Tilbake til søkeresultatene

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering

XMAS - Excitation method for continuous non-invasive monitoring of CO2 well integrity

Alternativ tittel: XMAS - Metoder for kontinuerlig fjernovervåking av integriteten til CO2 brønner

Tildelt: kr 3,0 mill.

Fangst og lagring av CO2 er et bidrag til å redusere den globale oppvarming som menneskeskapte CO2-utslipp har forårsaket. Lagring foregår ved å injisere CO2 via brønner i egnede geologiske formasjoner i undergrunnen. En forutsetning for metoden er at lagringen er sikker, det vil si at den injiserte gassen forblir i bakken. Den norske kontinentalsokkelen er et mulig område for storskala CO2-lagring. Her finnes det imidlertid mange brønner som er pluggede og forlatte, siden de ikke lenger brukes til produksjon av olje og gass. Disse brønnene er mulige lekkasjepunkt og deres tilstand er derfor vesentlig for lagringssikkerheten. På grunn av mangel på rimelige og effektive metoder for å vurdere brønnenes tilstand, behandles alle slike brønner som "høy risiko" ved vurdering av mulige lagringssteder. Dette fører til at operatører forkaster områder med mange brønner som ellers er egnede for CO2-lagring - til tross for at verdifull geologisk informasjon er tilgjengelig. For gunstig utnyttelse av ledig lagringskapasitet på norsk kontinentalsokkel er det derfor nødvendig å finne en kostnadseffektiv og pålitelig metode for vurdering av brønnenes tilstand uten å måtte åpne opp brønnene. En metode for fjernovervåking vurderes derfor som en "game changer" for CO2-lagring. Dette ville øke lagringsalternativene ved å tillate lekkasjevurdering av pluggede brønner, samtidig som det vil muliggjøre kontinuerlig overvåking av brønnenes tilstand under operasjoner. Et første skritt mot prosjektets mål var å studere overføring av ulike signaler langs brønnkonstruksjonen (foringsrør og sement), det vil si hvordan disse signalene kan sendes ut, måles og tolkes for å skape en tilstandsrapport for brønnen. Dette prosjektet kombinerte numeriske studier, laboratorieforsøk og ingeniørarbeid for å bestemme hvilke signaler som er mest lovende for fjernovervåking av brønnens tilstand. Prosjektet studerte også hvordan fremtidige brønner kan konstrueres for å muliggjøre fjernovervåkning. Prosjektet undersøkte potensialet til ikke-invasive brønnovervåkingsmetoder og tilsvarende genererte data. Fokuset har hovedsakelig vært på seismiske og elektromagnetiske signaler. Dette inkluderte å se på forskjellige innsamlingskonfigurasjoner som overflate- eller havbunnsinnsamlinger og å evaluere muligheten for å bruke brønnforingsrøret som en antenne (for elektromagnetiske signaler). Arbeidet som ble utført resulterte i en database med modellerte scenarier som spenner fra enkle til avanserte scenarier som tar i betraktning realistiske brønngeometrier. Dette var avgjørende for å forstå potensialet og begrensningene til ulike ikke-invasive måleteknikker. Parallelt har en skrivebordsarbeidsflyt som kombinerer brønnintegritetsvurdering, numerisk modellering og laboratorieeksperimenter for å vurdere behovet for ikke-invasiv geofysisk overvåking blitt utviklet og brukt på et eksempel fra Smeaheia-strukturen i Nordsjøen. XMAS undersøkte også hvordan man kobler tilgjengelige data og målbare signaler til identifisering av brønnintegritetsproblemer. Det studerte (i) hvordan tilgjengelig informasjon om brønner og P&A-rapporter kan oversettes til en kvalitativ vurdering av brønnintegritetsspørsmålene, og (ii) hvordan målbare signaler ved bruk av ikke-invasive overvåkingsteknikker kan knyttes til den kvantitative vurderingen av brønnintegritetsspørsmål. To metoder har blitt utviklet: en for rask brønnscreening basert på analyse av offentlig tilgjengelig informasjon fra brønnkompletteringsrapporter og en maskinlæringsbasert tilnærming for lokalisering og klassifisering av brønnskader. XMAS undersøkte og foreslo også et eksperimentelt oppsett i laboratorieskala for å utføre muligheten for deteksjon av brudd fra tomografiske målinger på prøveplugger. I tillegg ble en ingeniørstudie av de nødvendige endringene for neste generasjons brønnsystemer for å muliggjøre ikke-invasiv overvåking utført. Studien fremhevet at (i) direkte og nærfelt-fjernintegrasjon til eksisterende infrastruktur er sannsynligvis mulig med begrenset kompleksitet og kostnad, (ii) integrasjonsnivået er avhengig av brønntilstand og status, og (iii) de utviklede metodene og konseptene bør danne grunnlag for fremtidig demonstrasjon. Totalt sett har XMAS hjulpet SINTEF og Aker Solutions med å bygge opp en betydelig ekspertise innen ikke-invasiv overvåking av brønnintegritet og å etablere nye oppfølgingssamarbeid med flere industripartnere og ledende forskningsgrupper om temaet over hele verden. Prosjektpartnerne har stor tro på at ikke-invasiv (og dermed kostnadseffektiv) overvåking av eldre brønner vil spille en nøkkelrolle for å "låse opp" den allerede identifiserte enorme lagringskapasiteten på norsk kontinentalsokkel.

SINTEF and Aker Solutions have built significant expertise within the topic of well integrity using non-invasive monitoring and has also, thanks to this project, established connections to several industry partners and leading research groups on the topic world-wide. The importance of being able to quantify the well integrity status of a well without the need to re-open it is significant. For obvious reasons, large scale offshore CO2 storage is more feasible in "known" areas meaning already drilled areas e.g., depleted O&G reservoirs or decommissioned fields. This has several advantages: (i) they are well characterized, (ii) the pressure is low, reducing injection risk, (iii) infrastructure like wells and pipelines is already in place, and (iv) it may be possible to extract more hydrocarbons (CO2 enhanced oil recovery). The risks associated with possible issues with legacy wells can however be a showstopper. Non-invasive (and thus cost-effective) monitoring of legacy wells can therefore play a key role to "unlock" the huge capacity for storage on the Norwegian Continental Shelf already identified. In addition to the original plans for the use of non-invasive geophysical monitoring to report well integrity status, it became clear during the project that a tool for quick screening can be very useful for the storage resource exploration phase where a ranking of different storage options is required. The development of the tool has benefited from synergies with the Tophole KPN project. We foresee a clear need to further develop both methodologies (quick screening and monitoring) to answer the needs of CO2 and erergy storage operators.

Wells are the "gate keepers" of stored CO2, and their integrity dictate to a large degree the overall storage safety. Some wells penetrating prospective CO2 storage sites are plugged and abandoned, and their wellhead and upper casing pipes are severed several meters below seafloor. Due to a lack of methods for assessing their integrity, such wells are all treated as "high risk" when evaluating possible storage locations. This leads operators to discard heavily drilled regions from CO2 storage - despite the wealth of information available on the subsurface here. To optimally exploit available storage capacity on the Norwegian Continental Shelf, it is therefore necessary to find a way of reliably assessing the integrity of wells without having to enter them with logging tools. Such a remote (non-invasive) monitoring option would be a game changer for CO2 storage, as it would not only increase storage options by allowing leakage risk assessment of plugged wells, it would also allow continuous well integrity monitoring during operations - and thereby ensure targeted remediation and condition-based well intervention schemes. A first step for reaching this goal is to study the transmission of various signals along well construction materials (casing and cement), and how they can be imposed, detected and interpreted to draw up a well integrity report. This is the goal in the current project, which combines numerical studies, experiments and engineering work. It will determine which excitation methods and signals are most promising for remote well integrity assessment, and it will study ways future wells can be constructed (with different materials) to optimize remote monitoring possibilities.

Budsjettformål:

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering