CO2 containment and monitoring techniques

COTEC (2019-2023 – utvidet pga Covid-19) er et tverrfaglig prosjekt som bruker et område i Utah USA som naturlig feltlaboratorie for å undersøke hvordan CO2 migrerer og lagres i et område med kjent geologi. Dette er av betydelig relevans for kvalitetssikring av CO2 lager som klargjøres i Nordsjøen. COTEC har samlet norske universiteter (UiO, UNIS) og institutter (NGI, NORSAR) samt fire USA-baserte universiteter, hvor bred og tverrfaglig ekspertise har bidratt til prosjektets helhetlige forståelse. I tillegg til forskning har COTEC et utdanningsprogram med en PhD student, en Postdoc-stilling og MSc-studenter. Seismiske data hjalp oss til å oppdage soner med høy fluidpermeabilitet og økt karbonutslipp. I disse sonene fungerer sprekker i jordens skorpe som rørledninger for væsker, ofte drevet av økt trykk. Denne oppdagelsen har betydelige implikasjoner for CCS-prosjekter som tar sikte på å lagre karbondioksid dypt under jorden. Studien vår antyder at forståelsen av egenskapene til jord og bergarter, spesielt tilstedeværelsen av væskefylte sprekker, er avgjørende for suksessen til CCS-prosjekter. Disse sprekker kan enten lette eller hindre væskebevegelse, noe som påvirker effektiviteten av karbonlagringssystemer. Så når det gjelder lagring av CO2 under bakken, handler det ikke bare om typen bergart og væske; det handler også om veiene disse væskene tar og det trykket som driver dem.

The project has contributed to enhanced, ground-truthed understanding of a fault-zone complexity when re-risking an area for potential carbon storage. Several methods on seismic data aquisition tailored to be complementary have identified low-velocity zones that correspond to areas with high permeability and elevated CO2 soil emissions. These regions are associated with the shallow damage zone, characterized by velocities resembling soil properties. Here, fluid-filled fractures open under increased pressure, reducing stress on the fault system and facilitating the upward migration of CO2. Knowledge transfer through seminar and conference participation has made key frindings available to centrally placed partners in Norwegian research and industry, while peer-reviewed journal publications are all open access.

Assessment of integrity of subsurface sequestration sites holding CO2 has been highlighted by the Smeaheia and Johansen prospect CO2 storage projects. We target a better understanding of seepage processes, where geological-geomechanical elements control flow across sealing rock units. Natural seeps are the easy accessible onshore counterparts to seismic chimneys; we will explore a natural CO2 leakage site (Utah, USA) to investigate the geological footprint and geophysical signatures of an active CO2 seal bypass systems in a new, truly novel approach, expanding on several past and ongoing projects. Observed flow and seep patterns, diagenetic status and rock strength assessments, summarized in 3D geo- and simulation models, will be used to investigate the geophysical signatures of CO2 flow along faults, by undertaking: (i) High-resolution outcrop studies, (ii) geomechanical analyses of fault materials acquired by drilling, (iii) 2D seismic investigation across the fault, (iv) monitoring of micro-seismic activity, (v) a synthetic seismic study. This integrated geological-geomechanical-geophysical-modelling bridges into de-risking of commercial storage projects, with significant learning potential of high relevance for application in North Sea storage projects.