Tilbake til søkeresultatene

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering

Polymer resins for remediation of leakages in CO2 wells

Alternativ tittel: Polymer resins for remediation of leakages in CO2 wells

Tildelt: kr 5,0 mill.

Prosjektleder:

Prosjektnummer:

256448

Prosjektperiode:

2016 - 2020

Organisasjon:

Geografi:

Globale CO2 utslipp er en hovedårsak til klimaendringer og - utfordringer globalt. En vesentlig andel CO2 utslipp kan elimineres gjennom fangst og lagring av CO2. En løsning for lagring er gjenbruk av olje/gass brønner og injisere CO2 inn i reservoarene og deretter sikre at brønnen er tett. Det er godt kjent i industrien at brønner over tid lekker og forskjellige løsninger har blitt utviklet for å tette brønnene igjen. En metode ofte brukt har vært å injisere sement inn i sprekkene, men grunnet noen alvorlige mangler har det blitt viktig å søke nye løsninger for dette. Dette prosjektet har som mål å utvikle en løsning hvor en bruker resin som tetningsmateriale. ThermaSet® er et kommersielt resin-materiale som har vist et betydelig potensial i tetning mot CO2. Materialet kan styres slik at det herder (stivner) på en bestemt tid på en gitt temperatur og vil derfor effektivt kunne tilpasses de enkelte brønnene. En utfordring er å utvikle material og metode for å forstå hvordan en effektivt kan fylle sprekker/lekkasjer i brønnene slik at lang tids tetning er sikret. Hittil er et miljøvennlig resin, EnvoSet®, allerede utviklet og nå et kommersielt produkt. Resultater viser at ThermaSet® og EnvoSet® kan skvises inn i store sprekker (500 µm), små sprekker (72µm) og flere forskjellig sprekker (91-500 µm), med en tetning på nesten 100% etter resin behandling. Det viser seg at tetningsevnen varierer ved bruk av fyllstoff og med bruk av resin med forskjellig viskositet. Etter en rekke screeningtester ble resinene ThermaSet® og EnvoSet® valgt til å bli injisert i oppsprukne sementkjerner. Testingen viser at både ThermaSet® og EnvoSet® er godt egnet som tetningsmateriale med en tetteeffekt på 100% etter injeksjon i sprekk. Disse kjernene ble videre utsatt for strømning av CO2, for å forstå resinens toleranse og fortsatte tetningsevne etter eksponering til CO2 over tid. Simulering av CO2 lekkasje etter resin behandling ble gjort ved å injisere først superkritisk CO2 og så CO2-saltvann gjennom kjerneprøvene for å se om dette hadde effekt på resinens tetningsevne. Kjernene som ble forseglet av resin ThermaSet® og EnvoSet® ble utsatt for superkritisk CO2 i 38 dager og deretter ytterligere utsatt for CO2-saltvann i 55 dager. I begge tilfeller ved 75°C and 100 bar trykk. Etter at eksponeringen ble avsluttet (etter 93 dager), ble permeabilitet for vann målt på nytt og begge kjernene var fortsatt tette. Dette indikerer at injeksjon av superkritisk CO2 og CO2-saltvann ikke påvirker tetteeffekten til resinen. Den langsiktige integriteten ble evaluert ved å bestemme fysiske og mekaniske egenskaper ved gitt tidsintervaller i et akselerert teste system i simulerte nedihullsforhold: 100°C and 500 bars. Egenskaper til resin samplene er målt: før eksponering (0 dag), etter 1 måned, 3 måneder, 6 måneder og 12 måneder med eksponering for CO2-mettet saltvann or reint saltvann (som referanse). Resultater viste noen reduksjoner i de mekaniske egenskapene etter langsiktige eksponering for saltvann og CO2-mettet saltvann. Disse reduksjonene stabiliserte seg etter 1 to 6 måneders eksponering og styrken forble høy etter utflating. Resinens permeabilitet for gass forble så lav som initial, og dermed ikke målbar. Sammenlignet med referanse-saltvann, skaper CO2-saltvann et surt miljø (pH 3.1) og dermed en akselerert resin-vann interaksjon, noe som resulterte i raskere endringer i resinsprøvene. Slike interaksjoner når likevekt etter noen tid, og til slutt har resinen beholdt et veldig likt nivå av mekaniske egenskaper utsatt enten for bare saltvann eller for CO2-mettet saltvann. Basert på laboratorie kjerneflømming, eksperimentelle resultater og langsiktig CO2-eksponering studie under realistiske forhold, ble de to polymer resinene funnet å være lovende kandidater for varig tetning av lekkasjer i et CO2 miljø. Resultatene har også vist at utformingen av resin formuleringen er veldig viktig for bruken.

Three new products (an environmentally friendly resin and two additives) have been developed and added in the portfolio. These products development has a positive environmental impact. A novel method - consistency under applied pressure test (CAPT) for the determination of curing of resin under downhole conditions has introduced to the operation. CAPT could allow an accurate prediction of the curing process, thus enhance the value to the applications of resins in Oil & Gas wells. Based on the laboratory core flooding experimental results and long-term CO2 exposure study at realistic conditions, the evaluated thermal activated polymer resin systems were found to be siutable candidates for remediation of leakages in CO2 wells. The results have also shown that the design of the polymer resin formulation is very important for the application.

Wells have been identified as a probable cause of leakage during CO2 storage, and failure of the annular cement sheath as well barrier element is a likely cause for well leakages. Cracking and debonding of the cement sheath occur as a result of repeated temperature and pressure cycles in the well, such as those experienced during injection, and is therefore likely to occur in CO2 injection wells. Furthermore, CO2 wells are often old, converted petroleum wells, where the cement sheaths have been damaged by such processes during decades of petroleum production. The most common method for remediation of leakages through cement sheaths is squeeze cementing, but since cement has some series limitations in squeeze operations, an alternative is the use of temperature-activated polymer resins as sealing materials. The commercially available ThermaSet® developed by WellCem AS, has demonstrated significant potential for this application. Moreover, due to its resistance to CO2, ThermaSet® has a huge potential as remediation material for leakages in CO2 wells in particular. The current version of Thermaset® can be squeezed into small fractures, however there are still several unanswered questions with respect to potential application as remediation material. Different mechanisms of cement failure (temperature or pressure cycles, CO2 leakage) may result in leak paths or fractures of different sizes and lengths, and requirements for successful remediation of fractured cement by using a polymer resin are unknown. It is necessary to determine to which extent the fractures need to be filled to achieve a complete seal. In addition, the fluid properties of Thermaset® need to be optimized for efficient squeezing into and sealing of small fractures. The underlying idea of this project is therefore to develop a new version of the polymer resin ThermaSet® as an alternative remediation material for stopping leakages in CO2 wells.

Aktivitet:

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering