Storskala CO2-lagring krever god kunnskap om muligheten for induserte jordskjelv. En nylig installert seismisk array skal gi grunnleggende viten om naturlig seismisitet i et planlagt lagringsområde på Hordaplattformen.
Jon Magnus Christensen viser fram seismometer, solcellepanel og aluminiumkassen med batteri og datamaskin i én av de 9 stasjonene i den seismiske arrayen nordvest for Bergen. Foto: Sverre Strandenes
Denne artikkelen ble først publisert i GEO 04/20.
Ytterst på Holsnøy – en knapp times kjøring nord for Bergen – har Jon Magnus Christensen, leder for driftsavdelingen i NORSAR, noen travle dager tidlig i mai. Sammen med sine kollegaer er han fullt opptatt med å installere 9 seismometre – innenfor en sirkel med diameter av ca. én kilometer – i det som seismologene i NORSAR kaller en array.
Men ikke bare seismometre, – solcellepaneler, batterier, datamaskiner og internett trengs også for å kunne registrere jordskjelv utenfor vestlandskysten og sende dataene til NORSARs eksperter på Kjeller utenfor Oslo for avanserte analyser.
– Fordelen med å ha arrayen så langt borte fra «sivilisasjonen» er at den er lite utsatt for menneskeskapt støy, og da spesielt fra biltrafikk og industri, sier Christensen, mens han er fullt opptatt med å installere arrayen på Forsvarsbyggs eiendom ved Skjelanger Fort.
Vil forstå naturlig seismisitet
Forskningsinstituttet NORSAR er et av verdens største seismologiske observatorier, med stasjoner og arrayer på det norske fastlandet, Spitsbergen, Bjørnøya og Jan Mayen, og i Antarktis. Den seismologiske overvåkningen viser når, hvor og hvor mye jorden ryster, og hensikten med målingene er å overvåke både naturlige og menneskeskapte jordskjelv over hele jordkloden.
Den nye installasjonen har imidlertid et snevrere og spissere formål relatert til lagring av CO2 på Hordaplattformen.
– I første omgang handler det om å registrere og skaffe oversikt over naturlig seismisitet på Hordaplattformen. Det inkluderer mulige produksjonsrelaterte små skjelv i området som dagens teknologi ikke har klart å registrere, forklarer Volker Oye, forskningsleder i NORSAR og leder av avdelingen for anvendt seismologi.
– I neste omgang handler det om at denne arrayen kan være én av flere teknologier som kan bidra til å registrere eventuelle jordskjelv som kan være forårsaket av CO2 som injiseres i sandsteinsreservoaret i det planlagte lageret, samt om de små rystelsene kan fortelle om hvor hen i reservoaret den injiserte væsken bevege seg.
Philip Ringrose, prosjektleder og ansatt ved Equinor Research and Technology i Trondheim, oppsummerer det hele i én enkel setning.
– Vi forbereder oss på å forstå naturlig seismisitet.
Brønn 31/5-7 (Eos) ble boret i vinter. Den nylig installerte arrayen ligger på Holsnøy nord for Bergen.
Mot sikker lagring
Dette er bakteppet: I mai i år leverte prosjektet Northern Lights, ved Equinor, Shell og Total, en plan for utbygging og drift (PUD) for en del av et fullskala prosjekt for transport og lagring av CO2 på norsk sokkel.
Planen er i første omgang å injisere 1,5 millioner tonn CO2 i et lager i Johansenformasjonen sørvest for Troll-feltet (GEO 01/2020: «Borer for å bekrefte CO2-lager»). Ett viktig krav er at det planlagte lageret er tett.
– For å rydde all usikkerhet om at injisert CO2 ikke lekker til overflaten, vil vi etablere det som vil bli verdens første kontinuerlige overvåking av et offshore CO2-lager. En grunnleggende undersøkelse er faktisk et krav i lagringsforskriftene, forteller Ringrose.
– Dette er avgjørende for å vise verden at vi har kontroll over hvor fluidene befinner seg til enhver tid, og på den måten forsikre både oss selv og alle andre om at lagring i dype reservoarer er trygt, påpeker forskeren.
Tidligere i vinter boret Equinor 31/5-7 Eos der hensikten var å undersøke reservoaregenskapene i det planlagte CO2-lageret. Resultatene som har blitt kjent så langt tyder på at det egner seg godt.
Men om bergartene over er tette nok til å holde på den injiserte væsken, ja det gjenstår å bevise, selv om det gigantiske Troll-feltet i seg selv er et godt nok bevis for at det finnes gode takbergarter i området.
I forskningsfronten
For å monitorere hvordan spenningsfeltet i og omkring lagringsstedet endrer seg, og ved hjelp av slike data si noe om faren for lekkasjer, har Equinor fått med seg et av verdens fremste sentre innen fagfeltet mikroseismikk.
NORSAR ble etablert i 1968 for å kunne skille mellom kjernefysiske sprengninger og jordskjelv. Den etterfølgende tiden har blitt brukt til å etablere seg som et av de ledende miljøene innen nukleær deteksjon gjennom bruk av seismiske arrayer.
I omtrent 20 år har NORSAR også forsket på mikroseismikk, med kunder både i petroleumsindustrien og gruvebransjen, samt deltatt i en rekke prosjekter innenfor både akademia og industrien relatert til dette fagfeltet.
– Teknologien rundt mikroseismisk overvåking har utviklet seg raskt de siste fem til ti årene, og vi mener at vi i dag er godt posisjonert for å være med på den videre utviklingen, mener Oye.
– Vi er omtrent ti forskere som jobber med induserte skjelv, og vi opplever at tjenestene våre er etterspurte over hele verden, forteller den sympatiske tyskeren på godt norsk.
Oye refererer blant annet til et prosjekt som angår innsynkning og induserte jordskjelv forårsaket av gassproduksjonen fra Groningen-feltet i Nederland, der NORSAR har en viktig rolle. Hensikten er å forbedre forståelsen av de induserte skjelvene, for så å kunne knytte kunnskapen til å kartlegge forkastninger i et ganske komplisert reservoar.
Seismometrene er ca. femten kg tunge, graves ned i bakken og plasseres på en støpt betongsåle på bart fjell. Foto: Sverre Strandenes
De aller minste skjelvene
Det er store variasjoner i jordskjelvfrekvensen langsmed norskekysten, og på Hordaplattformen er det mer seismisitet i nord enn i sør.
Men om det ikke skjer noen mindre skjelv i det sørlige området, eller om det skyldes at de minste skjelvene ikke blir registrert, det kan ikke NORSAR si noe om enda.
– I dag er vi bare i stand til å registrere skjelv med styrke større enn ca. 2.0, så for å registrere skjelv mindre enn dette er den nye arrayen helt nødvendig.
– Vi håper faktisk å være i stand til å registrere rystelser som måler mindre enn magnitude 1.0, sier Oye.
Det siste kommer godt med når noe av hensikten med dette forskningsprosjektet er å forberede monitorering av CO2-lageret. For å kunne se hvilken retning den injiserte væsken tar, må selv de minste rystelsene kunne måles og – ikke minst – stedfestes.
Equinors prosjekt, der NORSAR er partner, består av 5 faser. Den installerte arrayen på Holsnøy, med etterfølgende datainnsamling og analyse, er en del av fase 2.
– I denne fasen skal vi demonstrere verdien av en landbasert array der vi monitorerer kontinuerlig gjennom ett år. I tillegg skal vi levere et underlag for en investeringsbeslutning som gjelder et helhetlig monitoreringsnettverk for hele Hordaplattformen, sier Oye
Oye legger imidlertid ikke skjul på at han håper de kan fortsette arbeidet ut over det ene året, etter som grunninvesteringen allerede er gjort. Arrayen vil kunne stå der «for evigheten». Kostnadene for å fortsette vil derfor være svært små.
– Med den arrayen vi nå har installert ytterst på Holsnøy, kan vi lytte i én spesiell retning, dvs. mot det planlagte CO2-lageret sørvest for Troll-feltet, forklarer Oye.
I første omgang er hensikten å måle den seismiske aktiviteten slik den er i dag, og med den instrumenteringen som nå foreligger vil posisjonen til eventuelle jordskjelv kunne bestemmes betydelig mer nøyaktig enn før.
– Dataene vil så være en viktig referanselinje når injeksjonen av CO2 starter om noen få år. Vi vil vite hva som kan forventes av naturlige skjelv, og slik også kunne fortelle om injeksjonen forårsaker skjelv.
– I tillegg vil dataene altså kunne brukes til å fortelle om den injiserte væsker flyter i den retningen reservoaringeniørene antar at den gjør.
Volker Oye sitter i NORSARs ledelse og har et overordnet ansvar for anvendt seismologi i institusjonens verdensomspennende virksomhet. Foto: Halfdan Carstens
Da Nordsjøen ristet
Oye påpeker at kunnskapen om menneskeskapte skjelv i Nordsjøen er liten.
– Fra andre steder i verden kjenner vi godt til at både produksjon og injeksjon kan skape rystelser. Noen av dem har vært svært sterke, større enn magnitude 6 (Frankrike) og til og med større enn 7 (Usbekistan), mens de induserte skjelvene som skyldes gassproduksjonen fra Groningen-feltet i all hovedsak er under 2. Men det er mange unntak, og det største hittil har målt magnitude 3.6, opplyser geofysikeren.
Nordsjøen har også et minneverdig unntak. Den 7. mai 2001 ble det registrert et jordskjelv på plattformene over Ekofisk-feltet med styrke 4.0. Rystelsene varte i omtrent ett minutt, men det oppstod ingen skader.
– Skjelvet oppstod fordi en injeksjonsbrønn kollapset, forårsaket av innsynkningen, hvorpå væske feilaktig ble injisert i tertiære leirsteiner, i stedet for i reservoaret. Dermed økte trykket uten at dette ble registrert, og til slutt ble spenningene utløst med et resulterende skjelv.
Ifølge Oye er det mest vanlig med skjelv som kan være så små at de er vanskelige å detektere, dvs. at de er mindre enn magnitude ca. 2.0.
Signaler med magnitude 1.8 kl. 07:12, 23. mai stammer fra Øygardenforkastningen som ligger ca. 60 km fra arrayen på Holsnøy. Seismologene ved NORSAR mener de første dataene ser lovende ut. Illustrasjon: Annie Jerkins, NORSAR
Liten sjanse for skjelv
CO2-lagring er i støpeskjeen. Oljeselskapene har liten erfaring med dette, ikke bare på norsk sokkel, men også i et globalt perspektiv. Like fullt er Equinor trygge på at menneskeskapte jordskjelv ikke skal skape problemer når injeksjonen starter opp om få år.
– Vi har gjort bergmekanisk modellering, og vi her lav forventning til at det skal oppstår skjelv, sannsynligheten er nærmest null, sier Philip Ringrose.
Prosjektet fikk støtte fra CLIMIT Demo i fase 1 og 2.
