Olga Robust, Enhanced and Accurate CO₂ Handling (Olga CO₂ REACH)

Bakgrunn
Transport av CO₂ med rørledning er den mest etablerte og mest brukte metoden innenfor CCS. I 2023 benyttet 60 % av de 67 prosjektene som var under bygging eller i drift rørledninger, og nesten 70 % av de over 300 prosjektene under utvikling planla å gjøre det samme (Global CCS Institute, The Global Status of CCS: 2023. Australia). Som grunnlag for sikker og kostnadseffektiv design og drift av rørledninger benyttes simuleringsverktøy som Olga.

Olga CO₂ REACH-prosjektet ble startet etter et arbeidsseminar om utfordringer knytet til transport og injeksjon innenfor CCS som ble holdt i oktober 2020, hvor 35 brukere av Olga fra til sammen 25 energiselskaper deltok. Deltakerne fra industrien utarbeidet en liste over forbedrings-muligheter og behov i simulatoren. Forbedringer som muliggjør robust og nøyaktig simulering av flerfase CO₂-strøm ble ansett som viktigst, og dette dannet grunnlaget for Olga CO₂ REACH.

Mål
Visjonen med Olga CO₂ REACH var å muliggjøre vellykkede CCS-prosjekter gjennom nøyaktig og robust simulering av flerfase-transport og injeksjon av ren CO₂ og CO₂-dominerte fluider.
Planen var å oppnå dette gjennom omfattende forbedringer av flerfasestrømnings-simulatoren Olga.

Aktiviteter
Omfanget av Olga CO₂ REACH var delt inn i fire arbeidspakker:
Arbeidspakke 1: Robuste og stabile simuleringer – Utvikling av en ny ligningsløser for å forbedre numerisk stabilitet og nøyaktighet.

Arbeidspakke 2: Nøyaktig termisk modellering – Innføring av en løser som benytter to energi-konserveringslikninger for å ta hensyn til forskjellig termisk oppførsel i gass- og væske-lagene.

Arbeidspakke 3: Forbedret prediksjon av holdup, trykkfall og strømningsmønstre – Forbedringer av Olgas strømningsmodell for bedre prediksjon av flerfase CO₂-strømning.

Arbeidspakke 4: Prosessutstyr og spesifikke strømningssituasjoner – Utvikling av modeller for pumper, kompressorer og retningsbestemte lekkasjer.

Fire pre-kommersielle prosjektversjoner av Olga som inneholdt prosjektets resultater ble levert til prosjektpartnerne.

Resultater
En viktig milepæl var utviklingen av en ny implisitt ligningsløser, som forsterket koblingen mellom trykk og entalpi, noe som er kritisk for CO₂-systemer med smale fasediagram. Den nye løseren viste overlegen stabilitet og nøyaktighet, spesielt under raske faseendringer og transiente scenarier som trykkavlastning og nedstengning med oppvarming.

En implisitt løser som omfatter to energikonserveringslikninger, ble utviklet for å modellere ulike termiske egenskaper i gass- og væskelag. Dette er særlig viktig under raske transiente forhold, når gass- og væskelagene ikke er i termisk likevekt. Løseren ble validert mot eksperimentelle data og viste forbedret nøyaktighet for energiutveksling og faseoverganger.

Modifikasjoner av Olgas strømningsmodell forbedret prediksjoner av strømningsmønstre, trykk-gradienter og væskeansamlinger (holdup). Validering mot 904 eksperimentelle datapunkter viste betydelige reduksjoner i prediksjonsfeil (51 % for trykkgradient, 31 % for væskeansamling og 18 % for strømningsmønstre).

En likevektsmodell for pumper og kompressorer ble utviklet, som inkluderer ikke-ideell gassoppførsel og komprimerbar væske. Modellen er spesielt viktig nær det kritiske punktet. En ny modell ble innført for å simulere lekkasjer i lagdelte strømningsregimer. Modellen tar hensyn til vinkelposisjon, væskenivå og lekkasjediameter. Denne funksjonaliteten er patentbeskyttet.

Videre arbeid
Den nye likningsløseren, med forsterket kobling mellom trykk og entalpi og bruk av en energikonserveringslikning, ble gjort kommersielt tilgjengelig i Olga 2025.1. Påfølgende oppdateringer er planlagt i Olga 2026.1.

Publikasjoner
1. N. Hoyer, Enable successful CCS projects through accurate and robust simulation of multiphase transport and injection of pure CO₂ and CO₂ dominated fluids, CLIMIT SUMMIT, 8. februar 2023.
2. N. Hoyer, Performant CO₂ flow predictions with Olga for Drilling and Production, CLIMIT SUMMIT, 26. februar 2025.
3. A. Brigadeau, A new solver for transient simulation of CO₂ multiphase flow in pipelines and wells, SPE workshop: Evolution of Flow Assurance – Learnings from the Past and Navigating Future Challenges, 29. – 30. april 2025, Kuala Lumpur, Malaysia.
4. R.H. Nemoto, A. Brigadeau, Z. Yang, L. Rønning, T. Vincent-Dospital, J. Ø. H. Bakke, Validation of a new transient solver for simulation of multiphase CO₂ flow in pipelines, 21st International Conference on Multiphase Production Technology, Lisbon, Portugal. MPT 2025.

Brigadeau, New CO₂ solver in the Olga simulator—background and improvements, webinar, 26. november 2024 (tilgjengelig på forespørsel).