Tilbake til søkeresultatene

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering

CO2 Storage in the North Sea: Quantification of Uncertainties and Error Reduction (CONQUER)

Alternativ tittel: CO2 lagring i Nordsjøen: kvantifisering av usikkerhet og feilreduksjon

Tildelt: kr 8,6 mill.

Målet med CO2 lagring er å lagre store mengder CO2 i geologiske formasjoner på en effektiv og trygg måte, uten risiko for lekkasje til grunnvannsressurser og med minimal lekkasje til atmosfæren. Avgjørelser må tas med hensyn på hvilke formasjoner som kan brukes og hvordan man kan overvåke prosessen for sikker CO2-lagring. Geologiske målinger er viktig, men ikke tilstrekkelig, og bør suppleres med realistiske datamodeller basert på data. Når simuleringer brukes ved beslutninger om CO2-lagring, vil begrenset forståelse for fysikken og mangel på data være et stort problem. Noen få målinger over flere kvadratkilometer inneholder ikke all relevant informasjon man trenger, og resultatet er betydelig usikkerhet i modellen. CO2-skyen beveger seg bare noen få meter per år men gjennom århundrene innebærer usikkerheten i utbredelsen risiko for lekkasje. Det kan også være fare for lekkasje gjennom sprekker forårsaket av høyt trykk som et resultat av injeksjon av CO2. Lagringsanlegg er svært dyrt, og usikkerhetskvantifisering er en viktig teknologi for å realisere storskala CO2-lagring og minimere unødvendige kostnader på grunn av dårlig funderte beslutninger. Flaskehalsen er mangel på pålitelige verktøy for å kvantifisere usikkerhet som skyldes begrensede data. I dette prosjektet har noen av disse kunnskapshullene blitt fylt ved utvikling av simuleringsverktøy for usikkerhetskvantifisering. Fokus er usikkerhet i tre viktige prosesser som kan føre til praktiske begrensninger på lagring: økende trykk under injeksjon av CO2 i en underjordisk formasjon, bevegelse av CO2-skyen over århundrene, og risiko for lekkasje gjennom takbergarten som dekker lagringsformasjonen. Et matematisk rammeverk for simulering av usikker transport av CO2 etter injeksjon i et reservoar har blitt utviklet. Effekten av usikre fysiske parametere kan simuleres, og utbredelsen av CO2-skyen på lang sikt er blitt undersøkt. Etter dette har modellen blitt utvidet til å håndtere oppløsning av CO2, og det har blitt utviklet og analysert effektiviseringsmetoder for raskere kvantifisering av usikkerhet i modellen. Det har også blitt utviklet et hierarkisk multi-kompleksitets samplingbasert rammeverk for usikkerhetskvantifisering av CO2 transport problemet, hvor en lav-rangs representasjon av lav kompleksitetsnivået er brukt til å identifisere relevante og redusere totalt antall samples på det høyere kompleksitetsnivået. Heterogene domener kan håndteres innen rammeverket. Metoder for effektiv representasjon av svært heterogene domener (kanaler og sprekker) er gjort. Her bestemmes usikkerhetsmodellene av data for mest mulig effektiv beregning. Metoder for identifisering av grenseflater mellom kanal og omliggende stein er også viktige for å oppnå nøyaktighet i beregningene. For å øke interessen og bevisstheten om usikkerhet knyttet til CO2-lagring, ble en populærvitenskapelig artikkel gjort tilgjengelig via nettsiden til avisen Bergens Tidende. Artikkelen (kun tilgjengelig på norsk) har tittelen "Hvordan håndtere usikkerhet ved CO2-lagring". En redusert-dimensjonal modell for kombinert tofasestrøm og geomekanisk deformasjon innenfor rammen av CO2-lagring er blitt utledet. Dimensjonsreduksjon er viktig for å gjøre stokastiske simuleringer meningsfylt mht. beregningstid. Den nye modellen forenkler kompleks flyt og interaksjon innen tynne lagringsenheter, og beholder samtidig de full-dimensjonale poroelastiske ligningene for tak- og bunnbergarten. Et simuleringsverktøy for poro-mekanikk som er kompatibelt med Matlab Reservoir Simulaiton Toolbox utviklet av Sintef, har blitt gjort tilgjengelig som åpen kildekode (se https://github.com/keileg/fvbiot). Denne metodikken er grunnlaget for stokastiske simuleringer i WP3. Ved lagring av store mengder karbondioksid i grunnvannsreservoar vil kapasiteten vanligvis bli begrenset av trykkoppbygging i reservoaret. I visse tilfeller kan trykkoppbyggingen bli redusert på grunn av lekkasje av formasjonsvann gjennom reservoarets takbergart. Denne reduksjon i trykkoppbygging er beheftet med stor usikkerhet, ettersom den delvis er bestemt av egenskapene over reservoaret hvor kun få målinger foreligger. Vi har bestemt et måltall for når lekkasjen gjennom takbergarten kan neglisjeres og utledet en metode som forenkler beregningen av trykkoppbyggingen når lekkasjen må tas hensyn til. I denne metoden blir lekkasjen beregnet gjennom en folding istedenfor en utvidelse av beregningsgitteret over reservoaret. Ved tyngdedrevet innløsning av CO2 i olje vil hastigheten i prosessen være sterkt avhengig av tetthetsdifferansen mellom olje med og uten innløst CO2. Tettheten er en sterkt ikkemonoton funksjon av molbrøken til CO2. Vi har påvist en stor usikkerhet i tetthetsfunksjonen og hvordan denne forplantes til innløst CO2. Metodikken for usikkerhetskvantifisering vil brukes i fremtidige CCS-prosjekter, men også innen andre anvendelser med usikkerhet i data, f.eks spredning av mikroplast i haven.

As an efficient means to reduce CO2 in the atmosphere, large-scale storage of CO2 in subsurface formations is today a necessary technology to reduce the effect of global warming. The goal is to efficiently store large amounts of CO2, without significant risk for leakage. The implementation of large-scale CO2 storage requires decisions on injection sites and strategies. When simulations are used to inform the decision making, lack of geological data such as permeability, caprock topography, location of fractures/faults, and stress in the formation will be sources of significant uncertainty. This uncertainty is transferred throughout the storage operation, via capacity estimates, operational constraints and potential creation of leakage, to legal questions about operational licenses and CO2 crossing international borders. Considering the costs of storage facilities, uncertainty quantification is a key enabling technology for realizing large-scale storage. The bottleneck is the lack of reliable tools for quantifying uncertainty due to limited data. In this project the knowledge gaps will be bridged by simulation tools for uncertainty quantification, tailored for large-scale storage. We focus on three key processes that may lead to storage constraints: pressure buildup during injection, long-term migration of CO2, and leakage through the caprock overlying the formation. We devise a model based on interconnected modules, each consisting of a tailored numerical method for one of the problems (geomechanics model, pressure problem and transport problem). Data from pilot studies such as Sleipner and Snøhvit will be used. Due to the prohibitive numerical cost of a direct implementation (complex physics and many sources of uncertainty), we use reduced order models and simplified physics. The expected outcome is a set of open source simulation tools where the errors from lack of data, modeling errors and numerical errors are systematically treated within a unified framework.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Aktivitet:

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering