Prosjektet RETURN har som hensikt å muliggjøre storskala lagring av CO2 i gamle olje og gassreservoarer, hvor
trykket er veldig lavt etter mange år med produksjon av olje eller gass. RETURN samler mange industri og
forskningspartnere i Norge, Nederland, Storbritannia, Tyskland, Italia og Canada. Det er stor gevinst i å lagre CO2 i
uttømte felt, siden disse er velkjente fra produksjonstida og trykket er lavt, noe som tilsier at det er plass til store
mengder CO2 uten lekkasjerisiko forbundet med for høyt trykk. Prosjektet fokuserte på gjenstående tekniske utfordringer knyttet til sterk kjøling av CO2 når det injiseres i lavtrykksreservoarer. Frysing, hydratdannelse og
faseoverganger i nærbrønnsområdet kan føre til plugging av porenettverket og hindre videre injeksjon. Gode
numeriske verktøy er nødvendig for å finne trygge driftsparametre. Videre må en ta hensyn til at spenningene i
bergartformasjonene ikke endrer seg uniformt under produksjon av olje og gass. Ved injisering av CO2 kommer man
ikke tilbake til den opprinnelige spenningsfordelingen. Spenningskonsentrasjoner kan dermed oppstå, med fare for
oppsprekking og danning av en lekkasjevei. I tillegg må man håndtere spenninger som følge av temperaturendringer
ved injeksjon av kald CO2. I dag håndterer man disse utfordringene ved å varme opp CO2 før injeksjon eller bruke et
høyt antall brønner med lav rate. Løsningen er dyr og krever mye energi. RETURN vurderte nye løsninger som har
som mål å muliggjøre effektiv, billigere gjenbruk av tomme reservoarer for langtidsdeponering av CO2. Prosjektet klarte å produsere (i) nye strømningsmodeller som tar hensyn til koblingen mellom brønn og reservoar, både teoretisk og ved å koble sammen kommersiell kode med egenutviklet kode (hos TNO i Nederland); (ii) beskrive oppførsel av bergarter under trykk og temperaturendringer, samt effekten av hydratdannelse i porerommet til lagringsbergartene og (iii) måle og modellere potensielt tap av brønnintegritet under temperaturendringer. Prosjektet har og fortsetter å publisere resultatene og har laget et fåtall retningslinjer for industrien basert på reelle feltdata og prosjektresultater, der konklusjonene var klare nok. CO2 injeksjon i begge feltlaboratoriene i prosjektet (FRS i Canada og Svelvik i Norge) førte til gode analyser, der man klarte å vise faseovergang i brønnen i Canada som ble delvis modellert med ny programvare av EBN i NL, mens på Svelvik ble en provosert lekkasje av en liten mengde CO2 fulgt i undergrunnen med den installerte fiber-overvåkningen. Flere seminarer ble organisert av RETURN, noen internt for de 18 prosjektmedlemmene for å diskutere resultater og viderearbeid med produksjon av anbefalinger og arbeidsflyt, samt åpne seminarer med andre ACT prosjekter eller inviterte CCS-kolleger i andre prosjekter. I juni 2023 ble det holdt felles seminar mellom RETURN og EU-prosjektet DISCO2 Store, hos SINTEF i Trondheim, etterfulgt i september av et felles ACT 3 webinar (SHARP, Cementegrity og RETURN). Begge arrangementene fikk stor oppmerksomhet og tiltrakk engasjerte deltakere. Andre resultater hos SINTEF har vært mekanisk, akustisk testing og CO2-eksponering av småprøver (Whitby og Lille John skifer) i samarbeid med NCCS. I tillegg har en lavfrekvens test blitt kjørt på Lille John, hvor en plug er "ristet" med ørsmå kompresjonsbølger ved lav, seismisk frekvens, noe som gjør at man kan måle stivheten til materialet veldig nøyaktig, før og etter CO2-eksponering. Det ser ikke ut til at materialets stivhet ble endret etter eksponering. Videre testing ble kjørt på en sementplugg med forhåndsaget sprekk, der økning i vannflømming resulterte i det som kalles reaktivering av sprekken, dvs. indusert skjærbevegelse av sprekkveggene med åpning av sprekken og økt "lekkasje" gjennom den. Forsøket ble repetert med CO2 i stedet for vann, noe som fikk sprekken til å tettes. Dette blir viktig kalibreringsdata for brønnintegritetsmodellen i prosjektet. Hydrattesting ble også kjørt i SINTEF, hvor CO2 flømmes gjennom en plugg mens temperatur og trykk endres slik at hydrat-"is" dannes i porene. Resultatene viser at en lav vannmetning i pluggen, som forventes for uttømte reservoarer, ikke forårsaker reduksjon i flyteevnen i pluggen. Dette er positivt siden man da sparer å måtte vaske bort hydratene eller bruke stor mengde dyre kjemikalier som hindrer dannelse av hydrater. Videre ble effekten av kald injeksjon på oppsprekkingstrykk undersøkt i SINTEF, med to testserier på brønnsement. Den første var på små hulsylinderplugger, uten omslutningstrykk. Resultatet var overraskende i at høy temperatur ledet til lavere oppsprekkingstrykk enn lavtemperatur vanninjeksjon i borehullet. Tester på større prøver i SINTEFs True Triax rigg, resulterte i motsatt oppførsel, noe som bør tas hensyn til i beregninger med forskjellige spenningstilstand. Prosjektet ble avsluttet i desember 2024 med møte i Brussel, på kontorene til SINTEF med presentasjon av resultater samt paneldiskisjon om veien videre.
Prosjektet har utviklet:
- En koplet brønn-reservoar flømmesimulator som kan predikere nedkjøling og faseovergang av CO2 med de tilhørende kompleksitet (med eksperimentell og numerisk validering, testet på en feltstudie og referansemålt mot kommersielle programvare). Simulatoren klarer dog ikke å predikere presis faseovergang, men predikerer oppførsel før og etter overgangen.
- En metodologi som bruker flere tilgjengelige programvarer for å vurdere integriteten til nærbrønnsområdet ved injeksjon av CO2 i depleterte reservoarer, som inkluderer endringer i bergmekaniske og transportegenskaper (validert med eksperimenter og feltstudier).
- Et brønnintegritetsverktøy for å la operatører kunne forsikre vellykket CO2 injeksjon som bevarer integriteten til brønnbarrierene, basert på eksperimenter, simuleringer og felttesting. Metoden kan inkludere forskjellige fysiske elementer baserte på dynamisk flømming, på krypegenskaper og plastisitet.
Virkningen til prosjektet er å kunne muliggjøre 'kald CO2 injeksjon' i depleterte reservoarer, ved å tilby operatører retningslinjer om brønndesign, plassering og operasjon. Dette vil bidra til redusert kostnad og økt sikkerhet. Prosjektet har også hatt sterkt fokus på kommunikasjon og deling av resultater.
Prosjektet RETURN har som hensikt å muliggjøre storskala lagring av CO2 i gamle olje og gassreservoarer, hvor trykket er veldig lavt etter mange år med produksjon av olje eller gass. RETURN samler mange industri og forskningspartnere i Norge, Nederland, Storbritannia, Tyskland, Italia og Canada. Det er stor gevinst i å lagre CO2 i uttømte felt, siden disse er velkjente fra produksjonstida og trykket er lavt, noe som tilsier at det er plass til store mengder CO2 uten lekkasjerisiko forbundet med for høyt trykk. Prosjektet vil håndtere tekniske utfordringer som gjenstår, knyttet til sterk kjøling av CO2 når det injiseres i lavtrykksreservoarer. Frysing, hydratdannelse og faseoverganger i nærbrønnsområdet kan føre til plugging av porenettverket og hindre videre injeksjon. Gode numeriske verktøy er nødvendig for å finne trygge driftsparametre. Videre må en ta hensyn til at spenningene i bergartformasjonene ikke endrer seg uniformt under produksjon av olje og gass. Ved injisering av CO2 kommer man ikke tilbake til den opprinnelige spenningsfordelingen. Spenningskonsentrasjoner kan dermed oppstå, med fare for oppsprekking og danning av en lekkasjevei. I tillegg må man håndtere spenninger som følge av temperaturendringer ved injeksjon av kald CO2. I dag håndterer man disse utfordringene ved å varme opp CO2 før injeksjon eller bruke et høyt antall brønner med lav rate. Løsningen er dyr og krever mye energi. RETURN vil forske på nye løsninger som har som mål å muliggjøre effektiv, billigere gjenbruk av tomme reservoarer for langtidsdeponering av CO2. For å nå målet blir det forsket på (i) nye strømningsmodeller som tar hensyn til koblingen mellom brønn og reservoar; (ii) oppførsel av bergarter under trykk og temperaturendringer og (iii) brønnintegritet under temperaturendringer, gjennom eksperimenter, modellering og felttesting. Prosjektet vil publisere resultatene og lage retningslinjer for industrien basert på reelle feltdata.
