Petrographic-mineralogical and textural changes in reservoir and sealing rocks (Zaosie anticline) as a result of a long-term experiment in CO2-brine-rock interactions
,
 
,
 
 
 
 
More details
Hide details
1
Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Kraków, Poland
2
AGH University of Science and Technologies, Kraków, Poland
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2013;29(4):137–153
 
KEYWORDS
ABSTRACT
This article presents the petrographic-mineralogical and textural test results from rock samples from the reservoir and sealing rocks (sandstones, claystone, mudstone) of the Lower Jurassic formation of the Zaosie anticline (central Poland), from boreholes Zaosie 2 and Buków 2. Samples were subjected to an experiment involving CO2-brine-rock interactions in order to determine their suitability for the geological sequestration of CO2. The experiment consisted of closing the rock samples for 20 months in constructed autoclaves where they were subjected to the influences of brine and carbon dioxide at room temperature (20–25°C) and under pressure (about 6 MPa). Mineralogical and petrographic analyses included observations under transmitted light (planimetric analysis), and SEM-EDS and XRD of rock samples were carried out. Additionally, XRD analysis of the clay fraction was conducted to examine the sealing characteristics of the rock. These studies allowed for the determination of the mineral composition and morphology of the grains as well as the structure and texture of the rocks. For the textural analysis, the BET specific surface area and pore size distribution were identified. The study aimed to determine the changes in the rock matrix and cement of the rocks caused by the brine-rock-CO2 interactions experiment. The experimentation did not significantly affect the analyzed parameters. For each of the examined rocks, little change in the porosity before and after the experiment was observed, which was associated with the dissolution of the rock matrix and cement as well as the precipitation of some mineral phases. The changes observed in the sandstones (reservoir rocks) are differences that do not affect the process of CO2 storage. In the case of mudstone and claystone (sealing rocks), the experiment had some slight effect on the analyzed rocks. This study nevertheless indicates good sealing properties of these rocks, though the results should be verified and proven by petrophysical (porosity, permeability) examination, the analysis of brines before and after the experiment, as well as geochemical modeling of the impact of CO2 on a rock in the presence of brine.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Zmiany petrograficzno-mineralogiczne i teksturalne w skałach zbiornikowych i nadkładu (antyklina Zaosia) w wyniku długoterminowego eksperymentu oddziaływania CO2-skała-solanka
CCS, badania petrograficzne, badania mineralogiczne, analiza teksturalna, antyklina Zaosia
Artykuł przedstawia wyniki badań mineralogiczno-petrograficznych oraz teksturalnych na próbkach skalnych ze skał zbiornikowych i uszczelniających (piaskowce, iłowce, mułowce) z utworów dolnej jury z antykliny Zaosia (środkowa Polska), z otworów wiertniczych Zaosie 2 i Buków 2. Próbki poddano eksperymentowi oddziaływania CO2-solanka-skała celem określenia ich przydatności pod kątem geologicznej sekwestracji CO2. Eksperyment polegał na zamknięciu próbek skalnych na 20 miesięcy w zbudowanym reaktorze, gdzie były one poddane oddziaływaniu solanki i dwutlenku węgla w temperaturze pokojowej (20–25°C), przy ciśnieniu otrzymanym z butli z CO2 (ok. 6MPa). Analizy mineralogiczno petrograficzne obejmowały obserwacje w świetle przechodzącym (planimetria), SEM-EDS, XRD próbek skalnych. Dodatkowo dla skał uszczelniających wykonano XRD z frakcji ilastej. Badania te pozwoliły określić skład mineralny oraz morfologię ziaren jak również strukturę i teksturę skały. W przypadku analiz teksturalnych określona została powierzchnia właściwa BET oraz rozkład i wielkość porów. Miały na celu określenie zmian w matrycy skalnej i spoiwie badanych skał w wyniku eksperymentu oddziaływania pomiędzy solanką-skałą-CO2. Eksperyment nie wpłynął znacząco na badane parametry. W przypadku każdej z analizowanych skał obserwuje się nieznaczne zmiany w porowatości przed i po eksperymencie, co związane jest z rozpuszczaniem się matrycy skalnej i spoiwa oraz wytrącaniem niektórych faz mineralnych. Zmiany zaobserwowane w piaskowcach (skały zbiornikowe) są zmianami, które nie wpływają negatywnie na proces składowania CO2. W przypadku mułowców i iłowców (skał uszczelniających) wyniki badań pokazały, że eksperyment nieznacznie wpłynął na analizowane skały. Wskazywać to może na dobre właściwości uszczelniające tych skał. Niemniej jednak wyniki powinny zostać zweryfikowane i potwierdzone w uzupełnieniu o dalsze badania petrofizyczne (porowatość, przepuszczalność), analizy solanek przed i po eksperymencie, jak również modelowanie geochemiczne oddziaływania CO2 na skały w obecności solanki.
 
REFERENCES (18)
1.
Baran et al. 2013 – Baran P., Cygankiewicz J., Zarębska K., 2013 – Carbon dioxide sorption on Polish ortholignite coal in low and elevated pressure, Journal of CO2 Utilization (in press), http://dx.doi.org/10.1016/j.jc....
 
2.
Bachu et al. 1994 – Bachu S., Gunter W.D., Perkins E.H., 1994 – Aquifer disposal of CO2: hydrodynamic and mineral trapping. Energy Conversion and Management 35, pp.269–279.
 
3.
Fischer et al. 2013 – Fischer S., Liebscher A., Lucia M., Hecht L. and the Ketzin Team, 2013 – Reactivity of sandstone and siltstone samples from the Ketzin pilot CO2 storage site – Laboratory experiments and reactive geochemical modeling. Environmental Earth Sciences, DOI 10.1007/s12665-013-2669-4.
 
4.
Fischer et al. 2013 – Fischer S., Liebscher A., Wandrey M., the CO2SING group, 2010 – CO2-brine-rock interaction – First results of long-term exposure experiments at in situ P–T conditions of the Ketzin CO2 reservoir. Chemie der Erde – Geochemistry 70, S3, pp. 155–164.
 
5.
Gunter et al. 1993 – Gunter W.D., Perkins E.H., McCann T.J., 1993 – Aquifer disposal of CO2-rich gases: reaction design for added capacity. Energy Conversion and Management 34, pp. 941–948.
 
6.
Kaszuba et al. 2003 – Kaszuba J.P., Janecky D.R., Snow M.G., 2003 – Carbon dioxide reaction processes in a model brine aquifer at 200°C and 200 bars: implications for geologic sequestration of carbon. Applied Geochemistry 18 (7), pp. 1065–1080.
 
7.
Labus et al. 2010 – Labus K., Tarkowski R., Wdowin M., 2010 –Assesment of CO2 sequestration capacity based on hydrogeochemical model of Water-Rock interactions in the potential storage site within the Bełchatów area (Poland).Mineral Resources Management (Gospodarka SurowcamiMineralnymi) t. 26, z. 2, pp. 69–84.
 
8.
Liu et al. – Liu F., Lu P., Griffith C., Hedges S.W., Soong Y., Hellevang H., Zhu Ch., 2012 – CO2-brine-caprock interaction: Reactivity experiments on Eau Claire shale and a review of relevant literature. International Journal of Greenhouse Gas Control 7, pp. 153–167.
 
9.
Marek et al. 2011 – Marek S., Dziewińska L., Tarkowski R., 2011 – The possibilities of underground CO2 storage in the Zaosie Anticline. Mineral Resources Management (Gospodarka Surowcami Mineralnymi) t. 22, z. 4, pp. 89–107.
 
10.
Rimmelé et al. 2009 – Rimmelé G., Barlet-Gouédard V., Renard F., 2009 – Evolution of the Petrophysical and Mineralogical Properites of Two Reservoir Rocks Under Thermodynamic Conditions Relevant for CO2 Geological Storage at 3 km Depth. Oil Gas Sciences and Technology – Rev. IFP 65, 4, pp. 565–580.
 
11.
Shukla et al. 2010 – Shukla R., Ranjith P., et al., 2010 –Areview of studies onCO2 sequestration and caprock integrity. Fuel 89 (10), pp. 2651–2664.
 
12.
Tarkowski R., Wdowin M., 2011 – Petrophysical and Mineralogical Research on the Influence of CO2 Injection on Mesozoic Reservoir and Caprocks from the Polish Lowlands. Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP Energies nouvelles, Vol. 66, No. 1, pp. 137–150.
 
13.
Tarkowski et al. 2011 – Tarkowski R., Wdowin M., Labus K., 2011 – Results of mineralogic-petrographical studies and numerical modeling of water-rock-CO2 system of the potential storage site within the Belchatow area (Poland). Energy Procedia vol. 4, pp. 3450–3456.
 
14.
Wang et al. 2013 – Wang T., Wang H., Zhang F., Xu T., 2013 – Simulation of CO2–water–rock interactions on geologic CO2 sequestration under geological conditions of China. Marine Pollution Bulletin doi.org/10.1016/j.marpolbul.20....
 
15.
Wdowin M., Tarkowski R., 2010 – Charakterystyka mineralogiczno-petrograficzna jurajskich skał struktury Budziszewice (rejon Bełchatowa) dla geologicznej sekwestracji CO2. Przegląd Górniczy 5, pp. 56–64.
 
16.
Wdowin et al., 2013 – Wdowin M., Tarkowski R., Franus W., 2013 – Supplementary studies of textural and mineralogical changes in reservoir and cap rocks from selected potential sites suitable for underground CO2 storage. The Arabian Journal for Science and Engineering, DOI 10.1007/s13369-013-0862-0.
 
17.
Wollenweber et al. 2009 – Wollenweber J., Alles S., Kronimus A., Busch Helge Stanjekd A., Krooss B.M., 2009 – Caprock and overburden processes in geological CO2 storage: An experimental study on sealing efficiency and mineral alterations. Energy Procedia 1, 1, pp. 3469–3476.
 
18.
Zarębska et al. 2012 – Zarębska K., Baran P., Cygankiewicz J., Dudzińska A., 2012 – Sorption of carbon dioxide on Polish coals in low and elevated pressure. Fresenius Environmental Bulletin, 21(12b). pp, 4003–4008.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953