Spontaneous Imbibition of Acidic Fluids in Sandstones and Carbonates: A Core- and Micro-Scale Perspective. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis_Fix_Approved_Revised_Muhammad_Fix.pdf Restricted to Repository staff only until 6 February 2025. Download (13MB)

Arabic Abstract

حدوث العمليات الكيميائية والفيزيائية المتزامنة في مجموعة متنوعة من الجهود تحت سطح الأرض، مثل نقل الملوثات في تدفق المياه الجوفية، وعملية الغمر الحامضي أثناء التحميض، وتسرب ثاني أكسيد الكربون أثناء التخزين الكربوني، يجعل غزو السوائل النشطة بشكل تلقائي في الوسط المسامي أمراً أساسياً. ومع ذلك، غالباً ما يتم تجاهل تفاعل التفاعل الكابيلاري مع سوائل النشاط في ظواهر نقل السوائل. بالإضافة إلى ذلك، يظهر النقل التفاعلي في الوسط المسامي تفاعلات متعددة الجوانب تعتمد على خصائص المصفوفة والسائل، والتي تغير في نهاية المطاف هذه الخصائص. في هذا العمل، ندرس تأثير النقل التفاعلي أثناء الامتصاص التلقائي على الخصائص الصخرية والميكروسكوبية في ظروف حمضية مختلفة في تجارب على مقياس النواة والمقياس الدقيق. يتم تنفيذ منهجيتان تجريبيتان متميزتان على طولات مختلفة. يتم اختيار مجموعتان من ستة عينات صخرية (ثلاثة رمال وثلاثة كربونات) ذات تركيب معدني فريد وخصائص صخرية متنوعة للتجارب على مقياس النواة. يتم إجراء تجارب ارتفاع الكابيلاري في كل عينة، أولاً باستخدام ماء مُقطر ثم باستخدام محلول حمضي مخفف (pH 2 و 4). يتم قياس الخصائص الصخرية الأولية والنهائية مثل الفجوية والنفاذية وتوزيع حجم المسام وزاوية الاتصال لكل عينة بالإضافة إلى ملف ارتفاع الكابيلاري. يتم تتبع هذا الأخير عن طريق تطبيق تحليل الصور على تسجيل الفيديو. بالنسبة للتجارب على مقياس النواة، يتم اختيار عدة أنابيب كابيلارية ذات أحجام مختلفة. يتم إجراء تبلور الكالسيت في الموقع لتغطية الجدار الداخلي للأنبوب الكابيلاري وقنوات المايكروموديل ببلورات الكالسيت. يتم إجراء تجارب ارتفاع الكابيلاري ثلاث مرات في كل عينة مطلية: أولاً باستخدام ماء مُقطر، ثم باستخدام محلول حمضي مخفف (pH 2 و 4)، وأخيراً مع ماء مُقطر مرة أخرى. يتم إنشاء ملفات ارتفاع الكابيلاري لكل منها. كما يتم قياس حجم بلورات الكالسيت وزاوية الاتصال لكل عينة مطلية للفترتين الزمنيتين الأولى والنهائية لارتفاع الكابيلاري بعد التعرض للحمض. تشير النتائج الأولية إلى أن ذوبان الكالسيت هو التفاعل الرئيسي الذي يؤدي إلى فتح المساحة المسامية. يُلاحظ هذا في عينات الكربونات حيث يوجد نسبة أعلى من المعادن الكالسيت. كما يُلاحظ ارتفاع أعلى في ارتفاع الكابيلاري مقارنة بالسائل النيوترالي مع زيادة في الفجوية وحجم المسام المتوسط. تخضع زاوية الاتصال أيضاً لتغيرات مما يجعل مصفوفة الكربونات من المبتلة بالزيت إلى المبتلة بشكل نيوترالي

English Abstract

The simultaneous occurrence of chemical and physical processes in a variety of subsurface endeavors, like in pollutant transport in groundwater flow, the acid soaking process during acidizing, and CO2 leakage during carbon sequestration, makes the spontaneous invasion of reactive fluids in porous media essential. However, coupling capillary interactions with fluid reactivity is often neglected in fluid transport phenomena. Besides, reactive transport in porous media also exhibits multifaceted interactions that are dependent on the matrix and fluid properties, and which ultimately alter these properties. In this work, we study the impact of reactive transport during spontaneous imbibition on the petrophysical properties at two different acidic conditions on the core-scale and micro-scale experiments. Two distinct experimental methodologies on different length scales are performed. Two sets of six rock samples (three sandstone and three carbonates) with unique mineralogy and varying petrophysical properties are selected for the core-scale experiments. Capillary rise experiments are performed in each sample, first with deionized water and then with a dilute acidic solution (pH 2 and 4). Pre- and post-acid petrophysical properties such as porosity, permeability, pore size distribution, and contact angle are measured for each sample along with the capillary rise profile. The latter is tracked by applying image analysis on video recording. For micro-scale experiments, several capillary tubes of various sizes are selected. In-situ calcite crystallization is done to cover the inside wall of the capillary tube and micromodel channels with calcite crystal. Capillary rise experiments are then performed thrice in each coated sample: first with deionized water, then with a dilute acidic solution (pH 2 and 4), and finally with deionized water again. The capillary rise profiles for each is generated. The calcite crystal size and contact angle are also measured for each coated sample for the pre- and post-acid capillary rise. The preliminary results indicate that calcite dissolution is the main reaction that results in the opening of the pore space. This is observed in the carbonate samples where a higher proportion of calcite minerals is present. A higher capillary rise is also observed compared to the neutral fluid along with an increase in porosity and the mean pore size. The contact angle also undergoes changes making the carbonate matrix from oil-wet to neutral-wet.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research > Petroleum Petroleum Petroleum > Well Completion and Stimulation Petroleum > Rock and Fluid Properties
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Khan, Hasan
Committee Members:	Al-Jawad, Murtada and Yu, Wei
Depositing User:	MUHAMMAD PRATAMA (g202114290)
Date Deposited:	07 Feb 2024 06:20
Last Modified:	07 Feb 2024 06:20
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142808