وثيقة
The Simulation of CO2-rock-fluid interactions on reservoir characterization.
المصدر
Master's thesis
عناوين أخرى
محاكاة التفاعلات بين ثاني اكسيد الكربون والصخور والسوائل الصخرية في توصيف المكامن
الدولة
Oman
مكان النشر
Muscat
الناشر
Sultan Qaboos University
ميلادي
2024
اللغة
الأنجليزية
الموضوع
نوع الرسالة الجامعية
Master's thesis
الملخص الإنجليزي
CO2 injection into saline aquifers as part of the CCS process induces chemical
processes represented with CO2 dissolution into water and minerals reactions which
can disturb the brine equilibrium and changes the aquifer’s petrophysical properties.
This thesis aimed for implementing numerical tools for assessing the interactions
between carbon dioxide, the original brine, and the aquifer minerals with more focus
on exploring the parameters that could optimize the amount of solubility and mineral
trapping. The study was done on Dogger carbonate aquifer in Paris Basin.
Modelling was done with PHREEQC and CMG-GEM. PHREEQC was used for
assessing geochemical reactions of injecting a fixed partial pressure CO2 into the
aquifer with the objective of assessing the effect of pressure, temperature, the pH, the
solution’s ions, and mineralogy on geochemical trapping. It was split into two parts
aimed for studying each of the mechanisms separately. CMG-GEM was used for 2D
reactive transport simulations for studying the effect of physical and chemical trapping
mechanisms in addition to assessing this software compatibility with PHREEQC.
The main results showed that the abundance of sodium in the solution relative to
calcium and magnesium could help increase CO2 solubility and the system pH. For
minerals reactions, trials were done to simplify the system with equilibrium modelling
and applying partial equilibrium into kinetic simulations which showed that silicate
minerals reaction rates would be overestimated with semi-kinetic modelling. For the
base case, mineral trapping was mainly from albite dissolution to form dawsonite,
while other carbonate minerals contributed less. As part of sensitivity analysis, higher
pressures and temperatures were found to be helpful for increasing mineral trapping
but it is the pressure that affect the speed of dawsonite precipitation. By testing
minerals effect, albite was found to lead to more mineral trapping with higher volume
fractions, while illite led to the opposite even though both are silicate minerals. With
higher calcite volume in the system, minerals’ reaction rates could be slowed down
leading to achieve lower porosity reduction and better equilibrium pH, but lower
mineral trapping. Primary carbonate minerals were essential for achieving a positive
mineral trapping from the beginning. On the other hand, minerals were found to have
no effect on solubility trapping. Ramping up the complexity with reactive transport
simulation showed that geochemistry modelling of GEM is compatible with
PHREEQC results. Moreover, mineral trapping was found to be minimal with around
1% contribution to trapping after one thousand years. The main result of RTM
suggested that carbonate precipitation is faster with CO2-rich brine compared to
supercritical CO2.
In conclusion, this thesis showed that carbonate formations could be advantageous for
better pH buffering and less effect on the aquifer storage in addition to that existence
of certain cations-holding minerals could ramp up the mineral trapping significantly
الملخص العربي
يؤدي حقن ثاني أكسيد الكربون إلى طبقة المياه الجوفية المالحة كجزء من عملية احتباس الكربون وتخزينه الى إحداث عمليات كيميائية متمثلة في ذوبان الغاز الى المحلول الملحي وتفاعالت معدنية من شأنها أن تخل بتوازن الماء الملحي وتغير خصائص الطبقة البتروفيزيائية. هدفت هذه الاطروحة إلى تطبيق أدوات رقمية لتقييم التفاعالت بين ثاني أكسيد الكربون والمحلول الملحي والمعادن الموجودة في الطبقة بهدف التركيز على استكشاف العوامل التي يمكن أن تحسن من كمية الذوبان واحتجاز الغاز على هيئة معادن. هذه الدراسة أجريت على طبقة دوجر الكربونية الموجودة في حوض باريس. تم إجراء الدراسة باستخدام برنامجين رقمين وهما فريكيوسي وسي ام جي – جيم. تم استخدام فريكيوسي لتقييم التفاعالت الجيوكيميائية لحقن ثاني أكسيد الكربون ذو الضغط الجزئي الثابت في طبقة المياه الجوفية بهدف تقييم تأثير الضغط ودرجة الحرارة ودرجة الاس الهيدروجيني وأيونات المحلول والمعادن على الاحتجاز الجيوكيميائي لثاني أكسيد الكربون. تم تقسيم هذا الجزء الى قسمين بهدف دراسة كل آلية احتجاز على حدة. تم استخدام البرنامج الثاني لمحاكاة ثنائية الابعاد للتدفق لدراسة تأثير عمليات الاحتجاز الفيزيائية والكيميائية بالاضافة إلى تقييم توافق هذا البرنامج مع فريكيوسي. أظهرت النتائج الرئيسية أن وفرة الصوديوم في المحلول مقارنة بالكالسيوم والمغنيسيوم من شأنه أن يساعد في زيادة ذوبان ثاني أكسيد الكربون بالاضافة إلى زيادة درجة الاس الهيدروجيني لتكون أقرب إلى القيمة الاصلية. بالنسبة لذوبان وترسيب المعادن، أجريت تجارب لتبسيط النظام من خالل نمذجة التوازن وتطبيق التوازن الجزئي في النمذجة الحركية التي بينت أن معدل تفاعل معادن السيليكات سيتم المبالغة فيها مع النمذجة الشبه الحركية مقارنة بالنمذجة الحركية الكلية مما سيؤثر على احتجاز الكربون. احتجاز المعادن أتى بشكل رئيسي من تحلل الالبيت لتكوين الداوسونايت في حين ساهمت معادن الكربونات الاخرى بشكل أقل. كجزء من تحليل الحساسية، وجد أن الضغط المرتفع ودرجات الحرارة العالية سوف تسهم في زيادة الاحتجاز المعدني، لكنه الضغط فقط الذي يمكن أن يسرع من العملية. من خالل اختبار تأثير المعادن، وجد أن الالبيت يؤدي إلى المزيد من الاحتجاز المعدني عند زيادة حجمه النسبي في الطبقة، في حين أن الاليت يؤدي إلى العكس بالرغم من أن كالهما معادن سيليكات. عند زيادة نسبة الكالسيت في الطبقة، التفاعالت المعدنية سوف تبطئ مما سيؤدي إلى انخفاض أقل للمسامية وتحقيق توازن أفضل لدرجة الاس الهيدروجيني، لكن الاحتجاز المعدني سينخفض. معادن الكربونات الاساسية أسهمت في الاحتجاز المعدني منذ بداية النمذجة. جدير بالذكر أن المعادن ال تؤثر على كمية ذوبان ثاني أكسيد الكربون في المحلول. عند زيادة تعقيد النمذجة باستخدام محاكاة التدفق التفاعلي، أثبتت النتائج أن النمذجة الجيوكيميائية لجيم متوافقة مع نتائج فريكيوسي. باستخدام جيم، احتجاز المعادن لم يسهم بشكل كبير خالل أول ألف عام حيث إن المساهمة لم تتعد ٪١ من مجمل كمية ثاني أكسيد الكربون المحتجزة. بالاضافة الى هذا، وجد من خالل تحليل ترسيب وذوبان المعادن أن ترسب الكربونات سوف يكون بشكل أسرع وأفضل مع حقن محلول مائي غني بثاني اكسيد الكربون مقارنة بحقن ثاني أكسيد الكربون في الهيئة فوق الحرجة. في الختام، أظهرت هذه الاطروحة أن تكوينات الكربونات يمكن أن تكون مفيدة لتحسين درجة الاس الهيدروجيني للمحلول وتقليل تأثير الحقن على تخزين الطبقة الجوفية وخصائصها البتروفيزيائية بالاضافة الى أن وجود بعض المعادن المانحة للكاتيونات يمكن أن يزيد من معدل الاحتجاز المعدني بشكل كبير.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية