Pore Structure Characterization of Indiana Limestone and Pink Dolomite from Pore Network Reconstructions

Caractérisation de la structure de pore de l’Indiana limestone de calcaire et de Pink dolomite provenant des reconstitutions de réseaux de pores

¹ Thermofluids for Energy and Advanced Materials (TEAM) Laboratory, Department of Mechanical Engineering and Industrial Engineering, Faculty of Applied Science & Engineering, University of Toronto, Toronto, Ontario – Canada
² Department of Civil Engineering, Faculty of Applied Science & Engineering, University of Toronto, Toronto, Ontario – Canada  
e-mail: m.freire.gormaly@utoronto.ca – jon.ellis@utoronto.ca – heatherl.maclean@utoronto.ca – abazylak@mie.utoronto.ca

^* Corresponding author:

Abstract

Carbon sequestration in deep underground saline aquifers holds significant promise for reducing atmospheric carbon dioxide emissions (CO₂). However, challenges remain in predicting the long term migration of injected CO₂. Addressing these challenges requires an understanding of pore-scale transport of CO₂ within existing brine-filled geological reservoirs. Studies on the transport of fluids through geological porous media have predominantly focused on oil-bearing formations such as sandstone. However, few studies have considered pore-scale transport within limestone and other carbonate formations, which are found in potential storage sites. In this work, high-resolution micro-Computed Tomography (microCT) was used to obtain pore-scale structural information of two model carbonates: Indiana Limestone and Pink Dolomite. A modified watershed algorithm was applied to extract pore network from the reconstructed microCT volumetric images of rock samples and compile a list of pore-scale characteristics from the extracted networks. These include statistical distributions of pore size and radius, pore-pore separation, throat radius, and network coordination. Finally, invasion percolation algorithms were applied to determine saturation-pressure curves for the rock samples. The statistical distributions were comparable to literature values for the Indiana Limestone. This served as validation for the network extraction approach for Pink Dolomite, which has not been considered previously. Based on the connectivity and the pore-pore separation, formations such as Pink Dolomite may present suitable storage sites for carbon storage. The pore structural distributions and saturation curves obtained in this study can be used to inform core- and reservoir-scale modeling and experimental studies of sequestration feasibility.

Résumé

La séquestration du carbone dans les aquifères salins profonds souterrains est très prometteuse pour la réduction des émissions de dioxyde de carbone (CO₂) dans l’atmosphère. Cependant, des problèmes demeurent dans la prédiction de la migration à long terme du CO₂ injecté. Relever ces défis nécessite une compréhension du transport de CO₂ à l’échelle du pore dans des réservoirs géologiques existants remplis de saumure. Les études sur le transport des fluides en milieu poreux géologique ont principalement porté sur les formations oléagineuses telles que le grès. Cependant, peu d’études ont examiné les transports à l’échelle du pore dans le calcaire et d’autres formations carbonatées, qui se trouvent dans des sites de stockage potentiels. Dans ce travail, la micro-tomographie (microCT) à haute résolution a été utilisée pour obtenir de l’information structurale à l’échelle du pore de deux exemples de formations carbonatées : Indiana limestone et Pink dolomite. Un algorithme watershed a été appliqué pour extraire les réseaux de pores des microCT images volumétriques reconstruits des spécimens de roche et de compiler une liste de caractéristiques pores des réseaux extraits. Il s’agit notamment de distributions statistiques de la taille et du rayon des pores, la séparation entres pores, le rayon des gorges, et la coordination du réseau. Enfin, des invasions de percolation ont été appliquées pour déterminer les courbes de saturation pression pour les exemples de roches. Les distributions statistiques sont comparables aux valeurs de la littérature pour l’Indiana limestone. Cela a servi de validation de l’approche d’extraction de réseau pour Pink dolomite, qui n’a pas été précédemment examinés. Basées sur la connectivité et la séparation entre pores, les formations Aelles que Pink dolomite peuvent présenter des sites de stockage appropriés pour le stockage du CO₂. Les distributions de structure des pores et des courbes de saturation obtenus dans cette étude peuvent être utilisées pour informer noyau et modélisation à l’échelle du réservoir et les études expérimentales de la faisabilité de la séquestration.