Illustrasjon av CO2-lagring i geologiske formasjoner
Denne saken ble først publisert i 2022 som et bidrag til fjorårets formidlingskonkurranse. Les mer om årets konkurranse her.
Karbonfangst og lagring (CCS) er en av de viktigste tiltakene for å nå klimamålene satt av FNs Klimapanel (IPCC). Karbondioksid (CO2) samles, transporteres og injiseres i bergarter flere kilometer ned i undergrunnen der det skal lagres permanent.
Lagringsstedet består av porøs sandstein, overdekket av tett skifer som danner en takbergart og sørger for at CO2 forblir fanget i undergrunnen. Nordsjøen har mange godt dokumenterte reservoarer som har fungert som lagringssteder for olje og gass i millioner år. Kunnskapen fra olje- og gassproduksjon hjelper oss nå til å utvikle trygge lagre for CO2.
CO2 pumpes ned og injiseres i reservoaret gjennom spesialdesignet borehull. Ved injisering av CO2 øker trykket i reservoaret rundt borehullet, deretter forplanter trykket seg utover i reservoaret og vil synke med tiden. Trykkøkning og trykktap overføres gjennom de elastiske egenskapene til bergartene og skaper små bevegelser i millimeterskala på havbunnen, et avtrykk som kan måles og kartlegges.
Ny teknologi og utvikling
Optiske fibre har revolusjonert telenettet og bærer i dag det meste av datatrafikken som går via internett. Lyspulsene som fosser gjennom glassfibrene lar seg også forvandle til tusenvis av følsomme «sensorer» som kan avleses langs lange strekninger av fiberen.
Ved bruk av spesiell fiberkabel og avlesningsutstyr kan den optiske fiberen brukes til å måle tøying, temperatur og bitte små vibrasjoner med høy presisjon som deteksjon av ørsmå bevegelser på havbunnen.
I forskningsprosjektet SENSE (https://sense-act.eu/) har vi demonstrert dette. Først ble målemetoden testet i en lang «sandboks» der fiberoptiske kabler ble lagt ut og dekket med sand for å etterligne grøftet installasjon langs havbunn. Små bevegelser av havbunnen ble simulert ved å heve og senke bunnen under sandlagene noen mm med hjelp av trykkputer.
Bevegelsene ble registrert med de fiberoptiske kablene innebygget i sanden og kontrollert ved mikrometer (måle-ur). Testene ga lovende resultater der bevegelser ned til noen tiendels millimeter kunne detekteres (Sparrevik et al., 2022).
Deretter ble de fiberoptiske kablene testet på havbunnen for å verifisere at målemetoden også lar seg utføre i realistiske omgivelser med naturlige vannbølger og temperaturendringer. Resultatet viste at målinger med høy følsomhet er mulig i realistisk miljø på havbunnen og at følsomheten er høy nok for overvåking og sikker lagring av CO2.
Forskning gir innsikt og forståelse
For å forstå sammenhengen mellom deformasjoner som måles på havbunnen og trykkendringene nede i berggrunnen hvor CO2 injiseres, brukes geomekaniske modeller. Slike modeller etterligner hvordan bergarten responderer på injeksjon av væske og endringer i væsketrykk samt hvilke bevegelser man kan forvente på grunn av trykkendringene.
Modeller som brukes for produksjon av olje og gass, ser hovedsakelig på deformasjon og volumreduksjon når væske eller gass blir hentet ut og berggrunnen over komprimeres. Det motsatte skjer ved CO2-lagring, da væske eller gass injiseres forventes en volumøkning i berggrunnen. De elastiske egenskapene til bergarten styrer bevegelsene i undergrunnen, god forståelse av variasjonen i egenskapene til de forskjellige geologiske sjiktene over CO2-lagret er viktig.
Forkastninger og folder dannet gjennom ulike geologiske prosesser kan komplisere responsen i bergmassene. De elastiske egenskapene er dermed påvirket av den geologiske historien og kan bedre forstås ved å studere jordskjelvdata og bruddmekanismer fra observasjoner i laboratoriet. I SHARP-prosjektet (https://sharp-storage-act.eu) utvikler vi modeller for områder i undergrunnen som er mest utsatt for kritisk deformasjon og som derved har størst behov for å overvåkes.
Dersom man lager en god modell som forutsier hvor mye deformasjon som forventes på overflaten eller havbunnen ved en gitt mengde injisert CO2, kan fiberoptiske målinger på havbunnen brukes for å verifisere at CO2 lagres som forventet og sikkert i undergrunnen eller foreta nødvendige justeringer av CO2-injeksjonen.
Bahman Bohloli (venstre) er Ingeniørgeolog og jobber med lagring av CO2 i geologiske formasjoner. Per Sparrevik (midten) jobber som Teknisk Ekspert innen instrumentering og måleteknikk. Elin Skurtveit (høyre) er Strukturgeolog og jobber med lagring av CO2 i geologiske formasjoner. Alle tre jobber ved Norges Geotekniske Institutt (NGI) i Oslo.
Dette var deres bidrag til formidlingskonkurransen 2022.
Referanse
Sparrevik P., Meland H.J., Park J., Bohloli B., 2022. Distributed Fibre Optic Strain Sensing of Ground Deformations for CO2 Storage Monitoring. EAGE GeoTech 2022, Apr 2022, Volume 2022, p. 1 – 5.
