، وتعزيز فعالية استخراج الهيدروكربونات من خلال تكوين شقوق دقيقة (microfractures)، إضافةً إلى الجانب البيئي عبر الحد من تأثير الضغوط العالية أثناء عمليات التكسير الهيدروليكي.

English Abstract

The oil and gas industry has consistently demonstrated advancements in technology since its inception in 1847, putting more focus on unconventional hydrocarbon reservoirs. Given the complexity inherent in extracting oil and gas from such reservoirs, researchers continue exploring innovative technologies that are more cost-effective, environmentally friendly, and improve the recovery rate of trapped oil within these reservoirs to optimize the process. In this context, a novel technology, centered on using cyclic thermochemical fluids to stimulate unconventional formations thereby reducing breakdown pressure which has an impact on reducing cost in hydraulic fracturing is proposed in this research. By sequentially applying these fluids, the objective is to induce thermal shock within the rock, thereby altering its mechanical characteristics and potentially generate hydrocarbons from the total organic carbon content (TOC). These fluids serve a dual role, both releasing and absorbing heat from the rock matrix. To evaluate the efficacy of this method, shale core samples with various organic content are used. The study aims to investigate how varying the sequence of cyclic thermochemical fluid treatments impacts the change in TOC, mechanical properties, and breakdown pressure. Results showed that breakdown pressure was reduced by 79.28% and 82.58% in shale and organic-rich carbonate samples respectively when cyclic endothermic – exothermic thermochemical treatment method was applied, reduction in young’s modulus in all thermochemically treated samples and changes in Poisson’s ratio showcase the effectiveness of thermochemical application. Additionally, TOC reduction by 0.94% and 0.78% in the respective samples was noticed, which qualifies the method to have the potential of supporting TOC maturation. The findings of this research on the field scale can improve the efficiency of hydraulic fracturing operations by minimizing cost involved through reducing breakdown pressure, improve efficiency of hydrocarbon recovery through formation of microfractures, and environmental consideration through reducing impact of high pressures during hydraulic fracturing job.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Petroleum
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Talal, Al Shafloot
Committee Co-Advisor:	Arshad, Raza
Committee Members:	Mohamed, Mahmoud and Sulaiman, Alarifi and Amjed, Hassan
Depositing User:	STEWART MATOVU (g202216000)
Date Deposited:	15 Jan 2025 08:17
Last Modified:	15 Jan 2025 08:17
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143254