Development and testing of novel cement designs for enhanced CCS well integrity

CEMENTEGRITY-prosjektet forsøker å utvikle og teste materialer, som gir bedre tetting av brønnhull som er utsatt for CO2 lagret i underjordiske reservoarer. Slike materialer bør 1) forhindre at det dannes lekkasjer; 2) være selvreparerende dersom det likevel oppstår lekkasjer; 3) ha et mindre miljøfotavtrykk enn de materialene som brukes nå. Lekkasje av CO2 gjennom eller langs brønnhull er en utfordring som må løses for å gi sikker lagring av CO2-. Dagens materialer for tetning av brønnhull er vanligvis basert på vanlig Portlandsement, og integriteten til disse materialene kan være en sårbarhet under CO2-injeksjon og -lagring. Lekkasjer kan dannes gjennom sementen, eller langs grensesnittene mellom sement og stål eller sement og stein, som følge av kjemiske, termiske eller mekaniske effekter. For å lykkes med å bedre tetningsmaterialer, må vi identifisere hvilke egenskaper som er kritiske for tetningens integritet. Vi må også utvikle praktiske metoder for å måle disse egenskapene under realistiske forhold, og modeller som kan brukes til ekstrapolering. CEMENTEGRITY prosjektet vil utføre eksperimentell forskning som tar for seg de kjemiske, termiske og mekaniske mekanismene som kan skade brønnboringens integritet under CO2-injeksjon og lagring. Vi vil teste en rekke forskjellige tetningsmasser. Vi vil støtte dette eksperimentelle arbeidet med numerisk modellering. Gjennom disse aktivitetene vil vi identifisere viktige egenskaper som sikrer langsiktig integritet av brønntetningsmaterialer, og vi vil også identifisere egnede metoder for måling av disse egenskapene. Våre funn kan deretter brukes når vi utvikler nye tetningsmaterialer for CO2-lagring, for å sikre den langsiktige integriteten til underjordiske CO2-lagringsreservoarer.

The leakage of CO2 through or along wellbores has been identified as one of the main challenges to secure subsurface CO2-storage. Currently used wellbore sealants, commonly based on Ordinary Portland Cement, can be a large vulnerability during CO2-injection and -storage. Leakages may form through the cement, or along the cementsteel or cement-rock interfaces, as the result of chemical, thermal, or mechanical effects. Therefore, better sealants need to be developed that can prevent leakages from forming, and that demonstrate self-healing capabilities when leakage pathways do form. In order to successfully develop such materials, critical properties need to be identified that will ensure seal integrity, and practical methods and procedures for measuring these properties under in-situ conditions need to be developed, along with models for their extrapolation. CEMENTEGRITY will address the chemical, thermal and mechanical mechanisms that may damage wellbore integrity during CO2-injection and -storage, through experimental research on 5 different sealant compositions. WP1 will perform flow-through experiments with CO2 and CO2 bearing H2S to test changes in permeability and mechanical properties. WP2 will expose sealants to supercritical CO2 with H2S and other impurities, to investigate changes in composition. WP3 will expose sealant specimens to thermal shocks and cycling, to observe thermal cracking and annulusformation. WP4 will develop numerical models to extrapolate experimental results. WP5 will measure sealant-steel bond strengths, and develop electrical resistivity methods for in-situ monitoring of sealant and interface integrities. WP6 will develop a novel, rock-based geopolymer sealant specifically for CCS applications. Based on these WPs, WP7 will identify key properties to ensure long-term integrity of wellbore seals during CCS, as well as suitable methods for measuring these properties. These methods can then be applied when developing new sealants for CCS.