Modeling the effects of detailed geological architecture on CO2 storage using the Pano Lagoonal barrier-bar system outcrop (Spain)

Abstract

I takt med et økende energiforbruk og et behov for å redusere klimautslipp, må flere tiltak tas i bruk. Ett av disse tiltakene innebærer å lagre CO2-utslippene i undergrunnen, i såkalte saltvannsakvifer eller i depleterte olje- og gassfelt. Equinor har i flere år lagret CO2-utslipp på denne måten, og jobber aktivt for å kunne utvide denne formen for utslippskutt, i tråd med Parisavtalen. I samarbeid med Equinor, har jeg i denne masteroppgaven laget en høyoppløsningsgeomodell av Pano-blotningen, som ligger i Ainsa, Spania. Avsetningshistorien til denne blotningen har likhetstrekk med avsetningshistorien til Nordsjøen, hvor Equinor med partner planlegger å lagre CO2 i Johansen formasjonen, under lisens EL001 Aurora. I tillegg arrangerer Equinor, NTNU og flere andre hvert år feltkurs til Ainsa-området for sine ansatte, hvor formålet er å studere avsetningene som ligner på avsetningene i Nordsjøen. Formålet med denne masteroppgaven er derfor todelt.

I den første delen har det blitt konstruert en geomodell som ligner Pano-blotningen. Denne modellen er laget i et dataprogram kalt SubsurfaceAI. Modellen er basert på en stratigrafisk logg laget av Hulten and Bootsman i 1975, og Donselaar mfl. (fra 1982 til 1996) sin grundige kartlegging av Pano-blotningen. Modellen viser de to distinkte facies: Flo-tidevannsavsetninger og grunnmarine avsetninger, som utgjør Pano-blotningen. Faciesene er adskilt med en leirebase. De fem sandlobene illustrerer en helning mot vest, mot brønn P5. Den grunnmarine facies viser den klassiske hummocky kryss-stratifiseringen, samt heterogeniteter.

Den andre delen baserer seg på å bruke geomodellen for å kartlegge hvordan CO2-skyen distribuerer seg i modellen over tid ved bruk av komposisjons- og termisk modelleringsprogrammet Eclipse 300 via Petrel. Dette er for å gi en indikasjon på hvordan CO2 potensielt kan migrere ved injeksjon i Johansen formasjonen. Flere scenarier ble undersøkt. Simuleringene viser at de geologiske effektene fra Pano-blotningen påvirker utviklingen av CO2-skyen i tidlig fase. Betydelige forskjeller mellom de distinkte faciesene kan observeres. Den tidlige fasen (etter ett år) er styrt av hvordan sandlobene er lagdelt. I den midtre/sen fasen (etter fem år) er CO2-skyen hovedsaklig dominert av anisotropi. Simuleringer for veldig sen fase (etter 100 år) antyder at CO2-skyen i hovedsak er påvirket av topografien til den strukturelle lukningen og oppløsningen av CO2-skyen.

As energy consumption increases and the need to reduce climate emissions grows, more measures must be implemented. One of these measures involves storing CO2 emissions underground in saline aquifers or depleted oil and gas fields. Equinor has been storing CO2 emissions this way for several years and is actively working to expand this form of emission reduction in line with the Paris Agreement. In collaboration with Equinor, I have developed a high-resolution geomodel of the Pano outcrop in Ainsa, Spain, for this master’s thesis. This outcrop’s depositional history is similar to deposits in the North Sea, where Equinor and its partners plan to store CO2 in the Johansen Formation under license EL001 Aurora. Additionally, Equinor, NTNU, and several others organize field courses in the Ainsa area annually for their employees, aiming to study the deposits that resemble those in the North Sea. Therefore, the purpose of this master’s thesis is two-part.

In the first part, a geomodel resembling Pano has been constructed. This model was created using a software program called SubsurfaceAI. The model is based on a stratigraphic log made by Hulten and Bootsman in 1975 and the thorough mapping of the Pano outcrop by Donselaar et al. (from 1982 to 1996). The model shows the two distinct facies comprising the Pano outcrop: flood-tidal delta and shallow marine facies. The facies are separated by a muddy base. The five sand lobes illustrate a westward inclination towards well P5. The shallow marine facies show the classic hummocky cross-stratification and heterogeneities.

The second part uses the geomodel to map how the CO2 plume distributes itself within the model over time using the compositional and thermal modeling program Eclipse 300 via Petrel. This indicates how CO2 might migrate when injected into the Johansen Formation. Several scenarios were investigated. The simulations show that the geological effects from the Pano outcrop influence the development of the CO2 plume in the early phase. Significant differences between the distinct facies can be observed. The early phase (after one year) is controlled by the layering of the sand lobes. In the intermediate/late phase (after five years), the CO2 plume is mainly dominated by anisotropy. Simulations for the very late phase (100 years post-injection) suggest that the CO2 plume development is primarily influenced by the topography of the structural closure and the dispersion of the plume.