Evaluation of fault leakage rates in the context of subsurface hydrogen and carbon storage

地下氢和碳储存背景下故障泄漏率的评估

基本信息

  • 批准号:
    2892154
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Temporary storage of hydrogen or permanent storage of carbon dioxide in the subsurface requires a profound understanding of associated risks for leakage, bearing environmental, political, and economic risks that are still to be quantified. Risks are highest for leakage along wells or faults. The latter (Fig. 1) might already be hydro-dynamically conductive, or conductivity might be triggered by an increase in fluid pressures due to CO2 or H2 injection. Fluid pressure increase, and thus effective stress decrease, depends on the vicinity of the faults to the injection well. Drilling an injection well near a known fault is rather discouraged, while it remains unknown if faults can act as leakage pathways over engineered time scales on the order of < 10,000 years.In this context, we will investigate the impact of multiphase flow effects on fault leakage from geological reservoirs used for fluid storage, focusing specifically on CCS and hydrogen. This research will ground on recent data that has been obtained from multiscale 4D X-ray imaging at the Swiss Light Source. This PhD project will provide new and detailed insights into the multiphase fluid dynamics in rough fractures. Using novel data from synchrotron experiments will support more accurate predictions of the potential fluid leak rates from subsurface reservoirs. These are urgently needed to improve our confidence in subsurface fluid storage over long periods of time. This research can be divided into the following objectives:1. Develop a robust understanding of multiphase flow in rough fractures, based on 4D flow data. The data will be analysed towards displacement to obtain relative permeability and capillary pressure curves at a given effective stress but with varying surface roughness, aperture heterogeneity, and flow rates (capillary numbers).2. Represent fracture flow phenomena at the Darcy scale in physical models for fractures and fracture networks. This will support caprock leakage risk assessments by improving our confidence in the determination of leak rates by bringing together fracture network data (from previous research by the PI/co-Is) and upscaled fluid displacement models from this research.
在地下临时储存氢气或永久储存二氧化碳需要深刻了解相关的泄漏风险,并承担仍有待量化的环境、政治和经济风险。沿井或断层泄漏的风险最高。后者(图 1)可能已经具有流体动力传导性,或者传导性可能是由于注入 CO2 或 H2 导致流体压力增加而触发的。流体压力的增加以及有效应力的减少取决于注入井的断层附近。在已知断层附近钻注井是相当不鼓励的,而断层是否可以在< 10,000年的工程时间尺度上充当泄漏路径仍然未知。在这种情况下,我们将研究多相流效应对用于流体储存的地质储层断层泄漏的影响,特别关注CCS和氢气。这项研究将以瑞士光源多尺度 4D X 射线成像获得的最新数据为基础。该博士项目将为粗糙裂缝中的多相流体动力学提供新的详细见解。使用同步加速器实验的新数据将支持更准确地预测地下储层的潜在流体泄漏率。迫切需要这些来提高我们对长期地下流体储存的信心。本研究可分为以下目标: 1.基于 4D 流数据,深入了解粗糙裂缝中的多相流。对位移数据进行分析,以获得给定有效应力但表面粗糙度、孔径异质性和流速(毛细管数)变化的相对渗透率和毛细管压力曲线。2.在裂缝和裂缝网络的物理模型中以达西尺度表示裂缝流动现象。这将通过将裂缝网络数据(来自 PI/co-Is 之前的研究)和本研究中的升级流体驱替模型结合起来,提高我们对泄漏率确定的信心,从而支持盖层泄漏风险评估。

项目成果

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