Diammonium phosphate compatibility in fracturing fluids system targeting deep consolidation. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS Thesis Report-Abdullah Al Adi Final - Revised.pdf Restricted to Repository staff only until 24 December 2026. Download (2MB)

Arabic Abstract

الاسم الكامل: عبدالله كمال ال عادي عنوان الرسالة: توافق فوسفات ثنائي الأمونيوم في سوائل التكسير الهيدروليكي لاستهداف التدعيم العميق التخصص: هندسة البترول تاريخ الدرجة العلمية: ديسمبر 2025 تتعلق هذه الرسالة بدراسة توافق وفعالية المادة الكيميائية وهي فوسفات ثنائي الأمونيوم لتقوية الصخور الكربونية وتحسين خصائصها الميكانيكية ضمن عمليات التكسير الحمضي والهيدروليكي المستخدمة لزيادة إنتاجية الآبار. تعد مشكلة ضعف الصخور الكربونية، مثل الحجر الجيري والطباشير، من أبرز التحديات التي تؤدي إلى انغلاق الشقوق وفقدان الموصلية المائية نتيجة انغراز الدعائم وتشوه المصفوفة الصخرية. تتميز مادة فوسفات ثنائي الأمونيوم بقرتها على التفاعل مع الكالسايت (كالسيوم كاربونيت) لتكوين مركب هيدروكسي أبتايت المستقر, مما يؤدي إلى زيادة صلابة الصخر ومعامل يونغ وتقليل قابليته للتشوه. ويسهم هذا التفاعل في تحسين استقرار الشقوق والمحافظة على عرضها وموصليتها لفترات أطول، الأمر الذي يحد من الحاجة إلى عمليات إعادة التكسير المكلفة. ظهرت الاختبارات أن فوسفات ثنائي الأمونيوم م تسبب انسداد قنوات الذوبان الناتجة عن التكسير الحمضي، بل حافظت على تدفق السوائل، كما تم تسجيل استرجاع للنفاذية بنسبة 49% في العينات التي تحتوي على قنوات جزئية، مما يدل على تدعيم فعال للصخور مع الحفاظ على التوصيلية. أشارت النتائج إلى أن درجة الحرارة والأس الهيدروجيني وتركيز المادة من أهم العوامل المؤثرة على كفاءة المعالجة. إذ تزداد فعالية التحول إلى هيدروكسي أبتايت بارتفاع درجة الحرارة، لكن تجاوز القيم المثلى يؤدي إلى تفاعلات جانبية تقلل من الكفاءة. لصت الدراسة إلى أن استخدام فوسفات ثنائي الأمونيوم يمثل حلاً واعدًا ومستدامًا لتحسين الخواص الميكانيكية للصخور الكربونية والحفاظ على موصلية الشقوق في عمليات التكسير الهيدروليكي، مما يسهم في رفع كفاءة الإنتاج وتقليل تكاليف الصيانة وإعادة التحفيز.

English Abstract

ABSTRACT Full Name : [Abdullah Kamal Al Adi] Thesis Title : [Diammonium Phosphate Compatibility In Fracturing Fluids System Targeting Deep Consolidation] Major Field : [Petroleum Engineering] Date of Degree : [December 2025] Hydraulic and acid fracturing are conventional stimulation techniques used to enhance oil recovery in low to tight-permeability formations. However, these formations often experience reservoir rock integrity loss and wellbore instability after treatment. To address this issue, diammonium hydrogen phosphate (DAP) has been investigated as a potential solution. When DAP reacts with carbonate rocks, specifically calcium carbonate, it forms hydroxyapatite (HAP) through the following reaction: 10CaCO3 + 6(NH4)2HPO4 + 2H2O−→ Ca10(PO4)6(OH)2 + 6(NH4)2CO3 + 4H2CO3 This reaction increases the stiffness of the rock, thereby improving fracture stability and potentially mitigating wellbore instability. It is particularly important for soft carbonate formations (e.g., chalk), which are generally unstable and can deform or fracture and collapse under stress. The HAP formation helps to consolidate the rock matrix, thus minimizing proppant embedment, fracture conductivity loss, minimizing fracturing operation time, and improving proppant distribution. The present work utilizes DAP to investigate its chemical kinetic effectiveness and compatibility as a consolidating agent in fracturing treatments, particularly carbonate reservoirs, to assess DAP's impact on fracture face permeability, stiffness, and gel system compatibility. Laboratory tests were conducted on carbonate core samples, where the full penetrating and partial wormholes were created through acid treatment, followed by the DAP treatment to assess the changes in the fracture face permeability. The DAP compatibility with the reservoir and fracturing fluids additives was also broadly examined. In addition, several tests were performed to study the DAP’s kinetics regarding the pH and temperature effects on enhancing DAP effectiveness as a consolidating agent. This research proposes further work on the evaluation of DAP as a hardening agent for rock in fracturing fluids, ultimately to advance long-term performance in hydraulically fractured wells. The focus of this research will include: (1) the kinetics of DAP consolidation in carbonates formations and its effects on the rock properties; (2) testing DAP effects on rock face permeability after creating full and partial wormholes; (3) testing the compatibility of DAP with the common fracturing fluid additives and gel systems; and (4) evaluating the ability of DAP to enhance propped fracture conductivity. The outcomes of these investigations will continue the process of finding more efficient and sustainable fracturing fluids that can enhance the sustainability and productivity of hydraulically fractured wells.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research Research > Petroleum Petroleum
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Al-Jawad, Murtada
Committee Members:	Alarifi, Sulaiman and Al-Taq, Ali
Depositing User:	ABDULLAH AL ADI (g201015800)
Date Deposited:	25 Dec 2025 08:24
Last Modified:	25 Dec 2025 08:24
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143880