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

CO2Flow – Videreutvikling av flerfasesimulatoren LedaFlow for å muliggjøre transport og injeksjon av CO2 CO2Flow har som mål å videreutvikle flerfase strømningssimulatoren LedaFlow til et robust, nøyaktig og konkurransedyktig verktøy med nødvendig funksjonalitet for å simulere steady-state og transient strømningsoppførsel i systemer med ren CO2 og CO2 med urenheter. Nøyaktige simuleringer vil muliggjøre reduserte designmarginer og reduserte investeringskostnader for CO2-transport- og injeksjonssystemer samtidig som driftssikkerheten opprettholdes. Nøyaktige prediksjoner er avgjørende for energi- og kostnadseffektiv drift og bidrar til å minimere risiko gjennom simuleringer av ulike operasjonsscenarier. CO2Flow drar direkte nytte av teknologioverføring og ekspertise innen flerfase strømningsmodellering utviklet ved SINTEFs Flerfaselaboratorier sammen med olje- og gassindustrien og LedaFlow de siste 20 årene. Vitenskapelig modellering for CO2 gjennomføres av SINTEF basert på data tidligere generert i prosjekter som CO2FACT og nye faseendringsdata fra pågående eksperimenter i det 90 meter lange vertikale forsøksanlegget DeFACTO. Modellforbedringer i LedaFlow gjøres tilgjengelige for partnere i betaversjoner. Etter grundig testing blir ny LedaFlow-funksjonalitet kommersielt utgitt av Kongsberg Digital. Allerede i 2022 ble en FoU-versjon av en modul for simulering av CO2 med urenheter sluppet til CO2Flow-partnerne. Modellen fungerer som grunnlag for en kommende kommersiell utgivelse. I løpet av 2023 var hovedfokus på å utvikle en ny faseendringsmodell som muliggjør mer nøyaktige prediksjoner for systemer med ren CO2 og mer robuste simuleringer. Modellen er validert mot eksperimentelle data og ble gjort tilgjengelig for prosjektpartnerne i en FoU-release sent i 2023. Den nye modulen for simulering av ren CO2 ble inkludert i den kommersielle releasen av LedaFlow i april 2024 (LF2.10). CO2Flow har også utviklet en ny modell som forbedrer prediksjon av strømningsregimer betydelig. Funksjonaliteten ble gjort tilgjengelig for prosjektpartnerne i en FoU-versjon av LedaFlow august 2023. Innovasjonsprosjektet CO2Flow mottar støtte fra Norges Forskningsråd og industri. Prosjektet eies av LedaFlow Technologies DA og prosjektpartnere er SINTEF, Kongsberg Digital, TotalEnergies, ConocoPhillips Skandinavia AS, Equinor, Harbour Energy, Petrobras, AkerBP og ExxonMobil.

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.