CO2Flow - Advancing LedaFlow for robust and accurate multiphase flow simulations to enable transport and injection of CO2

Fangst av CO2 etterfulgt av permanent lagring i undergrunnen (Carbon Capture & Storage, CCS) gjør det mulig å oppnå betydelig reduksjon av CO2-utslipp fra industri og energiprosesser drevet av fossile brensler. CCS er derfor en viktig teknologi for å redusere karbonfotavtrykket globalt og for å nå klimamålene i Parisavtalen. Innovasjonsprosjektet CO2Flow skal bidra til å akselerere sikker og pålitelig utbygging av CCS ved å utvikle et nøyaktig og robust simuleringsverktøy for optimal design og drift av transport- og injeksjonssystemer for CO2. LedaFlow har inntil nylig primært rettet seg mot petroleumsproduksjonssystemer. De senere år har imidlertid de fleste store energiselskaper også satt seg mål om å nå «NetZero». Dette medfører fokus på reduksjon av CO2-utslipp gjennom CCS. Det er dermed et akutt behov for egnede simuleringsverktøy. Dessverre har eksisterende flerfase strømningssimulatorer kritiske begrensninger når de benyttes for CO2-transport. Noen av de identifiserte problemene er tidkrevende simuleringer, antagelse om stasjonære forhold hvor en ikke tar høyde for kinetikk, dårlig robusthet og liten eller ingen validering av fysiske modeller mot relevante eksperimenter. For å møte disse utfordringene, sikter CO2Flow på å gjøre flerfasesimulatoren LedaFlow til et foretrukket verktøy for CCS-applikasjoner, med den funksjonaliteten som trengs for å simulere stasjonære og transiente strømninger av ren CO2 og CO2 med urenheter. CO2Flow vil utvikle nye modeller basert på data frembrakt tidligere i forskningsprosjekter som CO2FACT. Prosjektet planlegger også eksperimenter i det 90 meter lange vertikale forsøksanlegget DeFACTO for å frembringe nye faseovergansdata. Modellene vil bli tilgjengelig for prosjektpartnerne i betaversjoner. Etter grundig testing vil ny funksjonalitet gjøres kommersielt tilgjengelig av Kongsberg Digital. En vellykket gjennomføring av CO2Flow kan posisjonere LedaFlow som et ledende kommersielt simuleringsverktøy for CCS-applikasjoner.

LedaFlow has until recently primarily targeted petroleum production systems. Most major energy companies are however shifting focus towards offsetting greenhouse gas emissions through Carbon Capture & Storage (CCS), and are in acute need for simulation tools for this. Unfortunately, multiphase flow simulators currently have many serious limitations with regards to simulating CO2 transport and injection, hence the petroleum industry is presently ill-equipped for this transition. Some of the identified problems are slow simulations, no kinetics (assume instant steady-state conditions), poor robustness, and little or no validation of the physical models against relevant experiments. To address this situation, the CO2Flow project aims to make the multiphase flow simulator LedaFlow a robust and accurate tool for simulating CO2 flows, with all the necessary functionality for simulating scenarios relevant for CCS applications. In order to achieve this goal, the following R&D challenges will be targeted: • Improvement of hydraulic closure laws for accurate prediction of both steady-state and transient CO2 flow behavior • Advanced kinetic models considering scenarios dominated by phase change transition • Improved steady-state simulator to deal with complex injection networks with CO2 including composition tracking • Accomplished numerical stability of the transient flow for CO2-rich systems • Accurate prediction of CO2 dry-ice particle formation It is believed that the successful resolution of these key challenges will position LedaFlow as a leading commercial simulation tool for CCS applications. CO2Flow will include scientific modelling based on data previously generated in projects like CO2FACT and new data from experiments to be conducted in the vertical experimental facility DeFACTO. Results will be made available to partners in beta releases and after thorough testing and validation new functionality will be commercially released.