Geoelectrical Monitoring of In-Situ CO₂ Mineralization. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Geoelectrical Monitoring of In-Situ CO₂ Mineralization) Geoelectrical Monitoring of In-Situ CO₂ Mineralization.pdf Restricted to Repository staff only until 8 May 2027. Download (6MB)

Arabic Abstract

للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، تُعد تقنيات التقاط الكربون واستخدامه وتخزينه إحدى الاستراتيجيات الرئيسة للتخفيف من التغير المناخي، حيث تسهم بما يقارب خمسة عشر بالمئة من إجمالي خفض الانبعاثات الكربونية. ومن بين آليات الاحتجاز الجيولوجي الأربع، يُعد الاحتجاز المعدني الأكثر أمانًا من حيث استدامة التخزين على المدى الطويل. ويُعتبر التمعدن في الموقع خيارًا أكثر جدوى اقتصادية مقارنة بالتمعدن خارج الموقع، نظرًا لعدم الحاجة إلى عمليات التعدين واسعة النطاق ومناولة المواد ونقل المتفاعلات. كما يتميز التمعدن في الموقع بإمكانات تخزينية كبيرة نتيجة وفرة المعادن الطبيعية القابلة للتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون في التكوينات الجيولوجية، حيث تسهم التفاعلات الجيوكيميائية السريعة في تسريع تثبيت الغاز معدنيًا، مما يقلل الاعتماد على سلامة صخر الغطاء ويعزز أمان التخزين واستدامته. وعلى الرغم من النتائج الواعدة لعدد من المشاريع التجريبية، لا تزال منهجيات التقييم الحالية ذات طابع نوعي، وقد تؤدي إلى المبالغة في تقدير السعة التخزينية. وعليه، تبرز الحاجة إلى تطوير نظام تقييم موثوق وشامل يأخذ في الاعتبار كلًا من سعة التخزين وقابلية الحقن. تهدف هذه الدراسة إلى تحليل سلوك الخواص الكهربائية أثناء التمعدن القسري لثاني أكسيد الكربون في الموقع وذلك باستخدام قياسات المقاومة النوعية الديناميكية وقياسات العزل الكهربائي، مدعومة بتجارب ساكنة لتسريع تفاعلات التمعدن. وشملت الدراسة عينات من صخور كربوناتية وأخرى رملية، حيث أُجريت قياسات المسامية والنفاذية، إضافة إلى توصيف معدني وجيوكيميائي باستخدام تقنيات التحليل المعدني والكيميائي المختلفة، وذلك بهدف رصد تأثير التمعدن على بنية المسام وتراكيز الأيونات. كما تم تعديل تركيب المحلول الملحي المحقون بإضافة كلوريد الكالسيوم وعامل مخلب قابل للتحلل الحيوي لتعزيز حركيات التفاعل. وتُبيّن النتائج أن القياسات الكهربائية تُعد مؤشرات حساسة لعمليات الذوبان والترسب والتغيرات في كيمياء الموائع، مما يدعم إمكانية استخدامها كوسيلة لمراقبة وتقييم التمعدن في الموقع لثاني أكسيد الكربون.

English Abstract

To reduce CO₂ emissions, carbon capture, utilization and storage technologies are considered a successful mitigation plan that contributes to 15% of the total reduction in carbon emissions. Among the four geological trapping mechanisms, mineral trapping provides the highest storage security. Specifically, in-situ carbon mineralization can be a more economical choice due to the absence of large mining, handling, and reactant transport compared to ex-situ carbon mineralization. In in-situ CO₂ mineralization sequestration, there is significant potential for CO₂ storage due to the abundance of widespread natural minerals suitable for CO₂ injection. Rapid geochemical reactions enable swift CO₂ mineralization, reducing reliance on caprock integrity and enhancing sequestration safety and permanence. Although several pilot projects show promising results, current evaluation methods remain qualitative and often overestimate storage capacity. It is essential to establish a trustworthy system to evaluate CO₂ storage capacity while considering injectability. This study investigates the behavior of electrical properties during enforced in-situ CO₂ mineralization in rock samples using dynamic resistivity and static dielectric measurements, complemented by static batch experiments to accelerate CO₂ mineralization reactions. Carbonate and sandstone samples undergo porosity and permeability measurements and rock and brine characterization using XRD, XRF, CT, SEM-EDX, NMR, IC, and zeta potential analyses to capture the impact of CO₂ mineralization on pore geometry and ion concentration. The injected brine is altered with calcium chloride and a biodegradable chelating agent to enhance reaction kinetics. The results reveal that the electrical techniques can effectively capture the dissolution–precipitation processes as well as the changes in fluid chemistry, supporting their potential use for monitoring the in-situ CO₂ mineralization.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research > Environment Petroleum Petroleum > Well Logging Petroleum > Rock and Fluid Properties
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Petroleum Engineering
Thesis Advisor:	Mohamed Mahmoud,
Thesis Committee Members:	Sulaiman Al-arifi, Amjed Mohamed,
Depositing User:	MUSHABAB ALQAHTANI (g201346230)
Date Deposited:	10 May 2026 07:00
Last Modified:	10 May 2026 07:00
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144197