KFUPM ePrints

EFFECT OF CO2 SEQUESTRATION ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF CARBONATE ROCKS

l EFFECT OF CO2 SEQUESTRATION ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF CARBONATE ROCKS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
Restricted to Abstract Only until 28 January 2016.

7Mb

Arabic Abstract

التخزين الجيولوجي لغاز ثاني أكسيد الكربون في التكوينات الجوفية هي الطريقة الواعدة لخفض انبعاثات الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي. يشوب فهم التأثيرات طويلة المدى لتخزين غاز ثاني أكسيد الكربون في الطبقات الكربونية للمياة الجوفية كثير من الغموض بما في ذلك التأثيرات الجيوكيميائية لغاز ثاني أكسيد الكربون على الطبقات الكربونية بالإضافة الى التأثيرات الميكانيكية والكيميائية المقترنة. غاز ثاني أكسيد الكربون يذوب في الماء مكون بيكربونات والتي بدورها تتفكك إلى حامض الكربونيك. هذا الحامض يذيب معدن الكالسيت في الصخور الكربونية. ونتيجة لذلك، فإن الخصائص الميكانيكية لطبقات المياة الجوفية تتغير من خلال هذا التفاعل. لذا فمن الضروري دراسة تأثير تخزين غاز ثاني أكسيد الكربون على سلامة طبقة معينة للحصول على تخزين آمن وفعال على المدى الطويل لغاز ثاني أكسيد الكربون في طبقات المياة الجوفية المالحة والعميقة. ركزت الأعمال السابقة في مجال تخزين غازثاني أكسيد الكربون على تأثير حقن هذا الغازعلى الخصائص البتروفيزيائية والميكانيكية للصخور ، حيث إن الحقن يحدث في فترة قصيرة، والتي لم تكن كافية لغاز ثاني أكسيد الكربون لكي يتفاعل مع طبقات المياة المالحة، وبالتالي التفاعلات الكيميائية والتي من شأنها أن تؤثر على خصائص الصخور. الهدف الرئيسي من هذا العمل هو دراسة تأثير تخزين غاز ثاني أكسيد الكربون على الخصائص الميكانيكية للصخور الكربونية لطبقات المياة الجوفية التي تعرضت للتمرغ والتنقع مع غاز ثاني أكسيد الكربون. وعلاوة على ذلك، تم دراسة تأثير مدة تخزين غاز ثاني أكسيد الكربون او تأثير مدة التفاعل مع المحلول الملحي (فترة الذوبان) على هذه الخصائص. تم تخزين غازثاني أكسيد الكربون في العينات عند ضغط 2000 رطل لكل بوصة مربعة و 100 درجة مئوية لفترات زمنية مختلفة تتراوح من أسبوعين إلى ثلاثة أشهر. ثم تم تحليل العينات لدراسة الخصائص الميكانيكية باستخدام اختبار الموجات الصوتية او المرنة ، و اختبارالضغوط غير محصورة، و اختبارقوى الشد غير المباشرة. وأظهرت النتائج أن تخزين غاز ثاني أكسيد الكربون لفترات أطول غير الخصائص الميكانيكية للصخور بشكل كبير. العينات التي تم تخزينها بغاز ثاني أكسيد الكربون لفترات أطول أظهرت قدر أكبر من التغيير في الخصائص الميكانيكية مقارنة مع تلك التي تم تخزينها بغاز ثاني أكسيد الكربون لوقت أقصر. التفاعل الجيوكيميائي بين غاز ثاني أكسيد الكربون والمحلول الملحي والصخر يعتمد على الوقت,وبالتالي فإن التغييرات في الخصائص الميكانيكية للصخور تعتمد ايضا على الوقت. الخصائص الميكانيكية لصخور الحجر الجيري للخف تأثرت بشكل كبير مقارنة بالصخور الاخرى. من خلال هذه الدراسة وجد ان صخور الحجر الجيري للإنديانا هي الافضل لتخزين غاز ثاني أكسيد الكربون.

English Abstract

Geological sequestration of carbon dioxide (CO2) in underground formations is the most promising way to decrease the greenhouse emissions into atmosphere. The understanding of long term effects of CO2 storage in carbonate aquifers is challenged by many uncertainties including geochemical effects of CO2 on carbonates and the coupled chemical–mechanical effects. The carbon dioxide dissolves in water forming bicarbonate which will dissociate to carbonic acid. This acid dissolves calcites in carbonate rocks. As a result, the mechanical properties of the aquifer changes through this interaction. It is therefore necessary to study the effect of carbon dioxide sequestration on the integrity of a given formation to get safe and effective long-term storage of CO2 sequestration in deep saline aquifers. Previous works on CO2 sequestration have focused on the impact of CO2 injection on the petrophysical and mechanical properties of formation rocks exposed to a short duration of exposure. This short period is not enough for carbon dioxide to react with formation brine and thus for the chemical reaction that will impact the properties of the rocks. The main objective of this work is to investigate the effect of CO2 storage on the mechanical properties of carbonate aquifer rocks that were exposed to soaking with CO2 for varying durations. The effect of the duration of CO2-brine contact time or solubility time on these properties was investigated. CO2 was stored in the cores at 2000 psi and 100 ºC for different time periods ranging from 14 days to 90 days. The cores were then analyzed for the mechanical properties using acoustics, unconfined compression, and indirect tensile strength testing machines. Results showed that CO2 sequestration affected the mechanical properties of the carbonate rocks as well as the cap rocks. Long time soaking of CO2 in brine allowed for the formation of enough carbonic acid to react with the cores and this greatly impacted the rock mechanical and acoustic properties. The significant impact of CO2 storage was noted on Khuff limestone and the good candidate among the carbonate rocks studied here for geological sequestration of CO2 is found to be Indiana limestone.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Petroleum > Reservoir Engineering and Management
Divisions:College Of Engineering Sciences > Petroleum Engineering Dept
Committee Advisor:Abdulraheem, Abdulazeez
Committee Co-Advisor:Mahmoud, Mohammed
Committee Members:Abdullatif, Osman
ID Code:139449
Deposited By:AL-AMERI WAHBI ABDULQADER (g201001260)
Deposited On:29 Jan 2015 11:08
Last Modified:29 Jan 2015 11:08

Repository Staff Only: item control page