Evaluating Factors Controlling Sonic Velocity in Carbonate Factories

Evaluating Factors Controlling Sonic Velocity in Carbonate Factories. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Moaz Salih-PhD_Dissertation-DGS.pdf - Updated Version
Restricted to Repository staff only until 31 July 2023.

Download (11MB)

Arabic Abstract

الصخور الجيرية تحتوي إحدى اهم مصادر الطاقة )النفط والغاز( بحوالي نصف مخزون العالم. بالتالي دراسة هذه الصخور يُعتبر من أهم الضروريات لاستكشاف وتطوير صناعة النفط والغاز. تُعتبر طريقة المسح الزلزالي وطريقة المسح الصوتي للآبار من أهم الطرق المستخدمة في استكشاف وتطوير النفط والغاز وبالتالي فمن المهم دراسة العوامل المؤثرة على نتائج هذه الطرق. في هذه الدراسة تم جمع 206 عينة من الصخور الجيرية من مختلف مناطق المملكة العربية السعودية؛ والتي تمثل تكوينات جيرية مختلفة وحقب زمنية متفاوتة. تمت دراسة العينات بالطرق المعملية والتي تشمل: المجهر الضوئي، المجهر الإلكتروني الماسح، حيود الأشعة السينية، تقنية الأشعة المقطعية، قياس المسامية، النفاذية، وسرعة الموجات الصوتية على مستويات ضغط متفاوتة. العينات المدروسة تمثل مجال واسع من المسامية ) 1 - 45 %(، النفاذية )> 0.1 – 2000 ميللي دارسي(. تتراوح سرعة الموجات الصوتية الانضغاطية من 3 – 6.7 كلم/ثانية، بينما تتراوح سرعة الموجات الصوتية القصية من 1.6 – 3.7 كلم/ثانية. توضح النتائج ان المسامية هي العامل الرئيسي المؤثر على الموجات الصوتية مع وجود علاقة عكسية بينهما. بالإضافة للمسامية هناك عوامل أُخرى تؤثر على سرعة الموجات الصوتية وتتضمن: نوع المسامات، النسيج وبدرجة أقل المحتوى المعدني، حجم الحبيبات والنفاذية. العينات التي تحتوي على مسامات قالبيه وكهفيه تتميز بسرعات اعلى من العينات التي تحتوي على مسامات بين حبيبية ومسامات مجهرية. وجود معادن الكوارتز والطين تُقلل من سرعة الموجات الصوتية. التخريب الحيوي يُؤثر بصورة غير مباشرة على سرعة الموجات الصوتية، حيث أن العينات التي تحتوي على حفر ممتلئة بحبيبات كبيرة لها سرعات اقل من العينات التي تحتوي على حفر ممتلئة بحبيبات صغيرة. نسيج الدولومايت أيضا يلعب دورا مهما في التأثير على سرعة الموجات الصوتية، حيث ان الدولومايت احافظ للنسيج الأصلي له سرعات اعلى من الدولومايت الغير حافظ للنسيج الأصلي. نتائج هذه الدراسة قد توضَ ح الاختلافات بين الصخور الجيرية المختلفة والتي قد تساعد في تفسير الموجات الزلزالية وعمليات المسح الصوتي للصخور الجيرية.

English Abstract

Carbonate rocks are important hydrocarbon reservoirs with about half of the world’s oil and gas reserves hosted in carbonates. Accordingly, characterization of carbonates is crucial for hydrocarbon exploration and development stages. Seismic and sonic log are among the most important tools for exploration and development of subsurface resources. Understanding the main controlling factors on sonic velocity in carbonates is vital. In this study, 209 samples were collected from different carbonate formations (different factories and different stratigraphic intervals) within Saudi Arabia, to examine the main controlling factors on sonic velocity within limestones and dolostones. These formations include: (i) the Devonian the Jauf Formation, (ii) the Permian-Triassic Khuff Formation, (iii) the Upper Jurassic Hanifa Formation, (iv) the Upper Jurassic Jubaila formation, (v) the Eocene Rus Formation, and (vi) the Miocene Dam Formation. Samples were analyzed using different techniques including: thin-section petrography, SEM, XRD, CT-Scan, porosity and permeability measurement, and sonic velocity measurements under confining pressure. The studied samples show a wide range of porosities (1 - 45%), and permeabilities (< 0.01mD – 2000 mD). Compressional (VP) and shear wave (VS) velocities range from 3.0 - 6.7 km/s, and 1.6 – 3.7 km/s. Results revealed that porosity is the main controlling factor on sonic velocity, with an inverse relation. However, other parameters contribute to the deviation from the porosity-velocity trendline. These include: pore types, texture, and to a lesser extent, mineralogy, particle size, and permeability. Samples characterized by moldic and vuggy pores show relatively higher velocities than samples with interparticle (intergranular and intercrystalline) pores and microporosity. The presence of quartz and clay minerals slightly reduces the velocity of limestones and dolostones. Bioturbation has an indirect relation with velocity, with samples marked by coarse-filled burrows having lower velocities than samples with fine-filled burrows. Dolomite texture and fabric also play an important role in controlling velocity, with fabric-preserved dolostones having, relatively higher velocities than non-fabric preserved dolostones. Using the equivalent pore aspect ratio (EPAR), a clear distinction between different pore types can observed, where most of the moldic and vuggy pores have high EPAR values, while the interparticle pores and microporosity have low EPAR values. Similarly, fabric-preserved dolostones have high EPAR values compared to non-fabric preserved dolostones. The results of this study as highlighted above revealed clear trends that might help when interpreting sonic logs and seismic data of limestones and dolostones.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Earth Sciences
Petroleum
Petroleum > Reservoir Characterization
Petroleum > Rock and Fluid Properties
Department: College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor: Kaminski, Michael
Committee Members: Reijmer, Johannes and Dvorkin, Jack and Abdulraheem, Abdulazeez
Depositing User: Moaz Abdaltawab Salih
Date Deposited: 01 Aug 2022 05:00
Last Modified: 01 Aug 2022 05:00
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142182