Tilbake til søkeresultatene

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering

Induced-seismicity geomechanics for controlled CO2 storage in the North Sea

Alternativ tittel: Indusert seismisitet og geomekanikk for kontrollert CO2-lagring i Nordsjøen

Tildelt: kr 6,8 mill.

I løpet av perioden 2017-2020 gjennomførte fem verdensledende forskningsorganisasjoner fra Europa og Australia forskningsprosjektet "Induced-seismicity Geomechanics for Controlled CO2 Storage in the North Sea" (IGCCS) for å relatere indusert-seismisitet til geomekanisk respons, og for å demonstrere hvordan mikroseismiske data kan brukes som et viktig overvåkingsverktøy i Nordsjøen for sikker lagring. De bidragsgivende instituttene er Norsk Geoteknisk institutt (prosjektleder), NORSAR, Universitetet i Oslo, National Oceanography Centre og Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization. IGCCS ble økonomisk støttet av Norges forskningsråd (CLIMIT), Equinor og Total. Mikro-seismisk overvåking er basert på kontinuerlig måling av seismiske signaler utløst av brå bevegelser i undergrunnen som aktivering og / eller re-aktivering av forkastninger og sprekker. Å relatere slike data til den geomekaniske responsen krever kvantitativ forståelse av koblingene mellom geologi, geomekanikk og seismisitet. IGCCS startet med å definere representative geologiske modeller for potensielle CO2-lagringssteder i Nordsjøen, basert på relevant litteratur og data gjort tilgjengelig av industripartnerne. Disse representative geologiske modellene var grunnlaget for alle laboratorietester og numeriske simuleringsstudier i IGCCS. Deretter satte vi opp et omfattende laboratorieprogram med 16 triaksiale tester, der vi testet akustisk emisjon og geomekaniske egenskaper av bergartsprøver fra Nordsjøen og relevante analoge bergarter, som dekker relevante grunne, mellomliggende og dype lagringskandidater. Med dette arbeidet har vi oppdatert vår geomekaniske database for Nordsjøen, redusert usikkerheten i de eksisterende datadrevne korrelasjoner og belyst potensiell mikroseismisitet under spenninger relevant for CO2-injeksjon i Nordsjøen. Vi observerte også høyere styrke og stivhet for prøven mettet med CO2 sammenlignet med prøver mettet med sjøvann eller med blanding av sjøvann / CO2, noe som demonstrerer effekten av fluid og metning på deformasjonsegenskapene. Videre ga prøven blandet med både sjøvann og CO2 flest antall AE-hendelser, sammenlignet med prøvene som var fullstendig mettet med saltvann og CO2. Prøven mettet med a CO2 ga flest antall AE-hendelser med høyt energinivå. Testene fra Visund sandstein fra grunt dyp viste at AE hendelsene er spredt i prøven uten tydelig lokalisering av bruddplan, og et stort antall AE hendelser ble observert også ved små deformasjoner. For mer konsolidert sandstein fra Troll var det det langt færre AE hendelser og et tydelig definert bruddplan. Ved simulering av por-elastisk avlastning i sandstein representativ for CO2 injeksjon er det generelt ikke brudd og begrenset med AE hendelser. Men stor termisk nedkjøling fra CO2 injeksjon kan øke skjærspenningene og produsere mer AE hendelser spesielt for dype og stivere sandsteins reservoarer. I kontrast er takbergartene Draupne- og Nordland- aseismiske i det observerte frekvensområdet og under de testede spennings forholdene, inkludert langt mer ekstreme spenninger en antatt ved CO2 injeksjon og når prøven er mettet med sjøvann og scCO2-blanding for Draupne. De numeriske modelleringsverktøyene og arbeidsflyten utviklet i IGCCS ga ny kunnskap og støtter opp om de dominerende fysiske prosessene fra publisert litteratur. CO2-injeksjon, viser forskjellig respons av spenning og deformasjoner sammenlignet med vanlig sjøvann, som følge av komplekse poro-termoelastiske prosesser. Vi observerte også at oppførselen i takbergarten i nærheten av injeksjonsbrønnen (<1000 m) er kompleks, og det anbefales derfor dedikerte laboratorier tester for å kartlegge materialegenskaper i kombinasjon med avansert modellering hvor de termiske og hydromekaniske prosessene er fullt koblet. Vår numeriske simuleringsmetode for bruddforplanting basert på flerfasestrømning har vist godt potensiale for å forbedre vår forståelse av de viktigste mekanismene og parameterne som styrer brudd ved injeksjon av CO2. Tilnærmingen kan skaleres opp for å vurdere feltskalaundersøkelse, inkludert reaktivering og strømning langs forkastning. Vi genererte syntetiske mikro-seismiske data for å undersøke langsom seismisitet og mulige seismiske respons av denne prosessen. Motivasjonen vår ligger i likhetene til mekanismene mellom langsomme jordskjelv ved tektoniske skalaer og seismisitet indusert fra CO2 på reservoarskala. Gjennom IGCCS har vi bidratt med kunnskap som er relevant for å koble geomekaniske effekter med mikro-seismisk overvåking av CO2-lagringskandidatsteder i Nordsjøen, gjennom avansert laboratorietesting, THM-koblet numerisk simulering og feltskala seismisk databehandling og tolkning. IGCCS har levert et nytt datasett som kombinerer AE respons med geomekaniske egenskaper fra analoge og representative prøver fra Nordsjøen fra et omfattende laboratorieprogram. Dette nye datasettet gir et solid kunnskaps grunnlag for fremtidig forskning og utviklingsprosjekter.

IGCCS researchers worked together in the various areas of geophysics, rock mechanics, and geology and across different continents (Europe to Australia), i.e. strong interdisciplinary and international collaboration. Extensive rock mechanical tests in the advanced laboratory produced new valuable datasets and updated existing industrial database, which becomes a solid foundation for various CO2 storage related projects in the North Sea. IGCCS developed a stress inversion of seismicity data and can tell which events are dangerous to avoid, and which are not. Temperature effect due to cold CO2 is found significant for deep storage and complex in cap rock. Northern Lights therefore seriously considers thermal stress for the Aurora storage (around 2.5km depth). So IGCCS suggests that storage operators should plan for advanced laboratory tests to consider thermal effect in cap rock under in-situ condition and reflect into advanced numerical simulation.

The future CCS projects in the North Sea will require a better understanding of the induced-seismicity potential of the representative lithologies in order not only to predict, but also to control any undesired leakage or induced-seismicity in the region, which in turn ultimately would maximize the injectivity (e.g. widening up the pressure limit windows), yet still making the operation secure and confident. The current project work is motivated by this requirement and will be based on advanced acoustic emission (AE) lab tests, combined with geomechanical simulations (coupled with flow and thermal effects). In addition, the upscaling of the AE lab data to the field scale will be investigated, which will be again specific for the North Sea, and can be developed for CCS monitoring applications. We will also focus on two particular fundamental physical process: 1) CO2 injection vs brine injection; 2) thermal effects. Finally, all the outcomes should be able to be implemented into existing industry workflows. The scope of work in the proposal is established to fulfil the needs mentioned above, which is in turn to address and assist the following main themes in the offshore CO2 storage. -Better understanding of storage capacity, injectivity and long-term effects of stored CO2 -Better understanding of mechanisms that prevent leakage of CO2 -Increased understanding of how pressure build-up in a CO2 storage can be handled -Development of new and pioneering methods and equipment for monitoring, measurement and verification of stored CO2 -International cooperation to develop commercial CO2 storage in the North Sea. The project consists of 3 scientific parts (WPs) as described below. WP1: AE rock mechanical tests and material models WP2: Coupled geomechanics modelling of CO2 injection-induced microseismicity WP3: Application to field-scale monitoring

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering