INVESTIGATION OF PORE NETWORK HETEROGENEITY AND ITS DEVELOPMENT WITH ARTIFICIAL MATURATION IN IMMATURE, ORGANIC-RICH CARBONATE SOURCE ROCKS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis Final Version) Yasmine - Thesis Final Draft.pdf Restricted to Repository staff only until 21 May 2026. Download (12MB)

Arabic Abstract

تحتوي الصخور الطينية الكربوناتية على احتياطيات كبيرة من المادة العضوية، ومع ذلك، فإن استغلالها لا يزال يمثل تحديًا بسبب تعقيد شبكات المسامية. تهدف هذه الرسالة إلى توصيف التباين في شبكات المسام داخل الصخور المصدرية الكربوناتية الغنية بالمواد العضوية وغير الناضجة، بالإضافة إلى دراسة التغيرات الكبيرة التي تطرأ على هذه الشبكات نتيجة النضج الحراري الاصطناعي. تم جمع عينات منهجية تمثيلية من لب بئر عمودي تم حفره ضمن تتابع الصخور المصدرية من العصر الطباشيري العلوي في وسط الأردن. صنّف تحليلنا هذا التتابع إلى ستة بيئات دقيقة متميزة من MF1 إلى MF6، حيث تنتمي خمس منها إلى تكوين موقر الطباشيري المارلي MCM وتشمل: الحجر الطيني العضوي الغني إلى الواكيستون، الحجر الطيني العضوي الغني المتصفح، الواكيستون المتصفح الغني بالمواد العضوية إلى الباكستون، الواكيستون المتصفح الغني بالمواد العضوية، والباكستون المتصفح الغني بالمواد العضوية. أما البيئة الدقيقة السادسة فهي عبارة عن حجر حبيبي (جرينستون) ينتمي إلى تكوين الفوسفات العلوي .AHP في المرحلة الأولى، تم تحليل عينات اللب باستخدام تقنيات الرنين المغناطيسي النووي (NMR) وتحليل الصخور الرقمية (Digital Rock Analysis) لتقييم المسامية وتوزيع المسام والمواد العضوية (الكيروجين). أظهرت عينات تكوين MCM محتوى مرتفعًا من الكربون العضوي الكلي (TOC) (~18% بالوزن) ولكن مع ضعف في ترابط المسام، في حين احتوت عينة تكوين AHP على محتوى أقل من الكربون العضوي الكلي (4.34% بالوزن) ولكن بمسامية أعلى (29.6%). كشفت صور الرنين المغناطيسي النووي والتصوير المقطعي الميكروي (Micro-CT) عن تباين كبير في المسامية بين البيئات الدقيقة في تكوين MCM، حيث تراوحت من 13.4% إلى 18.4%. في المرحلة الثانية، تم اختيار ثلاث عينات من البيئات الدقيقة MF1 و MF4 وMF6 الدراسة تأثير النضج الحراري الاصطناعي (عند 250 درجة مئوية لمدة يومين) على تطور نظام المسام. ومن خلال الجمع بين تقنيات **المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وتحليل الطاقة المشتتة بالأشعة السينية (EDX)، والمجهر الإلكتروني الماسح المجهّز بشعاع أيوني مركز (FIBSEM)، والتصوير المقطعي الميكروي (MicroCT) ، تم توثيق تغيرات كبيرة في الجيوكيمياء والمسامية. أدى النضج الحراري إلى انخفاض محتوى الكربون العضوي الكلي في تكوين MCM من 18% إلى 12%، مما أدى إلى تكوين أنظمة مسامية جديدة ومسارات هجرة للسوائل، وزيادة المسامية الكلية، وتعزيز نمو المسام النانوية داخل المادة العضوية كما أكدت تقنية FIBSEM ، بالإضافة إلى تحسين ترابط شبكة المسام من خلال تكوين شقوق ميكروية. أظهرت البيئة الدقيقة ذات المحتوى الأولي الأعلى من الكربون العضوي (MF1) أفضل تطور، حيث زاد حجم الشقوق الميكروية بنسبة 2% وارتفعت المسامية الكلية بنسبة 3.6%. تسلط هذه النتائج الضوء على أهمية استخدام نهج تكاملي في توصيف تطور شبكات المسام في الصخور الكربوناتية غير التقليدية والضيقة، مما يساهم في تحسين استراتيجيات استكشاف واستخراج الموارد الهيدروكربونية.

English Abstract

Carbonate mudrocks possess significant reserves of organic matter, yet their exploitation remains challenging due to pore network complexities. This thesis characterizes the heterogeneity of pore networks in immature, organic-rich carbonate source rocks and investigates the significant changes in these pore networks with artificial thermal maturation. Systematic representative samples were collected from a vertical cored well drilled in the Upper Cretaceous source rock sequence in central Jordan. Our analysis categorizes the interval into six distinct microfacies from MF1 to MF6, respectively: five within the Muwaqqar Chalk Marl (MCM) Formation (Organic-rich mudstone to wackestone, Organic-rich laminated mudstone, Organic-rich laminated wackestone to packstone, Organic-rich laminated wackestone, and Organic-rich laminated packstone) and one grainstone lithofacies from the underlying Al-Hisa Phosphorite (AHP) Formation. In the first phase, core samples were analyzed using NMR and Digital Rock Analysis techniques to assess the porosity and pore/kerogen distribution. The MCM samples exhibit high TOC (~18 wt.%) but limited pore connectivity, whereas the AHP sample has lower TOC (4.34 wt.%) but higher porosity (29.6%). NMR and micro-CT imaging reveal that porosity varies significantly between the MCM microfacies (ranging from 13.4% to 18.4%). Three microfacies samples were selected for the second phase that explores the impact of thermal maturation (250°C for two days) on pore system evolution (MF1, MF4, and MF6). Using a combination of SEM, EDX, FIBSEM, and Micro-CT, significant geochemical and porosity modifications were documented. This development affected hydrocarbon potential and porosity across the different microfacies intervals. The thermal process for MCM reduces TOC from 18 to 12 wt.%, creating new pore systems and migration pathways, enhanced total porosity, increased nanometer-sized pores within organic matter as confirmed with the FIBSEM, and improved pore network connectivity through induced microfractures. The microfacies with the highest initial TOC content (MF1) showed the most promising development, exhibiting a 2% increase in microfracture volume and a total porosity increase of 3.6%. These findings highlight the importance of integrated characterization approaches in understanding the complex evolution of porosity networks in unconventional tight carbonate rocks, with implications for resource exploration and extraction strategies.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Earth Sciences General
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Abu-Mahfouz, Israa
Committee Members:	El-Husseiny, Ammar and Mohammed, Amjed
Depositing User:	YASMINE ELFEKY (g202316810)
Date Deposited:	22 May 2025 05:24
Last Modified:	22 May 2025 05:24
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143418