Lagringssikkerhet Seleksjonskriterier for lager

Transkript

1 Lagringssikkerhet Seleksjonskriterier for lager Erik Lindeberg SINTEF Petroleumsforsking NTNU/TEKNA kursdagene januar 2010 CO 2 -håndtering-post København Trondheim 8. januar 2010 SINTEF Petroleumsforskning AS 1

2 Hva er formålet med CO 2 -lagring? Å holde innfanget CO 2 unna atmosfæren i 5000 år for å redusere risikoen for menneskeskapte klimaforandringer. SINTEF Petroleumsforskning AS 2

3 Hvorfor gjøre dette i undergrunnen (geologisk lagring)? Det finnes ingen andre alternativer som både har tilstrekkelig sikker oppeholdstid som har tilstrekkelig kapasitet, for ha det skal kunne utgjøre et viktig bidrag globalt, dvs. mange 100 milliarder tonn CO 2 (Gt) som har en kjent og overkommelig kostnad som bygger på en teknologi som er så moden at vi kan komme i gang tidsnok for at det skal ha praktisk betydning SINTEF Petroleumsforskning AS 3

4 Offshore eller onshore lagring Avstand mellom kilde og sluk (transportkostnader) Konflikt med annen aktivitet Offshore olje, fiske, krafttransport Onshore, vannforsyning, annen lagring Konsekvenser ved eventuelle lekkasjer Lagringskapasitet (Europa) Betydelig større kapasitet offshore enn onshore Mulighet for overvåking Offshore seismikk er både bedre og billigere enn onshore Mulighetene for å håndtere store mengder produsert saltvann SINTEF Petroleumsforskning AS 4

5 Offshore eller onshore lagring SINTEF Petroleumsforskning AS 5

6 Selected aquifers in the North Sea Aquifer Geo. Pres- Temp- Depth Average Area Poro- Net/ Pore Density Mass Permeforma- age sure rature to top thickness sity gros volume of CO 2 of CO 2 ability tions [bar] [ C] [m] [m] [km²] ratio [km³] [kg/m³] [M ton] [md] Utsira M Skade O Vade O Grid E Frigg E Heimdal P Hermod P Ty P Vidar P Forties P Agat C Ekofisk ¹ C Tor ¹ C Hod ¹ C Hidra ¹ C Johansen J Brent J Cook J Statfjord J Skagerak J SINTEF Petroleumsforskning AS 6

7 Benevning på geologiske strukturer i Nordsjøen SINTEF Petroleumsforskning AS 7

8 Utsiraformasjonen og norske olje- og gassfelt SINTEF Petroleumsforskning AS 8

9 Utsira- og Johansenformasjonen ( km 2 og km 2 ) Utsira Johansen SINTEF Petroleumsforskning AS 9

10 Hva er de største risikoene ved CO 2 lagring? At CO 2 vil kunne unnslippe til atmosfærene fortere enn våre designkriterier (dvs. før det har gått 5000 år) Det kan skyldes At takbergarten (forseglingen) er for dårlig At takbergarten skades ved injeksjon At takbergarten skades ved andre operasjoner, i praksis dreier det seg om brønner SINTEF Petroleumsforskning AS 10

11 Takbergart, forseglingsbergart En forseglingsbergart er en vannfuktende bergart som har så små porer at den kan forhindrer inntrengning en ikke-fuktende fase (for eksempel, olje, gass, CO 2 ) eller En bergart som har så lav permeabilitet at den i praksis er ugjennomtrengelig for strømning I det følgende vil det fokuseres på lagring i vannfylte reservoarer og den første typen forsegling SINTEF Petroleumsforskning AS 11

12 Karakterisering av takbergart Hvordan bestemmes utbredelsen og kvaliteten på takbergarten? Brønnlogging Prøvetaking av kjerner og studier av disse Seismikk SINTEF Petroleumsforskning AS 12

13 Karakterisering av takbergart Hvordan bestemmes utbredelsen og kvaliteten på takbergarten? Brønnlogging Prøvetaking av kjerner og studier av disse Seismikk top Pliocene top prograding unit top sand wedge depression above mud edifices top Utsira dome base Utsira mud edifices polygonally faulted horizon injection site 500 m SINTEF Petroleumsforskning AS 13

14 Sikrere jo dypere? Takbergarten er ikke bare den første forseglingen, men alle de geologiske starta opp til overflaten SINTEF Petroleumsforskning AS 14

15 Takbergarten over Utsiraformasjonen (Nordland skifer) har en tykkelse på mellom 100 og 200 m Det er imidlertid umulig at å forutsi kvaliteten på denne over hele formasjonen ( km 2 ) Den grunnleggende sikkerheten i et lagringsprosjekt ligger derfor ikke bare i nøyaktige forutsigelse av den geologiske kvaliteten, men i vår evne til å kunne overvåke hvordan den injiserte CO 2 oppfører seg etter at den er injisert Et viktig kriterium for å velge lagringsformasjoner er derfor hvor godt den lar seg overvåke De enkleste og viktigste metodene vi i dag har for overvåking er trykkutvikling seismikk (mer nøyaktig jo grunnere en observerer) SINTEF Petroleumsforskning AS 15

16 Hvordan kan takbergarten skades ved CO 2 injeksjon? Ved å øke trykket under forseglingen så mye at den sprekker Oppspekkingstrykket ligger typisk på 0.8 x det litostatiske trykket For grunne formasjoner (Utsira) betyr det at trykket ikke kan økes med mer enn 20 bar For dype formasjoner (Johansen) betyr det at trykket kan økes med maksimalt 40 bar SINTEF Petroleumsforskning AS 16

17 Average reservoir pressure, bars Trykkøkning i Utsiraformasjonen ved maksimal utnyttelse wells, 500 m perforations, horisontal wells 70 wells, 10 m peforations 210 wells, 45 m perforations. vertical wells 210 wells, 10 m perferations, vertical wells 70 wells, 80 m perforations Time, years SINTEF Petroleumsforskning AS 17

18 Formasjoner uten brønner? SINTEF Petroleumsforskning AS 18

19 Overvåking og sikkerhet CO 2 feltlaboratorium for overvåking Hurum, startet desember 2009 SINTEF Petroleumsforskning AS 19

20 Lagring uten fullstendig takbergart? Longyearbyen CO 2 -prosjekt SINTEF Petroleumsforskning AS 20

21 Simulation of tonne CO 2 injection per year during 100 years profile of middle of the model (z-axis exaggerated 15 times) CO 2 plume after 40 years of injection Water table in De Geerdalen 22 km CO 2 which is injected at 900 m depth, 80 m below the seal, is just reaching the cap rock after 40 years of injection SINTEF Petroleumsforskning AS 21

22 Simulation of tonne CO 2 injection per year during 100 years 100 years, end of injection 22 km CO 2 is spreading out under the cap rock and the diameter of the plume is 2 km SINTEF Petroleumsforskning AS 22

23 Simulation of tonne CO 2 injection per year 500 years 22 km The CO 2 plume is now migrating slowly towards east and is now 4 km long SINTEF Petroleumsforskning AS 23

24 Simulation of tonne CO 2 injection per year 5000 years 22 km The CO 2 plume is still migrating towards east, but migration is now very slow. The plume is now 7 km long SINTEF Petroleumsforskning AS 24

25 Magnification of the plume after 500 years illustrating that the model uses very fine vertical gridding in top of the formation to reduce numerical dispersion of thin front of the plume (gridblock height is 0.2 m in the upper layers) SINTEF Petroleumsforskning AS 25