Tilbake til søkeresultatene

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering

Stress Path and Hysteresis effects on Integrity of CO2 Storage Site

Alternativ tittel: Spenningssti og hystereses innvirkning på integritet av CO2-lagringssted

Tildelt: kr 10,8 mill.

Prosjektet SPHINCSS har hatt som mål å undersøke nærmere risikobildet knyttet storskala CO2-lagring, spesielt når det gjelder planer offshore Norge. Fokuset har vært rettet mot geomekaniske innvirkninger på evnen til et valgt lagringsreservoar å holde CO2 trygt i lagerets formasjon og bergart. Med geomekanikk mener man studien av trykkfordeling i en bergart som er påvirket av samspill mellom porefluidtrykket og solidtrykk i tre retninger som overføres mellom bergartens korn og mineralsement mellom nabokorn. Enhver økning eller reduksjon i poretrykket som følge av injeksjon eller produksjon av fluid (i vår studie CO2, saltvann eller olje og gass) vil påvirke solidtrykkomponentene, kalt spenningene. Både reservoar og toppbergartsspenningene påvirkes, spesielt i grenselandet mellom de to og der forkastninger skiller mellom dem. I prosjektet fikk vi studert i detalj kjerner fra Draupne-skifer (donert av Equinor) og vurdert dets evne å motstå eksponering til CO2. Dette ble gjort ved å måle styrke og stivhetsendringer når en plugg blir eksponert til mange variasjoner i CO2 og saltvann-blandinger. I dette prosjektet fikk vi introdusert nye metoder for å undersøke innvirkning av CO2 på mekaniske skiferbergarts egenskaper: - Lange kompresjonstester på små kjerner med SINTEF miniatyr-trykkcelle, hvor et lite hull er boret i senteret av pluggen for å få raskere inntrengning av CO2 løst i saltvann. I disse testene måles stivhet og styrke uten CO2 og samme prosedyre testes med eksponering til CO2. Her så vi litt svekking av de pluggene eksponert til CO2, men dette er i svært liten grad, trolig fordi Draupne ikke inneholder mye syrefølsomme mineraler. - Lavfrekvens testing, hvor skiferplugger utsettes for syklisk kompresjon i en spesiell celle, designet for å gjenskape effekten av en seismisk bølge som treffer pluggen. Her er deformasjonen så liten at den ikke ødelegger pluggen, og derfor er testen slik at men kan teste på samme plugg effekten på stivhet av referanse-saltvannmetning med tilførsel av CO2 seinere i testen. Stivheten er målt kontinuerlig med veldig hør presisjon, og man kan derfor identifisere lengre tids trender. Her så vi neglisjerbar endring i pluggens stivhet da CO2 ble introdusert. - "Punch" testing, hvor en spesielt-designet kompresjonscelle er brukt på 5 mm diameters "pannekaker" av Draupne-skifer. Et stempel punkterer et lite hull i skiven, og kraften som trengs til det måles. Skjærstyrken til materialet kan da beregnes. Mange slike tester kan utføres på samme plugg, pga de små dimensjonene som trengs. Draupne-skiferen ble eksponert til saltvann, CO2-gass løst i saltvann, superkritisk CO2 løst i saltvann, tørr CO2 og luft. Testene ble repetert for hver eksponering etter 1 dag, 2 dager og 7 dager for å vise tidsutvikling av styrken til skiferen. Her så vi at tørr CO2 (i felt, injiseres det tørr CO2, men den plukker med seg fuktighet jo lenger den er i kontakt med porevann) svekker skiferen mindre enn CO2 løst i saltvann, som svekker steinen litt mer enn kun saltvann. Andre laboratorieaktiviteter inkluderte undersøkelse av naturlige sprekker i Draupne-skifer ved hjelp av skjærbokstesting hos NGI i Oslo og bruk av UiOs HADES celle under synkrotronsstråling i Grenoble. Skjærboksen forflytter den ene siden av en sprekk relativt til den andre som forblir stasjonær, og friksjonen som oppstår måles som funksjon av hastighet. Resultater fra denne testingen er at kompresjon oppstår ved skjæring, noe som tyder på at en sprekk eller forkastning i Draupne ville leges under deformasjon, altså gode nyheter. Første analyser fra HADES-testen viser at man er i stand å identifisere CO2-dråper som trenger inn i en sprekk (som vi forårsaket med kompresjonstesting), og at lengre eksponering kan vise om sprekken åpnes mer eller leges og lukkes til slutt, siden vi klarte å beregne alle lokale deformasjoner vha bildeanalyse. På modelleringssida fikk vi bruke SINTEF sin fraktureringskode MDEM til å simulere lekkasjerisikoen langs en forkastning. Resultater viser at reduskjon i poretrykket som følge av oljeproduksjon kan danne sprekker langs forkastningen og dermed en lekkasjevei hvis CO2 injiseres i samme reservoar, mens en saltvannbærende lager tåler mer trykkøkning. Disse konklusjonene ble verifisert med en kommersiell kode. En annen enkel modell simulerte fraktureringsrisiko i reservoaret som følge av deponering av oppløst partikler i porehalsene og økt injeksjonstrykk. Som forskerprosjekt var det også viktig å ha fokus på utdanning: en post-doc og 3 Franske masterstudenter deltok i laboratorie og modelleringsarbeid, som resulterte i 2 journalartikler. I itllegg fikk Post-doc N. Agofack reise 2 ganger til Frankrike for å besøke A. Bois fra Curistec i Lyon og prof. J. Sulem fra Ecole des Ponts i Paris som var rådgivere i prosjektet og hjalp med planlegging og tolking av forsøkene. N. Agofack tilbrakte også 3 uker på Lawrence Livermore lab i California, hvor han fikk opplæring i bruk av koden deres Geos.

Prosjektet har undersøkt potensielle forskjeller mellom et tømt olje-reservoar og en akvifer med uendret opprinnelig poretrykk. En akvifer bygger raskere opp trykk, mens en begrenset injeksjon av CO2 i et depletert reservoar vil ikke overstige opprinnelig trykk. Likevel viser våre simuleringer at å tømme olje eller gass fra reservoaret kan forårsake irreversible spenningskonsentrasjoner på forkastninger langs reservoaret. Når poretrykket øker igjen, vil det kunne lekke CO2 langs forkastningene, mens skadene for akviferer er betydelig lavere. En virkning vil derfor være at mer modellering og karakterisering bør anbefales når et større lagrinssted vurderes og at forkastninger må studeres i større detalj enn i dag. Samtidig, peker prosjektet på at skiferformasjoner ikke er like og sannsynligheten for å forårsake skjærbrudd i toppbergart er svært liten. Resultater fra dette prosjektet er med å øke tilliten til CCS generelt og bidrar til vurdering av CCS i større skala enn pilotskala.

In order to ensure CO2 storage site containment, the highest confidence in modelling the geomechanical changes occurring in the surrounding rocks has to be attained. Prior work has highlighted that expected stress changes will be of different nature at different locations in a caprock overlying a storage reservoir and in the proximity of faults bounding it. In addition, different stress paths are expected for aquifers and depleted reservoirs, again impacting expected stress distribution in the caprock. Hysteresis here refers to non-uniqueness in explored deformation states upon varying stress; these stress variations can be the outcome of pressure cycles in the reservoir, geological stress variations (burial and uplift sequences) and in the near-well area, the consequence of cyclic injection and temperature values. This project will explore the consequences of varying pore fluid pressure in a CO2 storage site on the stress state in the reservoir (particularly around the injection well), the caprock and bounding faults. This will be done for aquifers and depleted oil/gas fields, for features taken from North Sea candidate sites proposed by Statoil. - Experiments will mimic fluid injection and well shut in cycles, monitoring fatigue effects and thermal stress possible damage. Exposure tests to CO2 will complement the investigation, addressing geochemical effects on rock stiffness and strength, for several lithologies. These tests will be conducted on state-of-the-art rigs at SINTEF and Ecole des Ponts Paris and analysed in collaboration with Curistec, France and Lawrence Livermore National Laboratories, USA. - Stress path effects on rock specimens including field shale donated by Statoil will be measured in triaxial conditions and for partial CO2 saturation, combined with seismic and ultrasonic acoustic measurements at SINTEF. - Fracture shear and fault reactivation tests will be carried out at NGI. NGI and SPR will then run reservoir scale geomechanical modelling.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering