The Role of Wettability Change in Subsurface CO2 Storage

Lagring av CO2 i undergrunnsformasjonet er et lovende tiltak for å redusere karbonproblemet. De fysiske og kjemiske egenskapene til lagringsformasjonen og deres interaksjon med væsker spiller en viktig rolle for å bestemme gjennomførbarheten av langtidslagring av CO2. Fuktbarheten til formasjonen påvirker lagringskapasiteten og integriteten av takbergart. Denne egenskapen i poreskala regulerer fordelingen av væsker i porene og kontrollerer den relativ flyten av væsker i et porøst medium. Dette påvirker igjen porøse medier med flerfasestrømningssystemer i Darcy-skalaen. Oppskalering og karakterisering av virkningen av endring av fuktbarhet på CO2-vannstrømmen er derfor av stor betydning.

Studien starter med å utforme et nytt rammeverk for å oppskalere virkningen av tidsavhengige endringsprosesser for fuktbarhet på poreskalaen på dynamikken i kapillærtrykket og relativ permeabilitetsfunksjoner, også kjent som metningsfunksjoner. Kobling av disse funksjonene gir ekstra kompleksitet til løsningsprosessen til flerfasestrømningsmodellen. Denne oppgaven utvikler en monotont fastpunkt iterativt lineariseringsmetode for å tilnærme løsningen for den resulterende ikke-lokale tofase strømningsmodellen. Endlig kvantifiserer vi virkningen av tidsavhengige metningsfunksjoner på lagringseffektiviteten og takbergart-inneslutningen av saltvannsakviferene som gjennomgår en fuktbarhetsendring for CO2-lagrings på feltskala.

Et viktig resultat av denne studien er å kvantifisere koblingen mellom pore og kjerneskalamodellene. Dette resultatet innebærer at ved å kjenne til mekanismen som kontrollerer fuktbarhet-endring på poreskalaen, som kan oppnås ved en relativt enkelt batch-eksperiment, kan man kvantifisere makroskala-dynamikken uten å måtte utføre poreskala-simuleringer. Videre viser denne studien at endring av dynamisk fuktbarhet kan forbedre lagringseffektiviteten til akviferen, men integriteten til takbergarten kan være i tvil over lengre tid.

Personalia

Abay M. Kassa er stipendiat i anvendt og beregningsmessig matematikk ved Universitetet i Bergen. Forskningen hans handler om karakterisering av påvirkningen av dynamikken i fuktegenskapene på CO2-lagring i saltvannsgrunnlag. Arbeidet er en del av CHI-prosjektet, finansiert av Norges Forskningsråd, og er utført under veiledning av Sarah E. Gasda, Kundan Kumar og Florin A. Radu.