Consolidation and Stress History in Shallow Sediments in the Northern North Sea

Abstract

Mange internasjonale prosjekter har tatt sikte på å fremme innovasjoner og løsninger for å redusere de globale klimagassutslippene. Blant disse er SHARP som sikter på å redusere risikoene knyttet til karbonlagring i den nordre delen av Nordsjøen. En to-dimensjonal numerisk modell, ødotreaksiale og Atterberg-grensetester på analogt materiale ble gjennomført. Ødotreaksiale tester ble utført på Onsøy-leire levert av NGI. Målet med disse testene var å etablere et sammenligningsgrunnlag mellom laboratoriebaserte K0-verdier for leiren fra Onsøy og de anbefalte K0-verdiene fra Troll-feltet. Dette inkluderte også en vurdering av om Onsøy-leiren har analoge egenskaper til Troll-feltet. Atterberg-grensetester ble gjennomført for å sette prøvene av Onsøyleire i sammenheng med tidligere karakterisering av materialet. Det kan også anses som en ytterligere dokumentasjon i forbindelse med de ødetreaksiale testene og for å vurdere hvorvidt prøvene har tatt skadesom følge av sin tid i oppbevaring. Resultatene fra Atterberg-grensetestene som ble utført i forbindelse med denne avhandlingen var som forventet basert på tidligere karakterisering. Numeriske simuleringer ble kjørt i PLAXIS for å gjenskape K0 og OCR i Enhet IIIA (74-110 m) i Troll-feltet undersøkt av (Lunne, Long and Uzielli, 2006). En ny termodynamisk sikker konstitutiv modell, kalt hyper-viskoplastisk cam clay-modell (HVMCC) utviklet av (Dadrasajirlou, 2022) ble brukt som en videreførelse av tidligere masterarbeid av Jalali (2022). HVMCC øker til fleksibiliteten i flyteoverflaten ved å angi den relative plasseringen av den kritiske spenningstilstanden (avstandsforhold), samt vridning via en fiksjonell dempningsparameter for å bedre håndtere dilatansen i materialet. Med dette økte K0 fra 0.8 til nær 1, samtidig som OCR ble opprettholdt. Avstandsforholdet ble bestemt til 5 med assosiativ flyt. Avviket fra feltdata for K0=[1,1.2] knyttes til ødometerforholdene modellen er satt i. Resultatene antyder dermed at Enhet IIIA er under avlastning eller vært usatt for passiv belastning, hvilke modellen ikke kan gjenskape. Modellen har stor usikkerhet når det gjelder isbretykkelse og krypindeks, ettersom feltregistrerte data i disse dybdene varierer over Troll-feltet.

Acknowledging CO2 as the main greenhouse gas driving the climate change, many international projects have been initialized to drive innovations and solutions to cut emissions from the worldwide industry. A research project, SHARP, aims to provide investors with data to reduce the associated risks of carbon sequestration in the Northern North Sea. Two dimensional numerical model, oedotriaxial and Atterberg limit tests on Onsøy clay anagolous to Troll were conducted. Oedotriaxial tests were conducted on clay retrieved from the Onsøy NGTS site provided by NGI. The aim of this testing was to create a basis of comparison between the laboratory assessed K0 values of the Onsøy clay and the recommended K0 values from the Troll field. This extended into an assessment of whether the Onsøy clay has analogous properties to Troll which would enable. Atterberg limit tests were conducted to put the Onsøy samples into the context of the previous characterization of the soil, and to provide documentation in relation to the testing. It also provided a basis for assessing whether changes in the soil had occurred due to time in storage. The results from Atterberg limit tests conducted in conjunction with this thesis fell into what could be expected from previous characterization. Numerical simulations were conducted in PLAXIS to improve simulations to K0 and OCR in Troll characterized by Lunne in Unit IIIA (74 – 110). A new thermodynamically sound constitutive model, called Hyper-viscoplastic Cam Clay model, (HVMCC) developed by Dadras-Ajirloo, Grimstad and Amiri (2022) was applied. Remaining layers was calculated with Soft Soil Creep as a continuation of previous thesis work from Jalali (2022). HVMCC adds flexbility in the yield surface by setting the relative location of the effective mean stress, and twist by fricitonal dissipation parameter to address the dilative behavior better. The flexbility was demonstrated by improving K0 from 0.8 to near 1 with increasing spacing ratio, while maintaining OCR. Taken into account model limitations and existing studies on spacing ratios of clay, a spacing ratio of 5 with associated flow was determined. Inability to simulate the field recorded K0 ranging between 1.0 and 1.2, suggests that Unit IIIA is still unloading, or been subjected to anisotropic conditions, which of both the model is unable to recreate. The model have great uncertainties on ice thickness and creep index as field recorded data in these depths vary across the Troll area.