IMPACT OF SALINITY AND TEMPERATURE ON WORMHOLE GENERATION AND MECHANICAL PROPERTIES DUE TO CO2 SEQUESTRATION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis in Petroleum Engineering for Abdullah AlDhafeeri) Abdullah AlDhafeeri Thesis.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 18 June 2024. Download (7MB)

Arabic Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل : عبدالله شلاح الظفيري عنوان الرسالة : تأثير درجات الملوحة والحرارة على توليد الثقوب والخواص الميكانيكية الناتجة عن تخزين غاز ثاني أكسيد الكربون في باطن الأرض التخصص : هندسة البترول تاريخ الدرجة العلمية : مايو 2023 تعتبر المياه المالحة العميقة في باطن الارض خيار جيدا لتخزين غاز ثاني أكسيد الكربون لوفرة احتياطياتها و انتشارها الواسع و جودتها المادية و لارتفاع نسبة الامان بها. ينتج عن التفاعل الكيميائي بين الماء المالح و غاز ثاني أكسيد الكربون, الأسيد الكربوني و اللذي يتفاعل مع صخور طبقات الأرض ليحدث ثقوبا فيها. نتيجة لذلك تتغير الخواص الميكانيكية للصخور. الهدف من هذه الدراسة هي فهم تأثير درجة الملوحة و درجة الحرارة على احداث الثقوب الصخرية و التغيرات في الخواص الميكانيكية و البتروفيزياْية للصخور نتيجة حقنها بالأسيد الكربوني. لعمل الدراسة, تم اختيار عينات من صخور اللايم ستون بطول 3 انش و قطر 1.5 انش ذات انسيابية تتراوح بين 1 و 4 ملل دارسي و مسامية تتراوح بين 15% و 17%. تمت عملية الغمر و من ثم تمت عملية مسح للعينات لملاحظة تكون الثقوب الصخرية و التغير في تكوين مسام الصخور. لانتاج الأسيد الكربون, تم خلط 70% من المحلول الملحي مع 30% غاز ثاني أكسيد الكربون تحت ضغط 2000 رطل للانش المربع. تم حقن الاسيد الكربوني في درجات حرارة 35 و 60 و 85 سيليزية. ايضا, تم انتاج الاسيد الكربوني بدرجات ملوحة 40,000 و 120,000 و 200,000 جزء بالمليون و غمر العينات الصخرية لمعرفة تاثير الملوحة. تم قياس الخواص الميكانيكية و البتروفيزياْية قبل و بعد غمر العينات بالاكسيد الكربوني بواسطة. نتج عن جميع عمليات الغمر احداث ثقوب في العينات. نتيجة لذلك ارتفعت المسامية و الانسيابة بشكل ملحوظ في جميع العينات. توجد علاقة طردية بين الوقت اللازم لاحداث الثقوب و درجات الملوحة و الحرارة. على سبيل المثال, و بمعدل ضخ 1 ملل بالدقيقة, استغرق الاسيد الكربوني 5.5 ساعة لاحداث الثقب في درجة حرارة 35 درجة سيليزية بينما استغرق 10 ساعات لاحداث ثقب في درجة حرارة 85 سيليزية. على جانب مشابه, استغرق الاسيد الكربوني 3 ساعات لاحداث الثقب في درجة الملوحة القليلة بينما استغرق ضعف الوقت في درجة الملوحة الاعلى. تم قياس الخواص الميكانيكية للصخور قبل و بعد عمليات حقن الاسيد الكربوني و تشمل الصلابة و معامل يونغ و نسبة بواسون. بشكل عام, أوضحت الدراسة قدرت الأسيد الكربوني على احداث الثقوب في الصخر و اللذي يزيد المسامية و الانسيابية في الصخور و يقلل صلابتها. تنبع حداثة البحث في التطبقات لعمليات تخزين غاز ثاني أكسيد الكربون في المياه الجوفية العميقة المالحة و تأثيرات درجات الملوحة و الحرارة. تعتبر درجات الملوحة و درجات الحرارة عوامل مهمة للتفريق بين مكامن المياه الجوفية المحتملة لعملية تخزين الغاز. تعد هذه الدراسة هي الأولى لفهم تأثير درجات الملوحة و الحرارة على احداث الثقوب الصخرية و على الخواص الميكانيكية للصخور نتيجة لعمليات تخزين غاز ثاني أكسيد الكربون.

English Abstract

ABSTRACT Full Name : Abdullah Shallah AlDhafeeri Thesis Title : Impact of Salinity and Temperature on Wormhole Generation and Mechanical Properties Due to CO2 Sequestration Major Field : Petroleum Engineering Date of Degree : May 2023 Deep saline aquifers are good candidates for carbon dioxide (CO2) sequestration because of their huge reserves, wide distribution, cost effectiveness and relatively high security. The reaction between CO2 gas and the aquifer saline water creates carbonic acid (live brine) that reacts with the formation rock to generate wormholes. As a result, the rock mechanical properties will be altered. The goal of this study is to understand the impact of salinity and temperature on creating wormholes due to live brine injection and the change in the mechanical and petrophysical properties of the rocks. Limestone core samples (1.5 inches x 3 inches) with a permeability of 1 – 4 mD and 15-17% porosity values were selected to perform the study. Coreflooding experiments were performed, after which the samples were scanned to observe the wormhole generation and the change in the pore structure. Carbon dioxide was mixed at 2,000 psi with a ratio of 30% CO2 to 70% brine to formulate a live brine. The live brine was injected into the rock samples at different temperatures (35 oC, 60 oC, 85 oC). Also, CO2 was mixed in the brine with different salts concentrations (40,000 ppm, 120,000 ppm, 200,000 ppm), which were then injected into the rock samples to test the impact of salinity. The mechanical and petrophysical properties of the core samples before and after wormhole generation were measured and studied. The injection of the live brine generated wormholes in all rock samples. Due to the wormhole's generation, the rock samples' porosity and permeability increased significantly. The time to generate the wormholes has a positive relationship with the salinity and temperature values. For instance, it took around 5.5 hours of live brine injection at 1 cc/min to create a wormhole at 35 oC, while it took more than 10 hours at 85 oC. Similarly, it took only 3 hours to generate a wormhole in the low salinity samples while double the time for the high salinity ones. The rock's mechanical properties, including the rock hardness, Young's modulus, and Poisson ratio, were measured before and after the live brine injection. Overall, the study demonstrated that the injection of live brine creates a wormhole, which weakens the rock strength and increases the porosity and permeability. This research's novelty stems from its application to CO2 sequestration by investigating the salinity and temperature of saline aquifers. These two parameters are significant and distinguish a potential aquifer. This is the first study to understand the impact of salinity and temperature on wormhole generation and the mechanical rock properties due to CO2 sequestration.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Petroleum > Reservoir Characterization Petroleum > Rock and Fluid Properties
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Al-Jawad, Murtada
Committee Members:	Ibrahim, Ahmed and AL-Ramadan, Mustafa
Depositing User:	ABDULLAH ALDHAFEERI (g201704850)
Date Deposited:	20 Jun 2023 11:10
Last Modified:	20 Jun 2023 11:11
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142443