Numerical Study of Formation Dry-out and Salt Precipitation due to Supercritical CO2 Injection

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Der Klimawandel ist in den letzten zehn Jahren zu einem Hauptanliegen der Menschheit geworden, dessen wichtigste Umweltfolge der Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur ist. Der Temperaturanstieg lässt sich durch die allmähliche Steigerung der Treibhausgasemissionen, wie Kohlendioxid (CO2), erklären. Daher ist es das Ziel der Gesellschaft, bis 2050 Kohlenstoffneutral zu werden. Um dieses Ziel zu erreichen, ist eine der vielversprechendsten Lösungen, die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) einzusetzen. Dabei wird das CO2 aus dem industriellen Quellen oder aus der Atmosphäre abgeschieden, in den Untergrund injiziert und schließlich in tiefen geologischen Formationen gespeichert. Die günstigste Option sind salzhaltige Aquifere, da sie über ein hohes Speicherpotenzial verfügen. Die Realisierung von CCS-Projekten würde hochpräzise Modellierungswerkzeuge erfordern, und eines den Hauptproblemen ist die Beschreibung der geochemischen und physikalischen Prozesse, die bei der Injektion von trockenem überkritischem CO2 in Sole-Aquifere zur Verdunstung des salzigen Formationswassers führen. Dieser Mechanismus führt zu einem Anstieg des Salzgehalts und zu Salzausfällungen, die hauptsächlich durch die Wasserverdampfung innerhalb der CO2-gesättigten (ausgetrockneten) Region verursacht werden. Dadurch verändern sich Durchlässigkeit und Porosität, und die Injektivität wird beeinträchtigt. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Parameter zu verstehen, die die Salzausfällung, die Muster der Ausfällung und den Verdrängungsprozess der Sole durch CO2 fördern. In der Studie werden die öffentlich zugänglichen Multiphysik-Frameworks DuMux und Moose verwendet. Mit Hilfe dieser zwei Programmen kann der Verdrängungsprozess von Sole durch CO2 in der Nähe der Injektionsregion bewertet werden (unter der Annahme, dass bereits ein Teilphasengleichgewicht erreicht ist). Die Strömung wird durch eine zweiphasige, leicht mischbare Verdrängung beschrieben, wobei die primäre Entwässerung dominiert. Das endgültige Ziel ist die Ermittlung der Auswirkungen der ausgewählten Parameter im Salzausfällungsprozess. Darüberhinaus werden verschiedene Injektionsraten berücksichtigt. Weiters wird die Rolle der relativen Permeabilität und der stabilisierenden Wirkung des Kapillardrucks unter Verwendung erweiterter Brooks-Corey- und Van-Genuchten-Modelle bewertet. Die erzielten Ergebnisse und Beobachtungen wurden mit dem Benchmark-Simulator TOUGH2 verglichen, der als kommerzielle Software eingesetzt wird und als bewährter Simulator angesehen werden kann. Alle Simulatoren - Moose, DuMux und TOUGH2 - verwenden dasselbe Prinzip, und zwar die Annahme eines lokalen Gleichgewichts. Aus diesem Grund zeigten alle Simulatoren eine Anhäufung von Salz in der Nähe des Kerneingangs mit einer stärkeren Ausfällung unter dem kapillargetriebenen Rückfluss der Sole.

Details

Titel in ÜbersetzungNumerische Studie über die Austrocknung der Formation und die Salzausfällung durch überkritische CO2-Injektion
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung16 Dez. 2022
StatusVeröffentlicht - 2022