MICROSCALE HETEROGENEITY OF THE UPPER TRIASSIC MINJUR SANDSTONE: IMPLICATIONS FOR CO₂ STORAGE. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF PhD_Abdullah Alqubalee v.18_final v2.pdf Restricted to Repository staff only until 1 January 2026. Available under License Creative Commons Attribution No Derivatives. Download (9MB)

Arabic Abstract

تلعب الأحجار الرملية، إلى جانب الصخور الفتاتية الأخرى، دوراً حاسماً في تخزين ثاني أكسيد الكربون كجزء من المبادرات العالمية التي تهدف إلى التخفيف من انبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي. ومع ذلك، فإن التباين المتعدد المقاييس - وخاصة على المستوى المجهري - للأحجار الرملية يفرض تحديات كبيرة في فهم خصائصها، والتي يمكن أن تؤثر على كفاءة تخزين ثاني أكسيد الكربون. تم إجراء هذه الدراسة حول التباين المتعدد المقاييس (كبير ومتوسط ومجهري) في متكون المنجور الثلاثي العلوي في المملكة العربية السعودية وكيف تؤثر الاختلافات التكوينية والنسيجية المجهرية على نظام تخزين ثاني أكسيد الكربون. من خلال دمج التحليلات المتعددة المقاييس من ملاحظات ميدانية وتجارب معملية، تم تحديد خمس مجموعات صخرية على المقياس الكبير، الأولى: الحجر الرملي؛ الثانية: الحجر الطيني؛ الثالثة: الحجر الرملي المتداخل مع الحجر الطيني؛ الرابعة: الحجر الطيني المتداخل مع الحجر الرملي؛ الخامسة: الرصيص. تمثل المجموعتين الأولى والثالثة معاً ما يقرب من ثلاث أرباع من الصخور المحتملة لتخزين ثاني أكسيد الكربون، بينما تمثل الثانية والرابعة بنحو الربع. على المقياس المتوسط، تم تصنيف العينات المدروسة إلى ثلاثة أنواع: حجر السيليكا الرملي، والحجر الرملي الطيني (بما في ذلك الحجر الطيني)، والحجر الرملي الحديدي. على المستوى المجهري، تم تقسيم العينات إلى تسع مجموعات على حسب التركيب المعدني. بناءً على تصنيف متعدد المقاييس، تم تقسيم متكون المنجور إلى قسم متباين منخفض ومتباين عالي. التباين المنخفض يتميز بمسامية ونفاذية عاليتين ويوجد بشكل عام في طبقات المنجور العلوية. يرتبط هذا القسم بحجر السيليكا الرملي والمجموعات المجهرية 2 و3 و4 و7 و8. وعلى العكس من ذلك، يرتبط التباين العالي ذو المسامية والنفاذية المنخفضتين بالحجر الرملي الطيني والحديدي، ويشمل المجموعات المجهرية 1 و5 و6 و9. لوحظ هذا القسم بشكل عام في طبقات ما قبل منجور ومنجور السفلي. أثبتت التجارب المعملية مع ثاني أكسيد الكربون إلى انخفاض الرواسب المشتتة ذات الحبيبات الدقيقة، وانخفاض التركيز المعدني بعد التجربة. ولعدم وجود تغيرات معدنية جديدة، فالتغيرات الملحوظة لم تنتج من التفاعلات المباشرة مع ثاني أكسيد الكربون. تؤكد هذا الدراسة على أهمية اتباع نهج متكامل متعدد المقاييس لتعزيز النمذجة التنبؤية لتخزين ثاني أكسيد الكربون، وبالتالي المساهمة في الجهود العالمية للتخفيف من تغير المناخ.

English Abstract

Sandstones, along with other clastic rocks, play a crucial role in carbon dioxide (CO₂) storage as part of global initiatives aimed at mitigating greenhouse gas emissions. However, the multiscale heterogeneity—particularly at the microscale—of sandstones poses significant challenges in understanding their properties, which can impact CO₂ storage efficiency. This study investigated the multiscale heterogeneity in the Upper Triassic Minjur Formation in Saudi Arabia and assessed how microscale textural and compositional variations influence the CO₂ storage system. By integrating multiscale analyses of field observations and laboratory experiments, five lithofacies associations were identified at the macroscale: sandstone (LA1), mudstone (LA2), sandstone interbedded with mudstone (LA3), mudstone interbedded with sandstone (LA4), and conglomerate (LA5). The LA1 and LA3 together account for approximately 75% of the potential CO₂ storage intervals, while LA2 and LA4 contribute around 24.8%. At the mesoscale, studied samples were categorized into three types: silica sandstones, argillaceous sandstones (including mudstones), and ferruginous sandstones, which are part of the Triassic red beds. At the microscale, the samples were further grouped into nine clusters (Cluster-1 to Cluster-9). The multiscale heterogeneity of the Upper Triassic sequences is generally classified into low and high heterogeneity. Low heterogeneity, characterized by high porosity and permeability, is predominantly found in the upper Minjur interval and is associated with silica sandstones and Clusters 2, 3, 4, 7, and 8. Conversely, high heterogeneity, with low porosity and permeability, includes argillaceous and ferruginous sandstones, along with Clusters 1, 5, 6, and 9, mainly observed in the pre-Minjur and lower Minjur. CO₂ aging experiments demonstrated a decrease in dispersed fine-grained sediments and a reduction in mineral concentration after the experiment. Since there were no new mineral changes, the observed changes did not result from direct reactions with supercritical CO₂ and brine. This research underscores the importance of a multiscale integrated approach to enhance predictive modeling for CO₂ storage, thereby contributing to global efforts in climate change mitigation.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Earth Sciences Petroleum > Reservoir Characterization Petroleum > Rock and Fluid Properties
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Al-Ramadan, Khalid Abdulsamad
Committee Co-Advisor:	Al-Yaseri, Ahmed
Committee Members:	Humphrey, John and Koeshidayatullah, Ardiansyah and Taylor, Kevin
Depositing User:	ABDULLAH ALQUBALEE (g201304210)
Date Deposited:	01 Jan 2025 06:17
Last Modified:	01 Jan 2025 06:17
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143208