LINKING GEOLOGICAL AND PETROPHYSICAL DATA IN THE MIDDLE DHRUMA FORMATION (JURASSIC), CENTRAL SAUDI ARABIA

LINKING GEOLOGICAL AND PETROPHYSICAL DATA IN THE MIDDLE DHRUMA FORMATION (JURASSIC), CENTRAL SAUDI ARABIA. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
stamp-approved- 1._THESIS_Ahmad-AlZoukani (1).pdf
Restricted to Repository staff only until 3 May 2021.

Download (11MB)

Arabic Abstract

توجد مكاشف سطحية لمتكون ضرما الذي ينتمي إلى العصر الجوراسي في وسط المملكة العربية السعودية على بعد 50كم غرب مدينة الرياض. يُقسم الجزء الأوسط منه إلى وحدتين غير رسميتين هما D5و .D6تتكون الوحدتان بشكل أساسي من صخور كربونية جيرية وكذلك من صخورالطين السيليكاتية الفتاتية في أجزاء أخرى. هذه الدراسة تدمج الطرق الجيولوجية والبتروفيزيائية لتحديد خصائص مكتون ضرما الأوسط. تشمل الطرق الجيولوجية الدراسة والعمل الحقليين، البتروغرافيا (وصف الصخور تحت المجهر،) الخصائص الترسيبية، حيود الأشعة السينية، مجهر المسح الإلكتروني. بينما تشمل الطرق البتروفيزيائية المسامية والنفاذية الصخرية إضافة إلى خاصية الضغط ال َّ شعري، توزيع حجوم الأعناق المسامية، والمقاومة الكهربائية. أظهرت هذه الدراسة وجود ( )15خمس عشرة سحنة صخرية ترسبت على رصيف قاري داخلي ضمن منحدر كربوني ضعيف الانحدار. لقد تم التوصل إلى أ ّ ن السحنات الصخرية ترسبت على المنحدر الترسيبي الكربوني ضعيف الانحدار في بحيرات ضحلة وعميقة وكذلك على ضفاف حواجز البحيرات وأعالي الحواجز الفاصلة عن المنطقة البحرية المنفتحة. تعتبر السحنات المترسبة في البحيرات الضحلة والعميقة هي السائدة. هذه السحنات الصخرية تشتمل على أنواع أهمها: السحنة الطينية المحفورة وهي الأكثر انتشاراً من بين جميع السحنات، السحنة الواكية الهيكلية المحتوية على البيلويد، سحنة الباكستون البيلويدية الهيكلية، سحنة الباكستون ذات الحبيبات السائدة، السحنة الحبيبية البيلويدية ذات التداخل الطيني، سحنة الواكي البيلويدية الهيكلية، وسحنة الحبيبات العائمة. من ناحية أخرى فالبيئات الترسيبية على ضفاف حواجز البحيرات شملت: سحنة الباكستون ذات الفورامينيفرا المحتوية على قنفذ البحر والمتداخلة طينياً. أما بيئة أعالي الحواجز البحرية فتشمل السحنات الحبيبية عموماً. تزامن ترسيب هذه السحنات في تلك البيئات الترسيبية مع وجود عوامل مرافقة للسحنات تعكس قوة الطاقة الترسيبية وهي ثلاث عوامل: ضعيفة الطاقة، متوسطة الطاقة، وعالية الطاقة الترسيبية. عمليات النشأة المتأخرة للوحدتين D5و D6والتي بدورها أثرت على جودة المتكون من حيث المسامية والنفاذية. البتروغرافيا (الوصف المجهري للشرائح الصخرية) أظهرت وجود أنوع مختلفة من المسامات الصخرية أبرزها: البينية، داخلية الحبيبات، القالبية، والكسرية. بالرغم من وجود هذه الأنواع المختلفة من المسامات فإن العمليات الأخرى للنشأة المتأخرة مثل السمنتة و التبلور الدقيق لكربونات الكالسيوم أدى لطمس كامل للمسامات البينية وداخلية الحبيبات والقالبية. هذا بدوره أدى لتقليل المسامية والنفاذية بشكل كبير وكان تأثيره الأكبر على النفاذية التي تعتمد بشكل أساسي على الأعناق المسامية. هذا أيضا انعكس على خاصية الضغط الشعري للصخور والمقاومة الكهربائية. تراوحت المسامية للوحدتين المدروستين بين % 2و % 19بينما تراوحت النفاذية بين 0.001 mdو .1.3 md تبين من خلال هذه الدراسة أن النسيج الترسيبي للسحنات الصخرية كان له أثراً كبيراً على علاقة المسامية بالنفاذية. هذه العلاقة سمحت بتصنيف السحنات الصخرية بنا ً ء على مكونها النسيجي والذي يرتبط أساساً بتصنيف دنهام لأنسجة الصخور الكربونية. هذه التصنيفات للعينات قيد الدراسة كانت كالتالي: النسيج الحبيبي (الصخور ذات المكون الحبيبي)، النسج المختلط (يحتوي على المكون الحبيبي والطيني معاً)، وأخيراً النسيج الطيني (يحتوي بشكل رئيسي على المحتوى الطيني ويكون خالي أو قليل الحبيبات). تبين عموما خلال هذه الدراسة أ ّ ن الأنسجة الحبيبية (ذات النسيج الحبيبي) لها نفاذية أعلى من باقي الأنسجة عند نفس المسامية يليها الأنسجة المختلطة وأقلها الأنسجة الطينية. كذلك أظهرت النتائج أن المقاومة الكهربائية وعامل السمنتة المرتبط بها تزداد بشكل عام بزيادة النسيج الحبيبي في السحنات الصخرية حيث سجلت سحنات النسيج الحبيبي مقاومة كهربائية أعلى من غيرها تلاها النسيج المختلط وأخيراً النسيج الطيني. بشكل عام فإ ّن السحنات ذات النسيج الحبيبي والمختلط أظهرت ضغط شعيري أقل لدخول المسامات الصخرية مقارنة بالسحنات ذات النسيج الطيني. كذلك فإن نتائج الضغط الزئبقي أظهرت تنوعاً في أنماط توزيع أحجام الأعناق المسامية ما بين أحادي، ثنائي، وثلاثي النمط. لقد اتضح خلال هذه الدراسة أ ّن وجود البلورات الدقيقة لكربونات الكالسيوم الطبيعية والمتبلورة في الوحدتين المدروستين له الأثر الأكبر على الخصائص البتروفيزيائية لهما. فقد بينت نتائج التحليل الزئبقي أن النفاذية فيهما قليلة جداً بما يكفي تصنيفهما بالخزانات غير التقليدية يبلغ حجم الأعناق المسامية أقل من ) (5مايكروميتر. بالإضافة إلى ذلك فإن المسامية الصخرية للوحدتين كانت بشكل رئيسي بين حبيبات كربونات الكالسيوم الدقيقة وكذلك داخل المادة اللاحمة للحبيبات كما أظهرت صور الماسح الإلكتروني. لقد تبيّن من ربط تصنيف الصخور المعتمد على نوع أ ا مع النتائج المستقاة من التحليل الزئبقي وجود ) (14نوعاً من صخور الخزانات والتي تتميز بوجود ضعط شعيري وأحجام أعناق مسامية متماثلة تميزها عن غيرها من باقي الأنواع. إضافة إلى ذلك فإ ّ ن كل نوع صخري يتميز بمسامية ونفاذية متقاربة. أخيراً، أظهرت نتائج الماسح الإلكتروني وجود ) (4وجود أربعة أنواع مختلفة من الأنسجة الدقيقة لبلورات كربونات الكالسيوم اعتماداً على هيئتها وطبيعة التصاق البلورات ببعضها البعض. هذه التنوع في الأنسجة الدقيقة اتضح أنّه يتحكم وكذلك يأثر على جودة المكمن من حيث المسامية، النفاذية، توزيع أحجام الأعناق المسامية، والمقاومة الكهربائية

English Abstract

Jurassic outcrops of the Dhruma Formation are exposed in central Saudi Arabia about 50 km west of Riyadh City. The middle member of the Formation has been divided into two informal units, designated the D5 and D6. While they are predominantly limestones, they also contain siliciclastic mudstones in many intervals. This study integrated geological and petrophysical methods to characterize the D5 and D6 units of the Middle Dhruma Formation. Geological methods include sedimentological field characterization, thin section petrography, x-ray diffractometry, and scanning electron microscopy. Petrophysical methods included porosity and permeability measurements, capillary pressure measurements, pore throat size distribution characterization, and electrical resistivity analysis including determination of the cementation exponent (m). The study of the two units identified fifteen (15) distinctive lithofacies that had been deposited on the inner shelf of a carbonate ramp. This depositional setting included shallow-to-deep restricted lagoon, back barrier, and shoal complex environments, with a majority occupying the shallow and deep lagoons environments. These lagoonal lithofacies vary among burrowed marly mudstone, peloidal skeletal wackestone, skeletal peloidal packstone, grain-dominated packstone, mud-interbedded skeletal peloidal grainstone, skeletal peloidal wackestone, and floatstone. Lithofacies of the back-barrier environment contain interbedded peloid echinoid foram packstones with mudstone. The shoal complex environment includes oolitic-coated grain grainstone, graded peloidal/skeletal oolitic grainstone, and skeletal/peloidal oolitic grainstone. The 15 lithofacies identified, are grouped into three lithofacies associations that reflect prevailing depositional energy conditions, and are summarized as low-, moderate-, and high- energy facies associations. Diagenesis of the D5 and D6 units affected their porosity and permeability characteristics, as well as their petrophysical properties. Pore types include interparticle, intraparticle, moldic, and fracture porosity. Cementation in the studied units resulted in reduction and occlusion of most of the available pores which also reduced permeability. The impact of porosity and permeability reduction is reflected in capillary pressure curves and resistivity measurements. Porosity ranges from 2 % and 19 %, while permeability ranges between 0.001 mD and 1.3 mD. Depositional texture imparted a strong, first-order effect on porosity-permeability trends. This observation led to a texture-based classification for petrophysical comparisons: grainy texture (grainstones), mixed texture (packstones and floatstones), and muddy texture (wackestones and mudstones). Samples with similar porosity values in the grainy textures have higher permeability than the mixed and muddy texture rocks. The same trend was observed for resistivity and cementation exponent (m), where grainy textures generally have the highest cementation exponents (m), followed by mixed then muddy textures. In general, grainy and mixed textures have lower entry capillary pressures compared to muddy ones. Pore throat size distribution from mercury injection capillary pressure (MICP) measurements varied between unimodal, bimodal, and trimodal peak shapes for the analyzed samples. The micritic nature of the sediments and diagenetic micritization of the D5 and D6 units seem to be the most important factors that control their petrophysical properties. MICP results revealed that (a) permeability is very low in the muddy texture samples, down to the unconventional range reflecting low pore-throat sizes (mostly below 5 microns); (b) the dominant porosity type in the studied samples is microporosity within muddy/micritic facies, and microporosity also occurs among non-touching micrite cement crystals. Combining texture-based classification with mercury-derived data resulted in identification of fourteen (14) reservoir rock types (RRT). Each rock type has its own distinctive capillary pressure and pore throat size distribution (PTSD), as well as porositypermeability range. SEM photomicrographs showed four different micrite microtextures based on their morphology and contact. They seem to influence the reservoir quality in terms of porosity and permeability, PTSD, and resistivity.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Earth Sciences
Divisions: College Of Sciences > Earth Sciences Dept
Committee Advisor: Humphrey, Dr. John
Committee Members: Al-Ramadan, Dr. Khalid and Abdullatif, Dr. Osman and Abdallah, Dr. Wael
Depositing User: AHMED AL-ZOUKANI (g201410100)
Date Deposited: 10 May 2020 15:32
Last Modified: 23 Jun 2020 11:04
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141503