MRST Vertical Equilibrium Model analysis for CO2 Storage

Abstract

Hovedformålet med denne studien er å importere Aurora-modellen, som er utviklet ved Universitetet i Oslo i samarbeid med Gassnova og Ross Offshore, inn i MATLAB Reservoir Simulation Toolbox (MRST) for å anvende funksjonen Vertical Equilibrium (VE) i denne simulatoren. Hovedårsaken til VE-applikasjonen i MRST er å redusere den svært lange simuleringstiden siden VE-funksjonen konverterer 3D-reservoarmodellen til en 2D-modell, som tar betydelig kortere tid å simulere reservoarmodellen. Grid- og PVT-modeller av MRST og ECLIPSE har blitt sammenlignet sammen for å sikre at hele reservoarmodellen, inkludert PVT og Grid-modellen, importeres fra ECLIPSE til MRST på riktig måte. Sammenligning av relativ permeabilitet for gass og vann bekrefter at den relative permeabilitetsmodellen er definert riktig basert på ECLIPSEs relative permeabilitetsmodell. Det var et problem angående trykkinitialisering i MRST sammenlignet med ECLIPSE, som har blitt løst ved justering av vanntettheten. Ved å vurdere vann- og gasskompressibilitetsligningene, er vann- og gasstetthetsmodeller definert i MRST basert på ECLIPSE PVT-modellen. Gass- og vannviskositetssammenlikning mellom ECLIPSE og MRST viser at en lignende trend eksisterer i både MRST- og ECLIPSE-viskositetsmodeller. Selv om MRST PVT og Grid Model er verifisert sammenlignet med ECLIPSE-modellen, er det forskjeller mellom CO2-plumeformer i MRST og ECLIPSE. Hovedårsaken til denne forskjellen er "Reservoir Heterogeneity". Siden porøsiteten i de øvre lagene i Aurora-reservoarmodellen er mye lavere enn de nedre lagene, har den ettlags gjennomsnittlige MRST-modellen mer porøsitet enn de øvre lagene i ECLIPSE-reservoarmodellen, som har det høyeste bidraget i CO2-strøm. derfor MRST-fjærformen er mye bredere enn ECLIPSE-fjæren. I de første 50 årene med injeksjon er den frie skyen med omtrent 17 [MT] CO2 den viktigste lagringsmekanismen. Mens omtrent 17 [MT] (1 [MT] = 1E+09 [kg]) CO2 kan lagres i reservoaret etter 530 år ved hjelp av rest- og oppløsningsmekanismer, kom 28 [MT] CO2 ut av reservoargrensen. En sensitivitetsanalyse er utført på fem usikre parametere i reservoarmodellen, inkludert permeabilitet, porøsitet, gjenværende gassmetning, bergartens kompressibilitet og relativ permeabilitetskurve. Mens injeksjonsbrønnens bunn-hullstrykk er sterkt følsomt med permeabilitet og bergartens kompressibilitetsvariasjon, vises ingen følsomhet i porøsitet, gjenværende gassmetning og relativ permeabilitetskurve for denne parameteren. Selv om plummigrasjon er svært følsom for permeabilitet, porøsitet og bergartens kompressibilitetsvariasjon, viser den en liten endring med gjenværende gassmetning og relativ permeabilitetskurve. Når det gjelder lagringsmekanismers bidrag, mens alle fem parameterne har en innvirkning på lagringsnivået for hver mekanisme, viser Residual gassaturation og Rock compressibility en sterkere effekt på lagringsmekanismenes sammenbrudd.

The primary purpose of this study is to import the Aurora model, which is developed at the University of Oslo in cooperation with Gassnova and Ross Offshore, into MATLAB Reservoir Simulation Toolbox (MRST) to apply the Vertical Equilibrium (VE) feature of this simulator. The main reason for the VE application in MRST is to decrease the very long simulation time since the VE feature converts the 3D reservoir model into a 2D model, which takes significantly less time to simulate the reservoir model. Grid and PVT models of MRST and ECLIPSE have been compared together to ensure that the whole reservoir model, including PVT and Grid model, are imported from ECLIPSE into MRST correctly. Gas and water relative permeability comparison confirm that the relative permeability model is defined correctly based on the ECLIPSE relative permeability model. There was an issue regarding pressure initialization in MRST compared with ECLIPSE, which has been resolved by water density adjustment. By considering the water and gas compressibility equations, Water and Gas density models are defined in MRST based on the ECLIPSE PVT model. Gas and Water viscosity comparison between ECLIPSE and MRST shows that a similar trend exists in both MRST and ECLIPSE viscosity models. Although MRST PVT and Grid Model are verified in comparison with the ECLIPSE model, there are differences between CO2 plume shapes in MRST and ECLIPSE. The main reason for this difference is ”Reservoir Heterogeneity”. Since the porosity in the upper layers of the Aurora reservoir model is much lower than the lower layers, the one-layer averaged MRST model has more porosity than the upper layers in the ECLIPSE reservoir model, which has the highest contribution in CO2 flow. Therefore, the MRST plume shape is much wider than the ECLIPSE plume. In the first 50 years of injection, the free plume with approximately 17 [MT] of CO2 is the most significant storage mechanism. While approximately 17 [MT] (1 [MT] = 1E+09 [kg]) CO2 can be stored in the reservoir after 530 years by Residual and Dissolution mechanisms, 28 [MT] CO2 exited from the reservoir boundary. A sensitivity analysis have been carried out on five uncertain parameters of the reservoir model including permeability, porosity, Residual gas saturation, rock compressibility, and relative permeability curve. While injection well bottom-hole pressure is strongly sensitive with permeability and rock compressibility variation, no sensitivity is shown in porosity, residual gas saturation, and relative permeability curve for this parameter. Although plume migration is highly sensitive to permeability, porosity, and rock compressibility variation, it shows a slight change with residual gas saturation and relative permeability curve. Regarding storage mechanisms’ contribution, while all five parameters have an impact on the level of storage for each mechanism, Residual gas saturation and Rock compressibility show a more strong effect on the storage mechanisms’ breakdown.