Numerical study of underground CO2 storage and the utilization in depleted gas reservoirs

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• Publisher: Cuvillier Verlag
• Year: 2021
• Print ISBN: 9783736973862
• eBook ISBN: 9783736963863
• Edition: 1

Carbon capture and storage (CCS) is considered as the most promising technology for slowing down the atmospheric CO2 emissions. However, CCS has not been implemented on large scale because of the related risks and the lack of financial incentives. Regarding the risks associated with CCS, a parametric uncertainty analysis for CO2 storage was conducted and the general roles of different key geomechanical and hydrogeological parameters in response to CO2 injection were determined, which is beneficial for guiding time and effort spent mitigating the uncertainty to acquire trustworthy model forecasts and risk assessments. Regarding the financial incentives of CCS, co-injection of CO2 with impurities associated with enhanced gas recovery was analyzed, which is advantageous for decreasing the cost on gas separation and generating additional economic profit. In addition, the utilization of CO2 as cushion gas in the underground gas storage reservoir was proposed and analyzed, which can also be beneficial for improving the cost-effectiveness of CCS. Overall, this thesis is advantageous for promoting the application of CCS on large scale and mitigating the atmospheric CO2 emissions.Die Kohlenstoffabscheidung und –speicherung (CCS) gilt als die vielversprechendste Technologie zur Verlangsamung der atmosphärischen CO2–Emissionen. CCS wurde jedoch aufgrund der damit verbundenen Risiken und des Mangels an finanziellen Anreizen nicht in großem Umfang implementiert. In Bezug auf die mit CCS verbundenen Risiken wurde eine parametrische Unsicherheitsanalyse für die CO2-Speicherung durchgeführt und die allgemeinen Rollen verschiedener geomechanischer und hydrogeologischer Schlüsselparameter als Reaktion auf die CO2-Injektion ermittelt. Dies ist hilfreich, um den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Minderung der Unsicherheit zu verringern, um vertrauenswürdig zu werden Modellprognosen und Risikobewertungen. In Bezug auf die finanziellen Anreize von CCS wurde die gleichzeitige Injektion von CO2 mit Verunreinigungen im Zusammenhang mit einer verbesserten Gasrückgewinnung analysiert. Dies ist vorteilhaft, um die Kosten für die Gastrennung zu senken und zusätzlichen wirtschaftlichen Gewinn zu erzielen. Darüber hinaus wurde die Verwendung von CO2 als Polstergas im unterirdischen Gasspeicher vorgeschlagen und analysiert, was auch zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von CCS beitragen kann. Insgesamt ist diese These vorteilhaft, um die Anwendung von CCS in großem Maßstab zu fördern und die atmosphärischen CO2-Emissionen zu verringern.

Table of contents

• 1 Introduction
• 1.1 Introduction of underground CO2 storage
• 1.2 Mechanisms of CO2 storage
• 1.3 Geologic storage options of CO2
• 1.4 Risk assessment of underground CO2 storage
• 1.5 Methods for improving the cost-effectiveness of CO2 storage
• 1.6 Prospects of CCS/CCUS technologies
• 1.7 Research objectives
• 2 THM coupled geo-processes of underground CO2 storage
• 2.1 Multiphase and multicomponent flow
• 2.2 Mechanical behavior of formation rocks
• 2.3 THM coupling processes
• 2.4 THM coupling models in TOUGH2MP (TMVOC)-FLAC3D
• 3 Parametric uncertainty analysis for CO2 storage
• 3.1 Methodology
• 3.2 Simulation schemes
• 3.3 Correlation of formation response with parameter uncertainty
• 3.4 Surrogate model based on SVR
• 3.5 Application of the SVR surrogate model to sensitivity analysis
• 3.6 Summary
• 4 CO2 storage with impurities associated with enhanced gas recovery indepleted gas reservoirs
• 4.1 Impurity gas related to CO2 storage
• 4.2 Generic model based on literature study
• 4.3 Simulation schemes
• 4.4 Dedicated for CO2 storage
• 4.5 CSEGR
• 4.6 Preliminary economic analysis
• 5 CO2 as cushion gas for underground natural gas storage in depleted gasreservoirs
• 5.1 Simulation schemes
• 5.2 Properties and mixing behavior of the gases in the UGSR
• 5.3 Impacts of geological and engineering parameters
• 6 Conclusions and outlook
• References