Stockage géologique du CO2

Nom du service émetteur
mardi 27 mars 2012
Stockage
géologique
du CO2
Nom du service émetteur
mardi 27 mars 2012
Domaine stockage géologique du CO2
Méthodes et mécanismes
pour le stockage
géologique du CO2
Démonstrateurs France
- estimation des capacités de
stockage dans les aquifères
métropolitains et dans les
charbons
- accompagnement scientifique
des démonstrateurs français
Avec les acteurs du
réseau d’excellence
européen CO2GeoNet
CSRO1
Géocarbone
CSRO2
CO2SEQ
Pour
un futur
sans
émission
de CO2
Mitigation des
changements
climatiques
CSRO3
CSICO2
Critères de sécurité et Impacts du stockage
géologique du CO2
Journée des Doctorants
2
>3
mardi 27 mars 2012
Estimation de l’impact des
hétérogénéités sédimentaires sur
le stockage géologique du CO2
Benoît ISSAUTIER
EA 4234 Laboratoire de Géologie des Systèmes et
Réservoirs Carbonatés de Marseille
ADEME et BRGM (service EAU)
Thèse soutenue
mardi 27 mars 2012
Objectifs et challenges du projet
> Les grandes questions scientifiques
•
Quelles sont les capacités de stockage des réservoirs
hétérogènes ?
– Systèmes fluviatiles (cf. Bassin Parisien)
•
Quel est l’impact des hétérogénéités sur les performances
réservoirs
– Capacité de stockage
– Injectivité
> Les difficultés
•
Passer de l’observation terrain au modèle d’écoulement
•
Intégrer de la connaissance géologique haute résolution
dans les modèles réservoirs
– Inexistant dans le contexte CO2
Journée des Doctorants
mardi 27 mars 2012
2
>5
Résultats
Journée des Doctorants
mardi 27 mars 2012
>6
Conclusions
> La connectivité des corps impact très
largement les capacités de stockage
• Capacité entre 5 et 13Mt
Æcaractérisation réservoir primordiale (i.e Géologie)
> Les hétérogénéités compartimentalisent
très fortement le réservoir
•
Créent 37 fois plus de corps
> Approche intégrée indispensable
Journée des Doctorants
mardi 27 mars 2012
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>7
Caractérisation de charbons en vue de leur utilisation
pour le stockage géologique de CO2
Pierrick DEFOSSEZ - Thèse soutenue
>
>
>
Lieu & Date soutenance : Orléans (ISTO), 26/05/11
Ecole doctorale, laboratoire : EDST Orléans, ISTO + ANTEA
Financeur de la bourse doctorale : projet ANR « CHARCO »
> Résultats majeurs :
- Analyse statistique : les charbons les plus rentables pour un
stockage de gaz sont les lignites et les anthracites. L’affinité
d’un charbon pour un gaz (CO2/CH4) est corrélable à sa
microporosité et sa teneur en cendres.
- Mise au point d’un essai expérimental de caractérisation
géomécanique du charbon soumis à une percolation de CO2
supercritique. Essai breveté.
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>8
Propagation des fissures dans les milieux rocheux dans
le contexte du stockage de CO2
Gisèle SUHETT HELMER - 1ère année
> Master Recherche ENPC
> Ecole doctorale, laboratoire : Paris Est – Navier Cermes
> Financeur de la bourse doctorale : Chaire CTSC
> Objectif de la thèse :
• Etablir une relation entre l’influence de CO2 sur la
•
roche (dégradation) et évolution de sa ténacité.
Introduction d’un modèle chimique couplé avec un
code Hydro-Mécanique
Journée des Doctorants
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>9
mardi 27 mars 2012
Impacts géochimiques et minéralogiques de la présence
d’O2 sur les roches de réservoir et de couverture
dans le cadre du stockage géologique de CO2
Carole Langlais - 2ème année
>
>
>
Diplôme d’ingénieur en génie des technologies industrielles
ENSGTI (génie des procédés) à Pau
Ecole doctorale, laboratoire : UPPA – LaTEP
Financement de la bourse doctorale : Chaire CTSC - BRGM
> Etat d’avancement des travaux :
• Mise
en place de l’outil expérimental (réacteur et appareils
d’analyses : chromatographie phase gaz, 3 chromatographies
ioniques dont une couplée à une ICP OES).
• Études bibliographiques de solubilités des gaz (CO2, O2 et
CO2+O2) dans des saumures et des modèles thermodynamiques
de calcul de coefficients d’activité. Formation sur le logiciel
Phreeqc au BRGM
Journée des Doctorants
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>>10
Stockage de CO2 supercritique en aquifère salin:
évolution des propriétés pétrophysiques
de la roche constitutive
Florian Osselin - 2ème année
> Ingénieur ESPCI ParisTech
> École Doctorale: Sciences de l’Ingénieur et
Environnement (SIE), Laboratoire Navier
> Financeurs de la bourse doctorale :
BRGM/ADEME/Chaire CTSC/IFSTTAR
> État d’avancement des travaux :
• Mise en place du modèle poromécanique de la
pression de cristallisation et adaptation au cas de
l’injection de CO2 en aquifère salin.
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2
>>11
Méthodes numériques avancées pour les écoulements
diphasiques en milieux poreux
Vincent Baron - 1ère année
>Master 2 Equations aux dérivées partielles et calcul scientifique
>Ecole doctorale, laboratoire : EDSTIM, laboratoire de
Mathématiques Jean Leray (Université de Nantes)
>Financeur de la bourse doctorale : Région des Pays de la
Loire, BRGM
>Objectif de la thèse :
Etude et implémentation d'un schéma numérique
adapté à l’injection de CO2 en milieux hétérogènes
anisotropes Applications au cas du bassin parisien
(dogger)
Journée des Doctorants
mardi 27 mars 2012
Mardi
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>>12
Assessing the potential indirect
consequences of CO2 leakage to
freshwater resources
Pauline Humez
Brgm/Ecole Doctorale-Geosciences Ressources Naturelles
Funding: Brgm/Chaire CTSC (Captage Transport Stockage du CO2)
3ème année
EAU/QAL
mardi 27 mars 2012
Context and Objective
>
Safety aspects and impacts of CO2 geological storage
•
>
Scenario : assessing potential impacts of CO2 leakage into fresh groundwater,
particularly with respect to protected groundwater reserves
Development of monitoring technique
•
•
Selecting suitable environmental isotope
tracers to track CO2-water-rock interactions
Test the efficiency of these tools in laboratory:
batch system
Geochemical and isotopic tools tested: δ34SSO4;
δ18OSO4 ; 234U/238U; δ44Ca 87Sr/86Sr δ56Fe; δ7Li; δ11B;
δDH2O, δ18OH2O; δ 3CCITD
CO2 injection
CO2 leak
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2
>>14
Experimental approach
> batch experiments
•
investigate and better constrain the rockwater-CO2 interactions
– study
the evolution of the albian
groundwater
chemistry
and
the
mineralogy of the solid phase over time
during the interaction
– study the evolution of isotopic signatures
over the duration of interaction
– identify efficient indicators of enhanced
CO2-water-rock interaction
– Test and define the best “list” of isotope
tools
Journée des Doctorants
2
>>15
mardi 27 mars 2012
Results of the CO2-water-rock interaction
Water-rock interaction
CO2-water-rock interaction
Ca; Sr
water-rock
interaction
CO2-Water-rock interaction
K; Mg; SiO2; PO4;
B; Li +ETM
SO4; Cl
>
>
>
>
CO2 dissolution
Acidic condition (pH 6.6 4.9)
Perturbation of the thermodynamic equilibria
Indirect indicators of CO2 occurence
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mardi 27 mars 2012
> 16
Conceptual model
SEM photomicrograph
Results: CO2-water-rock interaction
…X
…X
…X
Quartz, Albian
…X
…X
…X
…X
Glauconite, Albian
CO2-Water-rock
interaction
pHacid
pHbasic
> Processes involved:
•
•
Surface reaction
Dissolution of mineral phase
Experimental data
Model (PHREEQC)
Journée des Doctorants
mardi 27 mars 2012
> 17
Perspective
>
>
Results are promising for the development of our indirect geochemical and
isotopic monitoring technique
Valorisation: Transport in Porous Media and Applied Geochemistry (underreview)
>
>
1D modeling approach Ù role of reactive transport
Application of the set of defined isotope tools Ù real size CO2 injection
experiment in the project CO2FIELDLAB (Norway)
>
Feasibility studies must then be conducted in the context of isotopic and
geochemical survey of fresh groundwater on sites where CO2 leakage is
suspected or observed
Journée des Doctorants
mardi 27 mars 2012
> 18
2011
Thank you for
your
attention
2012
2010
2010
Journée des Doctorants
jeudi 15
mardi
27décembre
mars 20122011
> 19
Modélisation de comportement hydromécanique
des milieux poreux fissurés par la méthode des
équations intégrales singulières
Minh Ngoc VU
Directeur de thèse : Ahmad POUYA (Laboratoire Navier)
Conseiller d’études: Darius SEYEDI (RIS/BRGM)
Ecole doctorale : Université Paris-Est
Financeurs : BRGM – IFSTTAR
3ème année
mardi 27 mars 2012
PROBLEMATIQUES
‰ Applications industrielles importantes
¾ Stockage souterrain: Stockage du CO2, Stockage des déchets
radioactifs…
¾ Réservoir pétrolier
¾ Géothermie, Hydrogéologie, Environnement, Génie Civil
Stockage géologique du CO2
Stockage de déchet radioactive
Journée des Doctorants
mardi 27 mars 2012
> 21
PROBLEMATIQUES
‰ Méthode des éléments finis ou volumes finis
¾ Difficulté de génération d’un maillage automatique pour une densité de
fissures élevée en 3D
Discrétisation du domaine fissuré
‰ Méthode des équations intégrales singulières
¾ Avantage important: Réduction de la dimension du problème 3D Æ 2D
‰ Objectifs
¾ Simulation d’écoulement dans les milieux fracturés
¾ Calcul
de la perméabilité équivalente
Journée
des Doctorants
mardi 27 mars 2012
22
>>22
MILIEU INFINI
‰ Solution numérique
∇ p ∞ ( x) = A p∞ ( x) = A.x
Discrétisation des fissures
Fissures modélisées par des disques circulaires
Journée des Doctorants
mardi 27 mars 2012
> 23
APPLICATION
‰ Modèle de faille
Distribution statistique des
fissures dans la zone endommagée
Comportement d’une zone de faille lors de l’injection de CO2 :
1. Evaluer le risque de remonté de la saumure
• Perméabilité de la zone endommagée et son évolution
(HM)
2. Evaluer le risque de réactivation de la faille
• Initiation de la rupture des matériaux du cœur de la faille
Journée des Doctorants
mardi 27 mars 2012
> 24
tn-1
tn
tn+1
pn
Pn+1
Calcul Hydromécanique global
pn-1
Couplage itératif perméabilité – endommagement
Code_Aster – HM
Calcul de la perméabilité
des zones fracturées
EIS – Mise à jour de K
‰
Effet de la variation des contraintes
¾ Calcul d’ouverture des fissures
¾ Calcul de la perméabilité équivalente
Journée des Doctorants
> 25
mardi 27 mars 2012
déc.-12
> 25
APPLICATION
‰ Modèle de faille
Application à la simulation hydromécanique du stockage
Journée des Doctorants
mardi 27 mars 2012
> 26 > 26
PERSPECTIVES
¾ Modélisation
numérique de l’écoulement transitoire
¾ Milieu poreux fracturé non-saturé
¾ Modélisation de l’écoulement dans les failles courbes
à grande échelle
¾ Variation de la perméabilité sous effet chimique au
cour d’injection du CO2
Journée des Doctorants
mardi 27 mars 2012
> 27