Spatial variations in the pore system of the burrow fillings and their impact on the reservoir quality – A case study from Hanifa Formation. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS_Thesis_Ahmed Refaat.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 11 January 2026. Download (6MB)

Arabic Abstract

على مدى العقود القليلة الماضية، تم تحقيق تقدم كبير في فهم المعايير البتروفيزيائية في مكامن النفط والخزانات الجوفية الكربونية المتأثرة بالاضطرابات البيولوجية. وقد تناولت الدراسات السابقة تأثيرات التجاويف الجحورية (الأحافير الأثرية) من حيث الشكل، الاتصال، الكثافة، تكوين الحشوات، والأبعاد على جودة الخزان. ومع ذلك، فإن تأثير التغيرات في نظام المسام حشوات هذه التجاويف على سعة التخزين وتدفق السوائل غير مدروس بشكل كافٍ. تسعى هذه الدراسة إلى سد هذه الفجوة من خلال تحليل حشوات الحفريات الأثرية في خمسة طبقات متأثرة بعمليات التخلخل الحيوي ضمن تكوين حنيفة العلوي في وسط المملكة العربية السعودية، باستخدام ملاحظات الحقل، وتحليل الصخور البتروغرافي، وقياسات المسامية والنفاذية، وتقنيات التصوير المقطعي عالي الدقة، ونمذجة الصخور الرقمية، ومحاكاة النفاذية، وتحليل التراجع الزمني. تم تصنيف الطبقات المدروسة، التي تتضمن خمسة طبقات مخلخله حيويا بشكل مكثف، وفقًا لأنماط التخلخل الحيوي إلى طبقات معاد تشكيلها حيويًا (2 و3) وطبقات ذات إطار أنبوبي (1، 4، و5). أظهرت الطبقات المعاد تشكيلها بيولوجيًا حبيبات أصغر حجمًا (355–402 ميكرومتر) ومسامية أقل (1.64–2.71%)، بينما أظهرت الطبقات ذات الإطار الأنبوبي حبيبات أكبر حجمًا (514–766 ميكرومتر) ومسامية أعلى (4–7.75%). وتم تحديد محتوى الطين وعملية الدلمته كعوامل رئيسية تتحكم في تطور المسامية داخل حشوات الحفريات الأثرية. حيث حافظت عملية الدلمته على المسامية في الحشوات الغنية بالطين من خلال مقاومتها للانضغاط، بينما أدى الانضغاط إلى تدهور المسامية في الحشوات الفقيرة بالطين ذات المحتوى الأقل من الدولوميت. أظهرت حشوات الحفريات الأثرية ذات الرواسب خشنة الحبيبات تحسنًا محدودًا في المسامية بعد الانضغاط، بينما حققت الحشوات ذات النسيج المفتوح وغير المضغوطة ما يصل إلى 20% من المسامية ونفاذية تجاوزت 5000 ملي دارسي. وحتى مع محتوى طيني يزيد عن 10%، حافظت المسامية المتصلة في الحشوات ذات النسيج المفتوح على نفاذية كبيرة (>1000 ملي دارسي). تسلط الدراسة الضوء على التطور الديناميكي للمسامية والنفاذية داخل الطبقات المتخلخلة حيويا. يمكن أن تتحسن الحجارة الحشوات الغنية بالطين ذات الجودة المنخفضة مبدئيًا من خلال عمليات الدلمته والذوبان، في حين قد تتدهور الحشوات الفقيرة بالطين ذات الجودة العالية مبدئيًا بسبب الانضغاط. يتألف نظام المسام بشكل أساسي من مسام معزولة مع تباينات رأسية في الحجم، ومساحة السطح، والقطر.من خلال دمج تقنيات نمذجة الصخور الرقمية وتحليل التراجع الزمني، تقدم هذه الدراسة إطارًا شاملاً لتحديد وقياس تطور المسامية والنفاذية في مكامن النفط وخزانات المياه ذات الصخور المتخلخلة حيويا. وتعد هذه النتائج أساسية لفهم أداء المكامن وتدفق السوائل في الأنظمة التي يصعب فيها قياس النفاذية بشكل مباشر.

English Abstract

Over the last few decades, significant advancement has been made in understanding petrophysical parameters in carbonate hydrocarbon reservoirs and aquifers affected by bioturbation. Previous research has investigated the effects of burrows in terms of morphology, connectivity, intensity, filling, and the dimensions of shafts and tunnels on the reservoir quality. However, the influence of pore system variations within burrow fillings on storage capacity and fluid flow remains understudied. This research addresses this gap by analyzing burrow fillings from five bioturbated intervals in the upper Hanifa Formation, central Saudi Arabia, using field observations, petrographic analysis, porosity and permeability measurements, high-resolution CT scanning, digital rock modeling, permeability simulations, and backstripping techniques. The studied interval consists of five extensively burrowed intervals. These were classified based on burrowing style into bio-retextured intervals (2 and 3) and pipe-framework burrows (1, 4, and 5). Bio-retextured intervals exhibited smaller grain sizes (355–402 µm) and lower porosity (1.64–2.71%), while pipe-framework intervals had larger grains (514–766 µm) and higher porosity (4–7.75%). Mud content and dolomitization were identified as key factors controlling porosity evolution in the burrow fillings. Dolomitization preserved porosity in mud-rich packstones by resisting compaction, while compaction degraded porosity in mud-poor packstones with lower dolomite content. Grain-supported burrow fillings generally showed limited improvement in porosity post-compaction, while less compacted, open-fabric grainstones achieved up to 20% porosity and >5000 mD permeability. Even with >10% mud content, connected pore networks in open-fabric burrow fillings maintained permeability (>1000 mD). The study highlights the dynamic evolution of porosity and permeability within bioturbated strata. Initially low-quality, mud-rich packstones can improve through dolomitization and dissolution, while initially high-quality, mud-poor packstones may degrade due to compaction. The pore system predominantly comprises isolated pores with vertical variations in volume, surface area, and equivalent diameter. By integrating digital rock modeling and backstripping techniques, this research provides a comprehensive framework for quantifying and predicting porosity and permeability evolution in bioturbated reservoirs. These insights are critical for understanding reservoir performance and fluid flow in systems where direct permeability measurements are challenging.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Earth Sciences Petroleum Petroleum > Reservoir Characterization Petroleum > Reservoir Modelling and Simulation
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Eltom, Hassan
Committee Members:	El-Husseiny, ammar and Humphrey, John
Depositing User:	AHMED REFAAT (g202211620)
Date Deposited:	15 Jan 2025 06:17
Last Modified:	15 Jan 2025 06:17
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143249