PETROPHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES CHANGES DURING CO₂ STORAGE IN SALINE AQUIFERS: EFFECTS OF LITHOLOGY AND INJECTION STRATEGIES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Thesis-Final.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 10 August 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

لقد أدت زيادة انبعاثات الغازات الدفيئة في الجو إلى نشوء الحاجة إلى طرق فعّالة لحجز غاز ثاني أكسيد الكربون (₂CO(للحد من هذه االنبعاثات، حيث تظهر المياه الجوفية المالحة كحل واعد. تهدف هذه الرسالة إلى دراسة التفاعالت بين غاز ثاني أكسيد الكربون في الحالة الحرجة(₂scCO (، والمياه المالحة المشبعة بثاني أكسيد الكربون، وتكوينات الصخور الكربوناتية، مع التركيز على تأثير حقن الغاز في الحالة الحرجة على الخصائص البتروفيزيائية وكيفية تأثير التركيب الصخري على تكوين الثقوب الدودية. الهدف الرئيسي هو دراسة تأثير حقن ₂scCO والمياه المالحة المشبعة بثاني أكسيد الكربون على المسامية، النفاذية، والقوة الميكانيكية، خاصة فيما يتعلق بالتراكيب الصخرية المتنوعة. أدى إلى زيادة طفيفة في كل من المسامية والنفاذية، ويرجع ذلك أساساً أظهرت النتائج أن حقن ₂scCO إلى تفاعل المعادن مثل الكالسيت .(Calcite (وقد عزز الحقن الالحق للمياه المالحة المشبعة بثاني أكسيد الكربون هذه الخصائص بشكل أكبر، مع مالحظة أكبر التحسينات في المسامية والنفاذية. ومع ذلك، على الرغم من زيادة المسامية، كانت التغيرات في النفاذية أكثر تحديدًا بسبب التفاعل الذي يحدث في المسام التي ال تساهم في المسار الرئيسي للتدفق. تم العثور على أن التركيب الصخري يؤثر على تكوين الثقوب الدودية ومدى التغيرات البتروفيزيائية. أظهرت العينات ذات النفاذية األولية األعلى مزيداً من التفاعل وتعزيز المسامية. وتجدر اإلشارة إلى أن العينات ذات التركيزات العالية من الدولوميت (Dolomite (كانت بحاجة إلى مزيد من المياه المالحة المشبعة بثاني أكسيد الكربون لتحقيق اختراق الثقوب الدودية. باإلضافة إلى ذلك، تعرضت هذه العينات لنسب انخفاض أقل في معامل يونغ (YM (. تقدم هذه الدراسة رؤى هامة حول كيفية تأثير حقن غاز ثاني أكسيد الكربون في الحالة الحرجة (₂scCO(والمياه المالحة المشبعة بثاني أكسيد الكربون على خصائص الصخور الكربوناتية، مع تسليط الضوء على دور التركيب الصخري في التحكم في تكوين الثقوب الدودية وتقليل الخصائص الميكانيكية. وتؤكد النتائج على أهمية مراعاة التغيرات التركيبية عند تصميم استراتيجيات حجز ₂COلتحسين سعة التخزين مع الحفاظ على سالمة المكمن

English Abstract

The increasing concentration of greenhouse gases in the atmosphere has intensified the need for effective CO₂ sequestration methods, with saline aquifers emerging as a promising solution. This thesis investigates the interactions between supercritical CO₂ (scCO₂), CO₂- saturated brine, and carbonate rock formations, with a focus on how CO₂ injection alters petrophysical properties and how lithology affects wormhole generation. The primary objective is to examine the impact of scCO₂ and CO₂-saturated brine on porosity, permeability, and mechanical strength, particularly concerning varying lithological compositions. Results demonstrated that injection of scCO₂ led to a slight increase in both porosity and permeability, primarily due to mineral dissolution, such as calcite. The subsequent injection of CO₂-saturated brine further enhanced these properties, with the greatest improvements observed in porosity and permeability. However, despite the increase in porosity, permeability changes were more localized due to dissolution occurring in non�contributing flow paths. Lithological composition was found to influence wormhole formation and the extent of petrophysical changes. Samples with higher initial permeability exhibited greater dissolution and porosity enhancement. Notably, samples with higher dolomite xvii concentrations required more CO₂-saturated brine to achieve wormhole breakthrough. Additionally, these samples experienced less reduction in Young’s Modulus (YM). This study provides critical insights into how scCO₂ and CO₂-saturated brine injections alter carbonate rock properties, emphasizing the role of lithology in controlling wormhole generation and the reduction in mechanical properties. The findings underscore the importance of considering lithological variations when designing CO₂ sequestration strategies to optimize storage capacity while maintaining reservoir integrity.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research Research > Environment Research > Engineering Petroleum Petroleum > Reservoir Engineering and Management Petroleum > Reservoir Characterization Petroleum > Rock and Fluid Properties
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Committee Advisor:	Farid, Ahmed Mohamed
Committee Co-Advisor:	Al-Jawad, Murtada Saleh Hassan
Committee Members:	Al Ramadan, Mustafa Abdulsamad Hassan and Yaseri, Ahmed Zarzor Hussien and Yousif, Zuhair A
Depositing User:	OMER ALKHEIR (g202215560)
Date Deposited:	10 Aug 2025 10:58
Last Modified:	10 Aug 2025 10:58
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143650