En eksperimentell studie av CO2 lagring i sandstein og kalkstein med bruk av ulike avbildningsteknikker

De naturlige klimagassene sørger for at middeltemperaturen på jorda er ca. 15 C, og ikke -18 C som den ville vært uten klimagassene. De menneskeskapte (antropogene) utslippene av klimagassene CO2, CH4, N2O og fluorholdige gasser gir en ytterligere oppvarming. Den globale middel-temperaturen har økt med 0,74 C de siste 100 årene. Den viktigste menneskeskapte klimagassen er CO2, og konsentrasjonen av CO2 er i dag høyere enn den har vært på 650 000 år [5]. Å redusere de menneskeskapte utslippene er et aktuelt og hett tema internasjonalt i dag. Det fokuseres blant annet på å lagre CO2 i geologiske formasjoner analogt til hvordan olje- og gass-ressurser har vært lagret i geologiske reservoarer over millioner av år frem til produksjon. Det eksperimentelle arbeidet utført i denne oppgaven er gjort på dagbruddsbergarter, som gjenspeiler kjernemateriale i Nordsjøen. Det er lagt vekt på visualisering av CO2-strømning ved bruk av forskjellige avbildningsteknikker. Dette masterprosjektet er det første ved Institutt for Fysikk og Teknologi (UiB) med ambisjon om å avbilde CO2 i porøse systemer initialt mettet med vann. Det er derfor brukt betydelig tid på design og testing av eksperimentelle systemer for å optimalisere kontroll på materialbalanse og visualisering av strømning som funksjon av tid. Væskefortrengning ved flerfasestrømning, med trykk og temperaturforhold som gir CO2 i væskefase, er blant annet blitt avbildet på strømningsriggen ved Universitetet i Bergen. Dette ved å mette kjernematerialet med saltvann merket med radioaktivt sporingsstoff (22Na). Det radioaktive sporingsstoffet vil ikke blande seg med CO2, og vil derfor kunne gi avbildning av vannfortrengningen ettersom radioaktivitet avtar når vannet fortrenges. Injeksjon fra bunn og topp, i nærliggende vertikal retning, ble gjort for å kunne se på effekten av gravitasjon, tetthetsforskjell og mobilitetsforhold mellom CO2 og vann i større bergartsblokker (15cm x 10cm x 5cm). For å komplimentere noe lav oppløsning ved strømningsriggen ved UiB, ble en helt ny metode for avbildning av fluidstrømning i porøse medier utprøvd i denne oppgaven. Dette ved å avbilde strømningen med en PET/CT skanner ved Haukeland Universitetssykehus. Denne kan gjennomføre skann på mindre prøver med kortere tidsintervaller, med bedre oppløsning på avbildningen, og med muligheten for å merke CO2 direkte med sporingsstoffet 11C, fremfor å merke det fortrengte vannet. For å kunne verifisere metningsdata ved CO2-vannfortrengning i porøse medier ble forskjellige målinger utprøvd; resistivitet, materialbalanse, strålingsintensitet og massebalanse. I tillegg har det blitt gjort eksperiment med å se på muligheten for å mette CO2 med vann og bedre alternativ for prepareringsmetoder av blokker (hvor det i dag blir brukt epoksy). Det ble ikke funnet en god metode for å mette CO2 med vann i forkant av injeksjonsprosessene, hvor alle eksperimentene da ble injisert med ren CO2. Avbildningsteknikken ved strømningsriggen ved UiB ga stor metningsdifferanse mellom målinger basert på strålingsintensitet og materialbalanse. Parallelle metningsmålinger gjennom resistivitet og/eller materialbalanse vil være nødvendig for å korrigere eller verifisere metningsdata basert på strålingsintensitet. Avbildning av CO2-strømning i et porøst kjernemateriale med PET/CT skanner viste seg å være en suksess. Avbildningen gav god oppløsning og tydelig tegn til fingering som følge av ugunstig..