Investigation of Carbon Dioxide (CO2)/Brine Interfacial Tension for Carbone Capture, Utilization, and Storage (CCUS) Applications

يعد احتجاز الكربون وتخزينه أمرًا بالغ الأهمية لتصفير انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مع تلبية الطلب المتزايد على الطاقة بأسعار معقولة لتزويد الاقتصاد العالمي. يتضمن احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه احتجاز ثاني أكسيد الكربون من المواقع عالية التركيز ونقله عبر خطوط الأنابيب أو السفن أو الشاحنات/القضبان وتخزينه في تكوينات تحت الأرض من خلال الآبار. إحدى التكوينات المحتملة للتخزين تحت الأرض هي تلك المشبعة بالمياه المالحة العميقة، والتي يشار إليها غالبًا باسم طبقات المياه الجوفية المالحة. تُستخدم محاكاة المكامن بشكل شائع لنمذجة سعة التخزين وعمليات التدفق في المياه المكتسبة. إحدى الظواهر الحاسمة التي تم دمجها في أجهزة محاكاة المكامن التنبؤية هي الاحتجاز المتبقي والشعري، والذي تحكمه قوى التوتر السطحي بين ثاني أكسيد الكربون والمحلول الملحي. لقد بحثت العديد من الدراسات المنشورة في سلوك ثاني أكسيد الكربون مع المحلول الملحي على نطاقات واسعة من الضغط ودرجة الحرارة والملوحة. ومع ذلك، فإن المنشورات العلمية لم تبحث في تأثير وجود شوائب الغاز مثل O2 وN2 وSO2 في ثاني أكسيد الكربون المحتجز على التوتر السطحي. لذلك، يهدف هذا المشروع إلى إجراء دراسة تجريبية لتأثير شوائب الغاز على التوتر السطحي لثاني أكسيد الكربون مع المحلول الملحي لتوفير فهم أفضل لسلوكه الفيزيائي في ظل الظروف الجيولوجية المتوقعة. في هذه الدراسة، سيتم دراسة نسب خلط مختلفة لثاني أكسيد الكربون والشوائب مع ملوحة المياه المختلفة وضغطها ودرجة حرارتها لدراسة مدى حساسية التوتر السطحي لهذه العوامل. سيتم إجراء قياسات التوتر السطحي باستخدام أحدث المرافق التجريبية الموجودة في مختبر جامعة الكويت، مثل مقياس توتر القطرة الدوارة ومحلل شكل القطرة. ستساهم هذه الدراسة في أبحاث احتجاز الكربون وتخزينه ليس فقط من خلال توفير البيانات التجريبية التي يمكن استخدامها لمزيد من التحليل والنمذجة المستقبلية، ولكنها ستوفر أيضًا رؤى قيمة حول تأثيرات شوائب الغاز على التطبيقات الميدانية لتخزين ثاني أكسيد الكربون.

Carbon Capture and Storage (CCS) is crucial in reaching CO2 net-zero emission, while meeting the increasing demand of affordable energy to supply world economy. CCS involves capturing CO2 from high concentration sites, transporting CO2 through pipelines, ships, or trucks/rails, and storing CO2 in underground formations through wells. One of the potential storage underground formations is deep saline water-saturated reservoir rocks, often referred to as saline water aquifers. Reservoir simulation is commonly used to model the storage capacity and flow processes in water acquires. One of the crucial phenomena that is incorporated in predictive reservoir simulators is residual and capillary trapping, which is governed by interfacial tension (IFT) forces between CO2 and brine. Numerous published studies have investigated the behavior of CO2/brine IFT over wide ranges of pressure, temperature, and salinity. However, the literature is scares of studies that investigate the effect of the presence of gas impurities such as O2, N2, and SO2 in the sequestered CO2 on IFT. Therefore, this project aims to experimentally investigate the effect of gas impurities on CO2/brine interfacial tension to provide better understanding of its physical behavior under geological conditions. In this study, various mixing ratios of CO2 and impurities will be studied with different water salinities, pressure, and temperature to investigate the sensitivity of IFT to these factors. The IFT measurements will be carried out using state-of-the-art experimental facilities existing at Kuwait University laboratory, such as Spinning drop tensiometer and HPHT drop shape analyzer. This study will contribute to the CCUS research not only through providing experimental data that can be used for further analysis and future modeling, but also it will provide val