Mekanisk testing av Draupne skifer

SINTEF og NGI har nettopp begynt arbeidet i et CLIMIT Forskerprosjekt med tittel: «SPHINCSS – Stress Path and Hysteresis effects on Integrity of CO2 Storage Sites». Vi vil undersøke potensielle mekanismer som fører til økte spenninger i og rundt lagringsreservoaret for CO2.

• Les om vår ekspertise på Geomechanics for CCS

Laboratorietesting og numerisk modellering

Som prosjektnavnet tilsier, så er historikken også viktig, og man forventer forskjellige spenningsmønstre for et oljereservoar som ble tømt og fylt på nytt med CO2, enn for en jomfruelig gjennomtrengelig formasjon med porene fylt med saltvann. Prosjektet vil inneholde laboratorietesting og numerisk modellering, med en post-doc i spissen, Nicolaine Agofack.

I tillegg til SINTEF og NGI, så deltar Ecole des Ponts i Paris, Curistec i Lyon og Lawrence Livermore National Laboratory i California. Alle partnere er verdenskjente forskningsinstitusjoner innen bergmekanikk, bergartsfysikk og geokjemi.

Enkel og genial

Å reversere de vanlige operasjonene knyttet til olje og gassutvinning virker som en selvfølge, når det gjelder lagring av CO2.

Ideen er både enkel og genial: hydrokarboner er blitt funnet og utvunnet nettopp fordi geologien har gjort jobben sin, og forsikret forsegling av reservene dypt i undergrunnen gjennom millioner av år.

Derfor kan vi enkelt reversere prosessen og hjelpe klima ved å fort bli kvitt CO2 i atmosfæren ved å lagre gassen i undergrunnen for all evighet. Og det er nettopp dette som er blitt gjort med stor suksess av Statoil på Sleipner-feltet i mer enn 20 år.

Så hvorfor trengs det fremdeles mer forskning på CO2-lagring?

Sett fra bergmekanikk sitt perspektiv, så finner vi to grunner til å fortsette forskningen:

• Sleipner og alle andre lagringspilotene rundt om i verden er småskalaoperasjoner
• for å utgjøre en forskjell og bidra til Paris-avtalens mål, så trengs mye større lagringsinitiativer

Utvikling av modeller

I fremtidige kommersielle operasjoner, vil man injisere fra mange brønner i store formasjoner og sikte på å maksimere volumene, noe som tilsier at det blir mer krevende å forsikre seg at ingen lekkasjer oppstår.

Den andre grunnen er at ikke alle injeksjonspilotene gikk som forventet:

• på Snøhvit-feltet ble det observert økende poretrykk som ikke var i samsvar med modellene og injeksjonen måtte stanses pga oppsprekkingsrisiko
• på In-Salah feltet i Algerie skjedde nettopp dette, med målbar oppheving av overflaten direkte over lagringsreservoaret
• i Decatur-piloten i Illinois ble det registrert stor (men ufarlig) mikroseismisk aktivitet, langt i forveien til selve CO2-fronten, osv.

Disse hendelsene peker på at modellene våre fremdeles ikke klarer å forutsi hele bildet i undergrunnsoperasjoner.

Statoil sitter som observatør og rådgiver i prosjektet, og vi har fått donert skifer kjernemateriale som er disse dagene under testing både i Oslo og Trondheim. Kjernen er tatt fra Draupne formasjonen, som er en takbergart i området som inkluderer Smeaheia feltet. Smeaheia blir lagringsstedet i den nasjonale piloten hvor hele CO2-håndteringskjeden blir testet (CCS: CO2 capture and storage). Piloten inkluderer fangst fra opptil 3 industrikilder, skip og rørtransport samt lagring offshore.

NGI bruker sin unike skjærboks til å teste lekkasjerisikoen som funksjon av spenning på en naturlig sprekk i Draupne skiferen.

SINTEF vil gjennomføre:

• kompresjonstester på små prøver der vi ønsker å dokumentere potensielle styrke og stivhetsendringer etter eksponering til CO2.
•  kryptester, hvor man ser på langsom deformasjon ved uendrede spenningstilstand (kryp).

Disse testene har som ambisjon å teste hvorvidt eventuelle sprekker i skiferen (og da lekkasjeveier oppover) kan heles av seg selv med økt kryp under kontakt med CO2.