KEM-39 Geomechanische en geochemische factoren bepalend voor breukinstabiliteit bij cyclische drukvariatie in ondergrondse CO2, H2, N2 opslag

Het doel van de onderzoeksvraag is om de oorzaken van seismische activiteit, specifieke risicofactoren, waaronder chemische processen in het reservoir, en veilige operationele bandbreedtes voor reservoiropslagomstandigheden tijdens (niet-)cyclische drukveranderingen bij ondergrondse opslag van CO2, H2 en N2 in uitgeputte gasvelden opnieuw te beoordelen.

In hoeverre veroorzaken geochemische oplossingseffecten mechanische verzwakking van het reservoir of breuken in de afdekkende laag? Hoe wordt de formatiedruk anders beïnvloed voor de verschillende soorten opslagvloeistoffen (vloeistofviscositeit, dichtheid, samendrukbaarheid)? Deze onderzoeksvraag is een vervolg op de KEM-01-studie, waarin de opslag van aardgas werd onderzocht, en richt zich op de specifieke kwesties met betrekking tot de opslag van andere gassen. Opslag van CO2, H2 en N2 in uitgeputte gasvelden kan een noodzakelijke maatregel zijn in de energietransitie. CO2-opslag wordt momenteel offshore (Porthos) in Nederland nagestreefd. Onderzoek naar waterstofopslag richt zich momenteel op opslag in zoutcavernes (UHS), maar ook opslag in verlaten gasvelden zal in de toekomst worden overwogen. Stikstof wordt momenteel opgeslagen in een zoutcaverne bij Heiligerlee. De stikstof wordt gebruikt om hoogcalorisch gas om te zetten in laagcalorisch gas voor gebruik in Nederlandse huishoudens voor verwarming en koken.

Tijdens de cyclische of meer permanente opslag van CO2, H2 en N2 kan seismische activiteit optreden, afhankelijk van de geologische en operationele parameters en chemische reacties in het reservoir. In deze studie worden de factoren die de reactivering van breuken tijdens de opslag van gassen beïnvloeden, beoordeeld om inzicht te krijgen in de risico's van energieopslag. Drijfkracht- of mengingseffecten met restgassen worden in deze studie niet specifiek in aanmerking genomen. Deze studie zal eerste inzichten verschaffen in het verschil tussen (cyclische) opslag van andere gassen dan aardgas en de kans op seismische activiteit.

VOLLEDIGE ONDERZOEKSVRAAG

De projectresultaten bestaan uit zes eindrapporten, die overeenkomen met de zes werkpakketten van het project. De eindrapporten bevatten een gedetailleerd onderzoek van de gedefinieerde onderzoeksvragen op basis van literatuuronderzoek en numerieke modellering. De numerieke modellering is gebaseerd op een eenrichtingskoppeling, waarbij de poriëndruk wordt berekend door de ECLIPSE-software en vervolgens de verandering in poriëndruk wordt gebruikt als een externe kracht in de geomechanische ATLAS-software om het activeringspunt te schatten met betrekking tot tijdelijke belasting, maximale slipneiging en maximale slipafstand op de breuken. Deze resultaten werden gebruikt in een kwantitatieve rangschikking van de geanalyseerde scenario's, van meest tot minst vatbaar voor het veroorzaken van breukactivering.

PROJECTRAPPORTEN: WP1, WP2 + Bijlage, WP3, WP4, WP5, WP6

Op basis van simulaties van een reeks scenario's concludeert het project dat de bevindingen in KEM-01 voor ondergrondse gasopslag ook geldig zijn voor de opslag van CO2, N2 en H2. Een belangrijke risicofactor is of er tijdens de primaire productie van het reservoir verschuivingen in de breuken hebben plaatsgevonden.

In dat geval moet de druk in het reservoir tijdens de opslag veilig worden begrensd. Op basis van de gemodelleerde scenario's zijn de geochemische effecten voor CO2-opslag verwaarloosbaar. Voor N2 en H2 konden de geochemische effecten niet worden gekwantificeerd vanwege een gebrek aan beschikbare gegevens uit laboratoriumexperimenten en casestudy's.

Het project werd geëvalueerd door het wetenschappelijk panel van KEM.

KEM-PROJECT EVALUATIE

Over het algemeen heeft het project zeer goede resultaten opgeleverd. Het literatuuronderzoek is voldoende uitgebreid en de modellering is op een degelijke manier uitgevoerd, met redelijke modelveronderstellingen en vereenvoudigingen, gezien de omvang van het project. Bovendien worden de beperkingen van het onderzoek en de interpretatie van de resultaten met betrekking tot de beschikbare gegevens op bevredigende wijze aangegeven en besproken. Op basis van de geleverde resultaten concludeert het KEM-panel dat alle onderzoeksvragen goed zijn beantwoord. De bevindingen van het project over geochemische effecten die mechanische verzwakking veroorzaken, moeten opnieuw worden beoordeeld zodra er meer gegevens uit laboratoriumexperimenten en casestudy's beschikbaar komen. Zie ook de Nederlandse projectsamenvatting.