EXPERIMENTAL EVALUATION OF CO2 INTERACTION WITH SANDSTONE AND ITS ASSOCIATED MINERALS UNDER RESERVOIR CONDITIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF all signatures-final thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 9 February 2027. Download (4MB)

Arabic Abstract

أصبح التخزين الجيولوجي لثاني أكسيد الكربون (CO₂) أحد الأساليب الأساسية للحد من الانبعاثات الكربونية الناتجة عن الأنشطة البشرية ولمواجهة تحديات تغيّر المناخ، كما يلعب دورًا مهمًا في التحول العالمي نحو ممارسات اقتصادية مستدامة . ووفقًا لتقرير “الحياد الصفري بحلول عام 2050 ” الصادر عن وكالة الطاقة الدولية (IEA)، يُتوقع أن يتم تخزين ما يقارب 95٪ من ثاني أكسيد الكربون المُلتقط بحلول منتصف هذا القرن من خلال العزل الجيولوجي. وتُعد عملية حقن ثاني أكسيد الكربون الممزوج بالمياه المالحة في الأحواض الرسوبية إحدى الطرق الفعالة، مما يجعل فهم التفاعلات بين ثاني أكسيد الكربون والمياه المالحة والمعادن الموجودة في تكوينات الحجر الرملي أمرًا بالغ الأهمية . يهدف هذا البحث إلى سد بعض الفجوات المعرفية القائمة من خلال الدراسة التجريبية للسلوك الجيوكيميائي لعدد من تكوينات الحجر الرملي المختارة — وهي تكوينات تاويل، وبويز، وبانديرا براون، وتورّي باف — عند تعرّضها لثاني أكسيد الكربون تحت ظروف مُتحكَّم بها. تم تعريض تكوين تاويل، المعروف بارتفاع محتواه من الكوارتز واحتوائه على إسمنت غني بالحديد ، لتفاعل ثاني أكسيد الكربون–المياه المالحة لمدة 30 يومًا عند ضغط 1000 رطل لكل بوصة مربعة ودرجة حرارة 75 °م ، وذلك لدراسة استجابة المعادن الحاوية على الحديد في البيئات الحمضية. وعلى النقيض من ذلك، تم تعريض أحجار بويز وبانديرا براون وتورّي باف الرملية، والتي تحتوي على الفلسبارات والمعادن الطينية والدولوميت على التوالي، لثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (scCO₂) لمدة 24 ساعة لمحاكاة ظروف البئر وتقييم التغيرات المعدنية والبتروفيزيائية قصيرة الأمد . تهدف الدراسة إلى تقييم التغيرات في المسامية والتركيب المعدني وخصائص الصخور الأخرى الناتجة عن هذه التفاعلات. وقد أُجريت تحاليل مخبرية متعددة — شملت التصوير المقطعي الدقيق بالأشعة السينية (Micro-CT)، وتحليل QEMSCAN، وحيود الأشعة السينية (XRD)، وفلورية الأشعة السينية (XRF)، وفحص الشرائح الرقيقة — على عينات أسطوانية من الحجر الرملي قبل التعريض وبعده لكل من ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج وثاني أكسيد الكربون –المياه المالحة، وذلك لمقارنة خصائصها قبل المعالجة وبعدها .

English Abstract

The geological storage of CO2 is becoming an essential approach to reducing human-induced carbon emissions and addressing climate change. It also plays a significant role in the global shift toward sustainable economic practices. As highlighted in the International Energy Agency’s (IEA) Net Zero by 2050 report, nearly 95% of the CO2 captured by mid-century is expected to be stored through geological sequestration. One effective method involves injecting CO2 mixed with brine into sedimentary basins, making it crucial to understand the interactions between CO2, brine, and the minerals found in sandstone formations. This research seeks to complement existing knowledge gaps by experimentally examining the geochemical behavior of selected sandstone formations—Tawil, Boise, Bandera Brown, and Torrey Buff—when exposed to CO2 under controlled conditions. The Tawil Formation, known for its high quartz content and iron-rich cement, were exposed to CO2-brine exposure for 30 days at 1000 PSI and 75°C to investigate how iron-bearing minerals react in acidic environments. By contrast, Boise, Bandera Brown, and Torrey Buff sandstones, which contain feldspars, clay minerals, and dolomite, respectively, were exposed to supercritical CO2 (scCO2) for 24 hours to replicate borehole conditions and assess short-term mineralogical and petrophysical alterations. The study aims to evaluate changes in porosity, mineral composition, and other rock properties resulting from these interactions. Laboratory analyses (including micro-CT scanning, QEMSCAN, XRD, XRF, and thin section examination) were conducted on sandstone plug samples exposed to both scCO2 and CO2 -brine, comparing their properties before and after treatment.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Earth Sciences Research Petroleum
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Khalid Abdulsamad Al-Ramadan,
Committee Members:	Ahmed Al-Yaseri, Abdullwahab Bello,
Depositing User:	CLAUDIA MUNOZ (g202392750)
Date Deposited:	10 Feb 2026 04:39
Last Modified:	10 Feb 2026 04:39
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144066