CO2-Carbonate Mudrock Interactions: Investigating The Influence of Organic Richness and Maturity Variations Through Stable Isotopic, Geochemical and Petrophysical Analysis. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Master Thesis) CO2-Carbonate Mudrock Interactions; Investigating The Influence of Organic Richness and Maturity Variations Through Stable Isotopic, Geochemical and Petrophysical Analysis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 3 February 2026. Download (9MB)

Arabic Abstract

تهدف هذه الأطروحة إلى دراسة تأثير معالجة ثاني أكسيد الكربون على بعض عينات الصخور الرسوبية. الأهداف الرئيسية للدراسة هي (أ) دراسة تأثير ثراء المواد العضوية واختلاف النضج لصخور المكمن على الاستجابة للنظائر المستقرة، و (ب) دراسة الخصائص الجيوكيميائية والجيوميكانيكية البتروفيزيائية للصخور الطينية الكربونية بعد المعالجة بثاني أكسيد الكربون. تختلف عينات صخور المكمن الطينية المنتقاة جغرافيًا حيث إن إحداها من الأردن والأخرى من الولايات المتحدة الأمريكية. الصخر الأردني أكثر ثراءً بالمواد العضوية، ولكنه أقل نضجًا من الصخر الأمريكي. من ناحية التركيبة الكيميائية، يحتوي الصخر الأمريكي على كالسيت أكثر من الصخر الأردني. تم فحص تأثير معالجة ثاني أكسيد الكربون من خلال مجموعات متسلسلة من التجارب البتروفيزيائية وتحليل النظائر المستقرة والتحاليل الجيوكيميائية غير العضوية وتم استكمال النتائج باستخدام التصوير المجهري الإلكتروني والتصوير المقطعي المحوسب. تم إجراء التحليل على مراحل مختلفة بشكل متسلسل على عينات باودر مسحوقة وعينات مكتملة مستخرجة من باطن الأرض اثناء الحفر. بدءًا من تحاليل العينات المكتملة، كانت خطوات التجربة هي المرحلة الأولية الجافة تليها مرحلة مشبعة بالمحلول الملحي المائي وانتهاءً بمرحلة المعالجة بثاني أكسيد الكربون. اما بالنسبة لعينات الباودر المسحوقة، تم تقسيمها إلى نوعين: اما جافة ومغمورة في محلول ملحي سائل. تضمنت التحليلات البتروفيزيائية سرعات الضغط (Vp/VS) والتحليل الكهربائي (Dielectric) والرنين المغناطيسي النووي (NMR). وبينت التحليلات في معظم العينات إلى أنه هناك زيادة وتعزيز للمسام في الصخرة واتصالهم من خلال الذوبان للمعادن مع ملاحظة ضهور ترسيبات حول المعادن شوهدت باستخدام التصوير المقطعي المحوسب. علاوة على ذلك، كشفت نتائج النظائر أن النظائر المختلفة في اغلب العينات تفاعلت بشكل مختلف مع معالجة ثاني أكسيد الكربون بالمحلول الملحي او بدونه. تٌفسر الاستجابات المختلفة للنظائر المستقرة على أنها ترجع إلى الثراء العضوي المختلف وكذلك أنواع المواد العضوية والنضج الحراري للصخور والتأثيرات ما بعد الترسب التي خضعت لها كلتا صخور المصدر. أخيرًا، يوضح التحليل الجيوكيميائية غير العضوي لكلتا العينيتين تعزيز حجم المسام من خلال ذوبان بعض المواد بسبب التفاعل الكيميائي بين الصخر وثاني أوكسيد الكربون مع الإشارة إلى إعادة ترسيب المعادن والذي يتفق مع المجهر الإلكتروني.

English Abstract

This thesis aims to investigate the effects of CO2 treatment on carbonate mudrock source rock samples. The main objectives of the study are (a) to investigate the influence of organic richness and maturity variations on the stable isotopic responses, and (b) to investigate geochemical, geomechanical, and petrophysical properties of carbonate mudrock after treatment with CO2. The carbonate mudrock samples used in this study are geographically different; one was collected from the Upper Cretaceous carbonate mudrock strata in Jordan, and the other one is from the Eagle Ford Formation, US. The Jordanian sample is richer in organic matter but less mature compared to the Eagle Ford sample. Compositionally, the Eagle Ford sample has more calcite than the Jordanian shale sample. The effect of CO2 treatment was examined through sequential sets of petrophysical experiments, and geochemical analysis complemented with SEM (Scanning Electron Microscope) imaging and computed tomography (CT) scan. The analysis has been conducted at different stages on powdered and core samples, sequentially. For core analyses, the workflow started with a dry initial stage followed by a brine-saturated stage and ended with a CO2-treated stage. For powdered samples, they were divided into two types: dry and wet/ immersed in 3% potassium chloride (KCl) liquid brine. The petrophysical analyses included the compressional and shear velocities, electrical analysis as in permittivity and conductivity, and Nuclear Magnetic Resonance (NMR). These analyses have concluded that there has been enhancement of the pore system and its connectivity in the samples, through either dissolution or fracturing. Moreover, JS and EF isotope results reveal that different isotopes shifted differently with the CO2 dry and liquid brine treatment. Those isotope shifts are interpreted to be due to different organic matter richness, thermal maturity, and diageneses processes that the source rock has undergone. Finally, mineral dissolution and mineral reprecipitation are interpreted by inorganic geochemical analysis, which agrees with SEM as it was represented by pore size enhancement with an indication of mineral reprecipitation.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Earth Sciences
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Abu Mahfouz, Israa
Committee Members:	Humphrey, John and Elhusseiny, Ammar
Depositing User:	RAJAI ALHUBAIL (g202213060)
Date Deposited:	04 Feb 2025 05:30
Last Modified:	04 Feb 2025 05:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143279