Simulerer hvor mye CO2 som kan lagres

project-news Hugo Ryvik
05. desember 2013

Trondheimsbedriften Lithicon Norway har utviklet programmer som utfører virkelighetsnær simulering av CO2-lagring i sandstein. De viser hvordan CO2 beveger seg fra injeksjonspunktet til ute i reservoaret. (Prosjekt 218907)
 

​​

Før det blir satt i gang storstilt lagring av CO2 nede i jordskorpa, er det viktig å vite mest mulig om hvor sikre lagringsstedene er, og hvor mye CO2 de er i stand til å ta imot og holde på.

Det kan Lithicon Norway AS, tidligere Numerical Rocks AS, slå fast med stor nøyaktighet etter å ha utviklet programmer for simulering av CO2-lagring og injeksjon.

Gir tydelige bilder

Simuleringen skjer direkte på tredimensjonale digitale modeller av bergartsprøver. Med stor visuell tydelighet kan du se hvordan klimagassen vil oppføre seg etter hvert som den blir presset inn i reservoaret.

Etter å ha gjennomført to CLIMIT-støttede prosjekter, ligger grensebetingelsene for modellene tett opptil data som kommer fram i eksperimenter med bergarter.

http://www.gassnova.no/frontend/files/CONTENT/Fluidfordeling%20630.jpg

CO2-lagring-simulering.jpg 


Eksempelet viser hvordan CO2 kan fordele seg i porene i sandstein under ikke-stasjonær strømning (t.v) og stasjonær strømning (t.h.). Ill.: Lithicon

Viser om lagringsstedet tåler oppsprekking

En av de viktige tingene som simuleringene kan finne ut, er hvor mye CO2 som blir kapillært fanget i bergartene. Kapillærtrykket hindrer nemlig gassen fra å bevege seg selv om reservoaret skulle sprekke opp. Dermed vil den fortsatt være fanget nede i bakken.

– Terskelkapillærtrykket må overvinnes for å få presset CO2-en gjennom de trange porehalsene og inn i porekroppene, det vil si de største hulrommene mellom sandkornene. Det samme terskelkapillartrykket sørger for å holde CO2-en på plass i porekroppen, forteller Håkon Rueslåtten fra Lithicon, som er prosjektleder.

Takler de fleste lagringsforholdene

Flere relevante sandsteinsprøver er brukt i simuleringene, og forskjellige fluid og strømningsegenskaper er prøvd ut. Resultatene er positive, og viser at simuleringene er i stand til å inkludere de fleste relevante forhold for strømning som inkluderer CO2.

Simuleringene gjør det også mulig å få fram en hel del nyttig tilleggsinformasjon, slik som avbildning og analyse av fortrengningsfronter for vann og CO2 inne i porestrukturen. Programmet kan nå også utføre sensitivitetstester på viskositet og grenseflatespenninger.

Dette er nyttig blant annet fordi CO2 blir injisert i flytende form, men går over i superkritisk fase ved en temperatur på cirka 32 grader og et trykk på cirka 75 bar (se illustrasjon nederst i artikkelen). Da får den andre egenskaper og andre grenseflatespenninger mellom seg selv, vann og olje.


 


Håkon og Thomas.jpg 

Håkon Rueslåtten (t.h.)har vært prosjektleder. Thomas Ramstad (t.v.) har gjort en stor innsats med simuleringsalgoritmene. Foto: Lithicon

Startet med flerfasesimulering

Teknologien ble i utgangspunktet utviklet ved Statoils forskningssenter for å simulere flerfase, det vil si strømning olje, vann og gass. I 2005 ble Numerical Rocks AS startet for å ta utviklingen videre.

Forskerne syntes løsningen kunne være interessant for injeksjon av CO2 i sandstein også. Til å begynne med ble det laget modeller som var basert på ekstraherte porenettverk fra bergartene fra høyoppløste tredimensjonale bilder.

– Vi fikk kritikk for at en slik forenkling ikke kunne føre til riktige resultater, så da utviklet vi en løsning der vi kan simulere direkte fra de digitale bildene, forteller Rueslåtten.

Stasjonær og ikke-stasjonær strømning

I det første CLIMIT-prosjektet, som gikk fra 2010 til 2011, ble det utviklet en metode som fungerte bra for stasjonær strømning (steady state). Dette er strømninger med lav hastighet, det vil si under én meter i døgnet, og typiske strømningshastigheter ute i reservoaret. Ved stasjonær strømning er det kapillærkreftene råder.

Nærmere injeksjonsbrønnen er det imidlertid mer turbulente strømninger. I et nytt CLIMIT-prosjekt ble det derfor utviklet en modell som simulerer ikke-stasjonære forhold også (unsteady state).

I tillegg ble det oppskalert til større bergartsvolumer. Programvareresultatene ble sammenlignet med fysiske eksperimenter på laboratoriet, og programvaren ble forbedret slik at den jobber raskere.

Blytunge beregninger

De matematiske beregningene som blir utført er omtrent like tunge som for fulle feltmodelleringer, o​g krever enormt mye datakraft. Forskerne fikk benytte superdatamaskin hos nasjonalt senter for tungregning, NOTUR, til mye av beregningene i utviklingsfasen.

– Vi har et eget Linux-cluster med stor nok datakraft til å gjøre simuleringene for våre kunder, sier Rueslåtten.

Thomas Ramstad har stått for brorparten av utviklingen av simuleringsalgoritmene, mens IT-gjengen hos Lithicon har sydd det inn i progamvarepakken, som heter e-Core.

– Med hjelp av CLIMIT har vi nå fått utviklet det programmet vi ønsket, sier prosjektleder Rueslåtten.

Lithicon tilbyr nå tekniske tjenester for aktuelle CO2-lagringsprosjekter der ​programvaren blir ​​​​​​​benyttet til å simulere injektiviteten og lagringsevnen.​

FAKTA OM PROSJEKTET
 

Navn: Pore scale numerical analysis for geologica​l sequestratio​​​​​n of​​​ CO2

Prosjektleder: Lithicon Norway AS
 ​​​​​

Periode 1: Juli 2010 - desember 2011. ​​​


Periode 2: April 2012 - september 2013. 


Budsjett: 2 millioner kroner
 

CLIMIT-støtte: 50 %

Fasediagram-CO2.jpg
 

Fasediagram for CO2. Ill.: Lithicon

project-news


CLIMIT © 2017