Analyse de risque et méthodes

de surveillanceLaurent Jammes

Schlumberger Carbon Services

Les phases d’un projet de stockage

PLAN DE LA PRESENTATION

• La caractérisation d’un site de stockage

• L’analyse des risques

• La place du monitoring dans le contrôle des risques

• Les projets ANR liés au monitoring

• Conclusion

Géophysique Transport

La caractérisation d’un site

Collection de données

Campagnes de mesures

Modèle séquentiel, stratigraphique

et propriétés

(écoulement, géomécanique,

géochimie)

Confinement

Géomécanique

• Stabilité des failles

• Pression

Intégrité des puits

• Isolation

hydraulique

Hydrodynamique

• Systèmes d’aquifères

Injectivité

• Qualité du réservoir

• Géométrie

• Connectivité

Capacité

• Modèle

Géologique

• Volume de pore

• Connectivité

Potentiel de confinement, chemins de migration et mécanismes de piégeage

GéologieGéomécaniquePétrophysique

Minéralogie

Risques de perte de confinement

� Couverture� Hydro stratigraphie

� Composition

� Propriétés mécaniques

� Propriétés d’écoulement

� Failles� Transmissibilité

� Propriétés mécaniques

� Puits� Etat des complétions

� Mécanismes de dégradation

Trois catégories d’éléments garantissent la qualité du confinement

Evaluation des scenarios de fuites en terme de criticité(probabilité x sévérité de l’impact)

Objectifs du dispositif de monitoring

� Optimisation de la performance et contrôle des risquesd’un site stockage

� Trois catégories d’objectifs� Contrôle de l’opération d’injection

� Contrôle du devenir du CO2 et des effets induits par l’injection

• Déplacement du nuage, modes de piégeage

• Effets de pression, de déplacement de saumure

• Calibration des modèles prédictifs

� Contrôle de la qualité du confinement

• Intégrité des barrières

• Fuites et impact

Contrôle de l’opération d’injectionObjectifs:

� Maximiser le débit de CO2 injecté (pression d’injection) sans endommager les barrières (qualité du confinement)

� Estimer la masse de CO2 injecté

Mesures de contrôle:

� Composition du gaz injecté

� Débit

� Pression (tête et fondde puits)

� Température

� Microsismicité induite

0 50 100 150 200 250 3000

5

10

15

20

Time from inj. start (days)

Wellhea

d pres

sure

(M

Pa)

0 5 10 15 200

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Inj. pressure (MPa)

Bin fre

quen

cy

02

50

50

07

50

2004 Dec 2005 Mar

Cu

mu

lati

ve

CO

2(t

)

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey

Debut de l’injection de CO 2

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey Debut de l’injection de CO 2

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 injection ends

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey

Monitoring de vérificationDirective CSC

Les résultats d’observation devront être comparés avec les prédictionsdu champ de pression et de saturation en CO2, effectuées grâce aux outils de simulation dynamiqueSi une déviation significative entre observations et prédictions est constatée, le modèle 3D devra être re-calibré pour reproduire le comportement observé

CO2 libre Pressionde

reservoir

Sud de la mer du Nord:

Injection dans un aquifere10 Mt/an pendant 50 ans

Source: British Geological Survey

Contrôle du confinement4 - Quantification des fuites

3 - Détection et évaluation de l’impact d’une fuite

2 - Détection des fuites

1 - Contrôle de l’intégrité des barrières

Quatre niveaux de monitoring

Le projet ANR Géocarbone-Monitoring

� Caractéristiques du projet� Participants: BRGM (coordinateur), IFP, INERIS, INPL, GDF-Suez, Schlumberger,

TOTAL

� Budget: 1,8 M €

� Etudes de faisabilité de techniques de monitoring dans le contexte du bassin parisien

� Faits Marquants� Première collaboration des acteurs du monitoring en France

� Test de techniques de monitoring et identification des verrous technologiques

� Conclusions� Monitoring géophysique – conditions de validité des mesures

• Sismique 4D

• Micro gravimétrie

• Interférométrie InSAR (déformation)

� Monitoring des gaz en surface• Mesures effectuées sur des analogues naturels

• Nécessité de caractériser les variations saisonnières pour pouvoir quantifier les émissions profondes

Le projet ANR Sentinelle

� Caractéristiques du projet� Participants: INPL (Coordinateur), TOTAL, IFP, Kaiser Optical � Systems, INERIS, CNRS IPSL/LMD, INRA-EGC, BRGM- MMA/MSE� Budget: 3,387 M €� Objectifs

• Bilan 0 des échanges gazeux et de leurs variabilités sur un site de stockage• Suivi de ce bilan au cours de la phase d’injection et après• Validation d’une méthodologie de surveillance spatio-temporelle

� Faits Marquants� Développement de capteurs et de protocoles de mesures pour trois

compartiments (géosphère, biosphère et atmosphère)� Mesures en cours sur le site de Rousse

� Verrous � Compréhension des échanges gazeux entre les différents compartiments� Impacts des cycles naturels sur les flux de CO2 en surface� Capacité à discriminer les sources naturelles et anthropiques

Autres projets liés à la surveillanceet au contrôle des risques

� CO-LINER� Intégrité des couvertures endommagées, caractérisation, rémédiation

et modélisation

� CRISCO2� Critères de sécurité pour le stockage du CO2 – approche qualitative /

quantitative de scenarios de risques

� EMSAPCO2� Développement de méthodes EM et sismique active et passive pour la

surveillance de réservoirs de stockage du CO2

� Géocarbone-Intégrité� Étude du confinement a long terme des stockages de CO2

� HPPP-CO2� « High Pulse Poroelasticity Protocol » pour le monitoring géophysique

de l’injection de CO2 dans les réservoirs

� OPTIQUE-CO2� Capteurs infrarouges à fibres optiques innovantes appliquées au monitoring

du stockage géologique duCO2

Conclusion – le plan de monitoring

Défis et sujets de recherche� Approche holistique - Placement des capteurs, faisabilité des mesures

pour remplir les objectifs de monitoring susmentionnés

� Intégration de mesures complémentaires, basées sur des différents

principes physiques, de différentes résolutions spatiales, dans le cadre

d’un modèle d’interprétation unique

� Détection et quantification des fuites pour le contrôle de la sécurité

du site et la comptabilité du CO2 stocké

� Contrôle temps réel des opérations

Conclusion

Depuis 2005, l’ANR a entrepris de fédérer les acteurs français (industriels et institutionnels) dans le domainedu captage et du stockage du CO 2

Trois points essentiels pour la poursuite du programme:

� Renforcement du Partenariat Public Privé dans la phase actuelle (démonstration)� Industrie (aspects opérationnels, gestion de projet, transfert de technologie)

� Recherche publique (aspects fondamentaux, nouvelles technologies, acceptabilité sociale)

� Rôles complémentaires de l’ADEME (démonstrateurs)et de l’ANR (programmes de recherche)

� Liens avec les autres programmes internationaux / nationaux � Complémentarité des actions de recherche� Accès aux sites