CO2 påvirker reservoaregenskaper
Deponering av CO2 i undergrunnen fordrer at det utvikles nye teknikker for sikre lagringsmetoder. NGI prøver derfor å øke forståelsen for hvordan CO2 vil påvirke reservoarets geofysiske egenskaper.
NGIs utstyr for CT scanning av reservoarbergarter
Hvis CO2-lagring skal bidra til å dempe drivhuseffekten på lang sikt, må den lagrede gassen holde seg på plass i deponiene i flere tusen år. Hensikten med NGIs forskningsprosjekter er derfor å øke forståelsen for hvordan CO2 påvirker de geofysiske egenskapene til reservoarbergarter som for eksempel sandstein.
Dette er nødvendig informasjon for å kunne overvåke oppførselen til CO2 nede i reservoaret og oppdage mulige lekkasjer ved hjelp av seismiske og elektromagnetiske metoder. I det pågående arbeidet fokuseres det på hvordan lydhastighet og elektrisk motstand påvirkes av naturlig lagdeling i sandsteinen og hvordan CO2 strømmer gjennom porene.
NGI har derfor utviklet et avansert laboratorieoppsett hvor røntgenstråler sendes gjennom bergarten. På den måten kan vi avbilde væskefordelingen inne i porene i porøse bergarter. Samtidig måler vi bergartens geofysiske egenskaper som akustisk lydhastighet (trykk- og skjærbølger) og elektrisk motstand (resistivitet). Det har også blitt utviklet nye metoder for å karakterisere hvor tett takbergarten er ved å måle oppsprekkingen. Slik kan man vurdere egnethet til fremtidige geologiske CO2-lagre.
Undersøkelsene i laboratoriet utføres på sylindriske prøver av sandstein. Forsøkene gjøres under trykk og temperatur tilsvarende de man finner i naturlige reservoarer slik at CO2-gassen er i væskeform eller superkritisk fase.
Sandsteinene i reservoarene som er tenkt benyttet til lagring av CO2 er fylt med en saltholdig vannløsning. I laboratorieforsøkene mettes derfor sandsteinen med saltholdig vann før det pumpes inn CO2 under høyt trykk. Gjennomstrømningen stoppes når maksimal CO2-metning i porene er oppnådd (ca. 53 %). Deretter starter tilbakeføringen av en saltholdig vannløsning for å bringe prøven tilbake til opprinnelig tilstand.
Alt dette gjøres mens vi måler elektriske og akustiske egenskaper gjennom prøven og benytter avansert tredimensjonal røntgentomografi til å avbilde hvordan CO2-væsken og vannløsningen fordeler seg i prøven. På denne måten kan en overvåke hvor CO2 befinner seg i bergarten.
Det målingene egentlig viser er at den elektriske motstanden i sandsteinen øker når en økende andel av porene fylles med CO2. Grunnen er at ren CO2-væske er en elektrisk isolator, til forskjell fra saltvannet som leder strøm. Økningen i CO2 i porene medfører også at den akustiske lydhastigheten vil avta, fordi CO2-væsken er mye lettere å komprimere enn saltvannet.
Overvåking vil avdekke CO2-lekkasje
Da om lag halvparten av porene var fylt med CO2, og den resterende halvparten var fylt med saltvann, ble lydhastigheten til trykkbølgen redusert med om lag 7 %. Dette høres kanskje ikke så mye ut, men når lydbølgen forplanter seg over flere kilometer, som er tilfellet i seismiske undersøkelser, vil en liten endring føre til at signalet blir merkbart forsinket og dermed lett målbart. Slik kan man overvåke hvor CO2-fluidet befinner seg ved å vurdere forsinkelse og endringen i målt signalstyrke og form.
Langsgående snitt gjennom prøven som viser hvordan CO2 strømmer inn nedenfra (lys blå til rød) og fortrenger vannløsningen (mørk blå til stort).
I forsøket økte den elektriske motstanden fra om lag 3 ohm-m til 14 ohm-m. Til sammenligning kan elektrisk motstand i et oljereservoar av sandstein være 100 ohm-m. En økning fra 3 til 14 ohm-m er derfor ikke så mye, men allikevel stor nok til å måles ved hjelp av elektriske og elektromagnetiske metoder. Den relativt lave økningen i resistivitet kommer av at halvparten av porene fremdeles er fylt med saltvann, slik at elektronene lett kan bevege seg gjennom prøven uten å måtte gå via CO2-fasen.
Det interessante med det beskrevne oppsettet er at vi kan studere hvordan strømningsmønsteret og naturlig lagdeling i prøven påvirker bergartens geofysiske egenskaper. Ved å kombinere akustiske og elektriske målinger håper vi å skille de ulike effektene fra hverandre for å gjøre fremtidige målinger av CO2 i undergrunnen mer nøyaktig. Dermed kan man overvåke om en lekkasje er på gang.
Deler av arbeidet i dette FoU-prosjektet utføres av doktorgradstudent Binyam L. Alemu. I forbindelse med dette veiledes han av Prof. Per Aagaard ved institutt for geofag ved Universitetet i Oslo og Eyvind Aker ved NGI. Prosjektet er finansiert gjennom forskningsprosjektet RAMORE som mottar støtte fra CLIMIT-programmet, et samarbeid mellom Gassnova og Norges Forskningsråd.
I tillegg mottar prosjektet støtte fra Statoil, RWE Dea, Norske Shell, Conocophillips and Schlumberger. Prosjektet samarbeider videre tett med SUCCESS (Forskningssenter for CO2 lagring, ledet av CMR). Røntgensystemet er levert av Nikon Metrology.