UpLIFT New Solver Phase II – CO₂Speed

Bakgrunn og hensikt med prosjektet?

Karbonfangst og -lagring (CCS) er en nøkkelteknologi for å oppnå målene om netto null utslipp av klimagasser (GHG) innen 2050. Det fangede CO₂ kan transporteres gjennom langdistanseledninger og injiseres i et reservoar for permanent lagring. Strømningen av CO₂ i rør er derfor en viktig del av CO₂-håndteringskjeden, både som en mulig transportmetode mellom fangstpunktet og lagringspunktet, og for injeksjonsanlegget i seg selv (stigerør/nedløpsrør, sjøledning, borehull), som kan bestå av et komplekst nettverk av rør. Strømningen kan være både enfaset eller flerfaset strømning av CO₂ eller CO₂ med urenheter.

Energibransjen, som har den mest relevante kompetansen for å håndtere CO₂-strømmer i rør, har en langvarig kultur for strømningssikring. Dette konseptet innebærer at gjennom nøye design og drift reduseres driftsforstyrrelser så mye som mulig for å sikre en sikker og pålitelig strømning i rørene. Dette krever modelleringsverktøy, som for det meste er basert på endimensjonale, flerfasede strømningssimulatorer. Ett-dimensjonal modellering ble valgt fremfor tredimensjonale CFD-modeller på grunn av numerisk simuleringstid for lange rørledninger, selv om sistnevnte har bedre nøyaktighet. Ett-dimensjonale modeller har tilstrekkelig nøyaktighet og krever betydelig mindre beregningstid. For CO₂-strømmer kan rørledningene imidlertid være mye lengre enn for olje- og gassforbindelser, og numerisk beregningstid blir et hinder selv for ett-dimensjonale modeller.

CO₂-transport i rør er vanligvis begrenset til enfaset strømning (hovedsakelig superkritisk eller flytende fase) på grunn av manglende tillit til utforming av flerfasede strømningssystemer. Imidlertid kan flerfaset strømning være vanskelig å unngå under normal drift og må håndteres under planlagte eller uplanlagte hendelser. Flerfaset strømning betyr at både CO₂ i gassfase og i flytende fase er til stede samtidig. Tofaset strømning vil også være vanskelig å unngå i borehullet ved injeksjon i (lavtrykks) reservoarer, og under stenging og omstart. Nøyaktig modellering av komplekse væsker og scenarier vil medføre beregningstid, da simuleringer av flerfasestrømning kjører tregere enn simuleringer av enfaset strømning, siden det kreves mer kompleks matematisk modellering.

I tidligere forskningsprosjekter har vi utviklet og demonstrert en ny numerisk løsning for LedaFlow, som brukes til Slug Capturing og er kommersielt tilgjengelig. Hva Slug Capturing innebærer er ikke viktig her, men det relevante aspektet er at det krever et beregningsnett med mange celler som krever lange simuleringstider. Vi måtte derfor utvikle en mer effektiv, numerisk nøyaktig og parallelliserbar numerisk løsning for å kjøre simuleringer med Slug Capturing. Siden vi står overfor en lignende utfordring med CO₂-transport- og injeksjonsnettverk, er målet med dette prosjektet å legge til de nødvendige funksjonene til denne nye løsningen for å kunne simulere CO₂ samtidig som vi utnytter den forbedrede effektiviteten.

Hva er målet til prosjektet?

Raske og robuste simulatorer gjør det mulig for industrien å optimalisere rørlednings- og injeksjonsbrønninfrastrukturen, noe som reduserer kostnadene. Hovedmålet er å demonstrere en ny løsningsteknologi som muliggjør flerkjerne- og multithreading-funksjonalitet med høyere nøyaktighet, noe som kan bidra til å redusere simuleringstiden for CO₂-strømningssikringsstudier. Kortere simuleringstid betyr at strømningssikringsingeniører, enten de jobber i energiselskaper eller konsulentselskaper, kan kjøre flere scenarier for å sikre sikker drift av CO₂-transport- og injeksjonsinfrastrukturen. Det er viktig å sikre at design og drift ikke kompromitteres når det gjøres kostnadsbesparelser for å gjøre CCS mer overkommelig. Evnen til å simulere flere tilfeller støtter en slik kostnadsreduksjonsstrategi ved å hjelpe industrien med å redusere risikoen ved CCS-infrastrukturprosjekter. Prosjektet vil levere nye løsningsfunksjoner for LedaFlow 1D Engineering.

Målet med prosjektet er å lage en kommersielt tilgjengelig, effektiv og nøyaktig flerfasestrømningssimulator for å muliggjøre utplassering av sikker og kostnadseffektiv infrastruktur for transport og injeksjon av CO₂. Modellens nøyaktighet dekkes i et annet prosjekt kalt «CO₂Flow IPN», mens dette prosjektet fokuserer på numerisk effektivitet, dvs. simuleringens hastighet.