Tilbake til søkeresultatene

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering

Improved performance of CO2 EOR and underground storage by mobility control of CO2

Alternativ tittel: Mobilitetskontroll av CO2 for forbedret utnyttelse ved EOR og akviferlagring

Tildelt: kr 8,9 mill.

CO2 lagring i sedimentære bergarter er en storskala løsning for å redusere utslippene av menneskeskapt CO2. Lagringskapasiteten i Nordsjøen er stor og muligheten av å etablere en storskala infrastruktur for CO2 lagring har blitt vurdert. Realisasjonen av en CO2 infrastruktur i Nordsjøen vil gjøre CO2 tilgjengelig for økt oljeutvinning (EOR). Å få en god dekningsgrad av injisert CO2 er en utfordring for CO2 basert EOR og også ved akviferlagring da vann kan produseres for å øke lagringskapasiteten. Det overordnede målet med prosjektet var å utvikle teknologi som kan redusere mobiliteten til CO2 for å forbedre effektiviteten av både CO2 basert EOR i oljereservoar og lagring av CO2 i akviferer. Som sekundære mål har ulike måter å kontrollere mobiliteten til CO2 blitt identifisert og evaluert. Forbedret dekningsgrad kan forbedre økonomien både for CO2 EOR og akviferlagring, forutsatt at egnede tilsetningsstoffer kan identifiseres, og at kostnaden ved å bruke tilsetningsstoffene er mindre sammenlignet med den tekniske forbedringen. Tilsetningsstoffer som skal brukes må være miljømessige akseptable. Mobiliteten av gass kan kontrolleres med skum som dannes ved bruk av vannløselige tensid. Dette har imidlertid begrensninger da strømningen av tensidløsning og gass normalt vil separeres kort etter injeksjonsbrønnen og skum vil da ikke lenger kunne dannes. Med et CO2 løselig tensid kan det dannes skum overalt der CO2 og vann finnes. Dette kan gi et nytt verktøy for mobilitetskontroll. Bruk av CO2 løselige tensider har vært hovedemnet i prosjektet. Bruken av vannløselig tensid samt forskjellige typer nanopartikler, enten som direkte fortykkere av CO2 eller som tensid eller dispergeringsmidler, er også vurdert for CO2 EOR. Numeriske reservoarsimuleringer med realistiske modeller og relevante inngangsdata for de viktigste fysiske fenomenene er nødvendige for å evaluere effekten av bruk av tilsetningsstoffer for mobilitetskontroll. Forenklede reservoarsimuleringer av akviferlagring med en kommersiell simulator for forskjellige reservoargeometrier viser at skum har et potensial til å forbedre dekningsgraden og kan øke lagringskapasiteten med en faktor på tre sammenligner med injeksjon uten skum. Oppbygging av høyt trykk i injeksjonsbrønnen kan imidlertid bli et problem hvis skummet er for sterkt. Forbedrede simuleringsverktøy som inkluder effekter som hastighetsavhengige egenskaper til skum, fordeling av tensid mellom CO2 og vann, konsentrasjonseffekter og adsorpsjon/desorpsjon er nødvendig både for mer nøyaktige simuleringer og for å definere ønskede tensidegenskaper. Et simuleringsverktøy som inneholder dette er utviklet på MRST-plattformen i delprosjektet "Reservoir management and EOR" i Norwegian CCS Research Centre, NCCS. Videre utvikling og utprøving av simulatoren er nødvendig. En serie skuminjeksjonseksperimenter som muliggjorde bestemmelse av relative permeabiliteter for CO2 og vann er gjennomført tidligere. Flere typer ikke-ioniske tensid ble da utprøvd. Forsøk i en 1.15 m lang Bentheimer kjerne med CO2 injeksjon i tensidmettet kjerne er nå utført med samme typer tensid. Alle ikke-ioniske tensid er etoksylater, men med forskjellige strukturer på den hydrofobe delen. Resultatene viste en større variasjon i oppførsel sammenlignet med tidligere forsøk. Noe av forskjellen kan forklares med forskjellig løselighet av tensid i CO2. Ikke-ioniske tensid ser ut til å danne skum lettere ved lav injeksjonsrate sammenlignet med et anionisk tensid som er med som referanse. Forsøksresultatene blir brukt til å utprøve MRST modellen. Langkjerneforsøk med olje viste viser at tre utprøvde tensid dannet stabile skum i nærvær av en av en reservoarolje fra et norsk oljefelt. Faselikevektsforsøk viser at fordelingen av tensid mellom saltvann og CO2 varierer betydelig avhengig av tensidets struktur samt trykk og temperatur og konsentrasjon. I samarbeid med det tyske selskapet DataPhysics Instruments GmbH er det utviklet et unikt "oscillerende dråpe" rheometer som kan måle overflateviskositeten og overflateelastisiteten til skumfilmer ved høyt trykk og høy temperatur. Målinger med tensidsystemene som er brukt i flømmingsforsøkene viser imidlertid at det med det begrensede utvalget av tensid som er brukt i prosjektet ikke har vært mulig å relatere målt overflatereologi til skumegenskaper i porøse materialer. Overfatereologi kan være viktig for mange prosesser med dispergerte fluider.

Resultater fra prosjektet har vist at det er mulig å danne stabile skum mellom CO2 og tensidløsninger ved betingelser som er relevante for CO2 EOR og akviferlagring av CO2. Alle de utprøvde tensidene, både et anionisk referanse tensid og et lite utvalg av ikke-ioniske tensid dannet skum, men egenskapene avhenger av type tensid. Transport av skum i porøse materialer er en kompleks prosess. For å kunne predikere en feltskala skuminjeksjon og identifisere ønskede tensidegenskaper er det nødvendig med en simulator som kan bergene virkningen av skum. Arbeidet med å utvikle en skumsimulator pågår i et parallelt prosjekt med data fra det pågående prosjekt. Gjennom prosjektarbeidet er det tatt i bruk og utviklet en rekke laboratorieteknikker for måling av skumegenskaper. Sammen med et fysikalsk basert simuleringsverktøy gir dette et godt grunnlag for videre arbeid relatert til mobilitetskontroll ved injeksjon av CO2 der skum ser ut til å være den best egnede metode.

Most water flooded North Sea reservoirs are becoming mature with increasing water cuts. The need for effective methods to mobilise some of the remaining resources is therefore urgent. CO2 EOR in large scale is an interesting option. However, due to the offshore location the well spacing is large and the need to control the mobility is therefore important in order to achieve good macroscopic sweep. CO2 storage in sedimentary rocks has been recognized as a solution for reducing the emission of CO2. The storage capacity in the North Sea formations may be sufficient for EU point sources for the fossil era. Plans for establishing a large scale infrastructure is presently being evaluated. The realisation of a CO2 infrastructure will make CO2 available for EOR. In this project various means for controlling the mobility of CO2 at conditions relevant for CO2 based EOR and aquifer storage in Norwegian continental shelf formations will be identified and evaluated. In the first part of the project a state of the art literature review for different methods for CO2 mobility control will be performed. This includes traditional foams based on surfactants solubilised in brine, foams using surfactants solubilised in CO2, foams stabilised by nanoparticles, components added as direct CO2 thickeners and nanoparticles used as CO2 thickeners. The review will be supported by simplified reservoir simulations. In the following parts of the project the use of water and CO2 soluble surfactants and various types of nanoparticles will be studied experimentally. This will include both bulk phase and core flooding experiments, numerical simulations and simplified economic evaluations. The priority of topics may be changed depending on the outcome of the first part. The project will adress novel techniques for mobility control and a post.doc. position will be included in the work. The project will be done in cooperation with North American universities.

Budsjettformål:

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering