La surveillance de sites de stockage géologique 2 : une ...grrebs.ete.inrs.ca/wp-content/uploads/2014/02/ACFAS_Garcia_2013.… · relation temps/espace 1. pendant la caractérisation

Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables

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ACFAS – Colloque INRS – 9 mai 2013

La surveillance de sites de stockage géologique de CO2 : une approche géochimique combinant la

composition en gaz majeurs, en gaz rares et l'isotopie du carbone

Bruno Garcia [email protected]

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Plan de la présentation

I. Introduction 1. Contexte 2. Stratégie de monitoring

géochimique

III. étude de cas 1. Site pilote Rousse, France 2. Site EOR-CO2, Brésil

II. Méthodologie

1. méthodologie IFPEN 2. intérêt des gaz rares

IV. Conclusion & Perspectives

1. Conclusion 2. Perspectives

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Contexte Stockage géologique de CO2

différents processus (migration, dissolution, réactivité...) fuites potentielles monitoring géochimique

couverture

puits d’injection puits d’injection puits abandonné

faille D'après Metz et al.,

IPCC 2005 B. Garcia, V. Rouchon. Le stockage géologique de CO2 : réactivité géochimique du CO2 avec son environnant (2013). Actualité Chimique – Société Chimique de France – février-mars 2013, n° 371-372; pp 57-61.

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Contexte

Acceptabilité sociétale

- Directive « sécuritaire »

Intérêt opérationnel

- sécurité

Une histoire de compromis entre ces deux « objectifs »

Impact direct sur la stratégie de surveillance

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Stratégie de monitoring géochimique = relation temps/espace

1. pendant la caractérisation du site (avant injection) 2. pendant l’injection 3. après l’injection (fermeture du site)

Différents compartiments sont concernés

La relation temps/espace = impact direct sur la stratégie de surveillance géochimique à mener

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Avant injection

état initial – ligne de base

état initial – ligne de base (2-3 ans) Temps

tous les compartiments sont concernés Espace

analyse de risques

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Pendant injection de une année à une dizaine d’années temps

surveillance au niveau des puits comportement du réservoir pendant la montée en pression Espace suivi de la ligne de base

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Après l’injection jusqu’à 100 ans temps

monitoring proche puits la masse de gaz injectée; stabilisation espace suivi de la ligne de base détection de fuites

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géochimique


II. Méthodologie




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IFPEN : une méthodologie combinant gaz majeurs, gaz rares et isotopie carbone

Composition gaz majeurs Origine du gaz Réactivité chimique Fractionnement chimique, biologique Transport

isotopes du carbone Origine du gaz Réactivité chimique Fractionnement

Gaz rares

Origine du gaz Transport

inertie chimique, impactés uniquement par des processus

physique

intérêt fort

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IFPEN : une méthodologie combinant gaz majeurs, gaz rares et isotopie carbone

He

NeCO2

Ar Xe1,0E-09

1,0E-08

1 10 100 1000

SOLUBILITY * 10E-4

LOG SCALE

DIF

FUS

ION

LOG

SC

ALE

He Ne Ar Kr Xe CH4 O2 N2 CO2

Kr

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NeCO2

Ar Xe1,0E-09

1,0E-08

1 10 100 1000

SOLUBILITY * 10E-4

LOG SCALE

DIF

FUS

ION

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He Ne Ar Kr Xe CH4 O2 N2 CO2

Kr

V. Rouchon, A. Estublier, B. Garcia. Procédé de stockage géologique de gaz par analyses géochimiques de gaz rares dans la phase gaz. Brevet n° 11/01.260. (2011). V. Rouchon, A. Estublier, B. Garcia. Procédé de stockage géologique de gaz par analyses géochimiques de gaz rares. Brevet n° 11/00.760. (2011).

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géochimique


II. Méthodologie




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étude de cas : site pilote Rousse, France

Atla

ntic

ocea

n

800

kmPARIS

LACQ

Atla

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kmPARIS

LACQ

© Total

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n

800

kmPARIS

LACQ

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ntic

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kmPARIS

LACQ

© Total

analyses du CO2 injecté

analyses du gaz réseau (CH4) et de l’O2 (procédé d’oxycombustion)

analyses des gaz des réservoirs (Rousse 1 (formation de stockage) et Rousse 3 (formation voisine))

analyses des gaz de surface (sols)

analyses des gaz dissous (aquifère de Lasseube)

Garcia, B. et al., 2012. OGST; 67, 2, pp. 341-353

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La composition chimique des « pôles purs » (réservoirs, gaz réseau et CO2 injecté)

+ composition chimique du CO2 injecté :

• 86% CO2, 9% O2, 5% N2


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isotopie C des différents « pôles purs » (réservoirs, gaz réseau et CO2 injecté)

1000 < Ipeak < 7000 (mV)

+ CO2 injecté => δ13CCO2 = -40 ‰

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Les gaz des sols (composition majeure, isotopie carbone δ13CCO2, gaz rares)

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l’Aquifère de Lasseube – le premier aquifère au-dessus de la roche couverture

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AirnConcentration

mol/cm 3

2,06E-106,46E-101,23E-093,65E-072,55E-11

La composition en gaz rares dissous de l’aquifère de Lasseube

= la composition de l’eau équilibrée avec l’air

l’Aquifère de Lasseube – le premier aquifère au-dessus de la roche couverture

AEW 21°C AConcentrationmol/cm 3 m

1,92E-127,10E-124,37E-111,29E-081,69E-12

Lasseube Concentrationmol/cm 3 incertitude

4,51E-12 1,66E-12

8,73E-12 1,62E-12

4,54E-11 2,66E-12

1,33E-08 7,43E-10

1,50E-12 6,09E-14

4He20Ne36Ar40Ar84Kr

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analysé


fort enrichissement en Kr

1

2

3

4 Noble gas air values4He 5,24

20Ne 16,136Ar 3184Kr 0,65

129Xe 0,0340Ar/36Ar 295,53He/4He 1,40E-06

Bilan de l’intérêt des gaz rares pour le suivi d’un site de stockage géologique de CO2 (pôles purs)

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Conclusions sur l’étude de cas : site pilote Rousse

Les gaz rares ont un intérêt fort dû à leurs propriétés intrinsèques (inertie chimique, processus physique de transport mis en évidence, intérêt pour l’identification de fuite précoce)

Véritables traceurs de suivi de migration de fluide, avec des

signatures bien caractéristiques pour chaque entité (pôles) Impact sur la composition d’un compartiment (réservoir, aquifère,

surface) facilement détectable et quantifiable

-Projet ADEME CO2-Vadose

-C. Loisy et al., 2013. IJGGC, 14, pp. 97-112.

-B. Garcia et al., 2013. IJGGC, 14, pp. 247-258.

-G. Cohen et al., 2013. IJGGC, 14, pp. 128-140.

- O. Le Roux et al., 2013. IJGGC, 16, pp. 156-166.

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Champ pétrolier Buracica Bassin de Recôncavo superficie du champ = 7 km2

Projet EOR-CO2 (Petrobras)

Magnier, C. et al., 2012. OGST; 67, 2, pp. 355-372

-Différents réservoirs : en moyenne Ø= 22%, SWi= 24%, K=150 to 900 mD, T=44°C, API=35°

1: puits d’injection CO2

2: puits d’injection d’eau

3: puits producteur d’huile

EOR-CO2 : 10 à 30% efficacité

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associé à cet objectif EOR-CO2 programme de monitoring géochimique

ligne de base en surface (sol) variabilité naturelle du CO2 (teneur,

flux et isotopie C) pendant une période d’injection de

CO2 et d’N2

grille régulière avec 30 points de sol distancés de ≈ 500m

échantillonnages et analyses

puits injecteurs de CO2

puits producteurs d’HC

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isotopie C = insuffisant pour traquer des fuites de CO2 profond à la surface


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gaz rares = indispensables pour discriminer un CO2 profond d’un CO2 de surface


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géochimique


II. Méthodologie




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Conclusion

l’approche combinée gaz majeurs, isotopie C et gaz rares meilleure caractérisation de chaque pôle

meilleure compréhension des phénomènes liés à l’injection de CO2

meilleure prédiction des différentes évolutions compositionnelles

des compartiments

anticipation d’une fuite éventuelle de CO2

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Perspectives

Développement d’outils robustes et industriels B. Garcia, M. Garcia, C. Fernandes-Marto, V. Rouchon. Préleveur de fluide sous pression pour la surveillance de

stockage géologique de gaz. Brevet n° 12/03.329. (2012).

in situ et autonomes V. Rouchon, B. Garcia, C. Magnier, S. Noirez, Ph. Delaplace. Installation et méthode de détermination du CO2

d'origine profonde. Brevet n° 6421/00/BA (2011).

Méthodologies de traitement des données bien adaptées V. Rouchon, B. Garcia, C. Magnier, S. Noirez. Méthode de détection d'un flux de CO2 profond par la détermination

conjointe de la composition en CO2, N2 et O2 dans les sols. Brevet n° 6392/00/BA (2011).

Prise en compte de ces évolutions compositionnelles en modélisation V. Rouchon, A. Estublier, B. Garcia. Procédé de stockage géologique de gaz par analyses géochimiques de gaz

rares dans la phase gaz. Brevet n° 11/01.260. (2011). V. Rouchon, A. Estublier, B. Garcia. Procédé de stockage géologique de gaz par analyses géochimiques de gaz

rares. Brevet n° 11/00.760. (2011).

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