Alternativas de armazenamento de CO2 no deep offshore da Bacia do Alentejo: a formação de hidratos com factor de segurança

Abstract

The thesis’ goal is to investigate the viability of CO2 storage in Portugal’s deep offshore, at the Bacia do Alentejo, taking advantage of its conditions. There were three possibilities initially considered for CO2 storage: (1) as hydrates in the deep sea sediments; (2) as hydrates while producing methane from existing hydrates; (3) in deep saline aquifers below the CO2 hydrates’ stability zone, to provide a secondary safety factor, in case of leakage, through hydrates formation. The methodology involved in identifying zones of theoretical stability of gas hydrates, which would be the preferential target areas for CO2 storage. Two transfer functions describing the formation of gas hydrates were applied. Applying two transfer functions to describe the formation of gas hydrates indicated the areas where CO2 and methane overlap along the Portuguese margin. One of those areas is the Alentejo basin. Laboratory analysis of two IODP boreholes demonstrated that the deep sea sediments in the study area are not satisfactory for CO2 injection below the CO2 hydrate stability zone. Alternatively, storing CO2 in deeper saline aquifers using hydrates as a secondary safety factor was further investigated through numerical modelling developed and implemented in the TOUGH2 modelling suite. Simulations were performed with a total injection rate of 7,4 Mton/yr for a 30 years injection period, followed by a 500 years simulation after injection shut-in. Further simulation scenarios included the possibility of leakage along a sub-vertical fault and conditions for hydrates’ formation. Pressure build-up due to CO2 injection is acceptable if at least five injection wells are used, but it is not evident that hydrates will form if leakage occurs. The models were based on simplifying assumptions and further data colletion is essential to further evaluate the storage possibilities in this area. Additionally, a systematic analysis of actual occurrence of gas hydrates within the area is required to further investigate the possible economic gains of the resulting methane; RESUMO: O objectivo desta tese é investigar a viabilidade do armazenamento de dióxido de carbono (CO2) na Bacia do Alentejo, tirando partido das suas condições favoráveis à formação de hidratos de CO2. Consideraram-se três hipóteses de armazenamento: (1) em hidratos nos sedimentos do fundo do mar; (2) em hidratos, visando também a extracção de metano existente sob forma de hidratos e (3) em aquíferos salinos profundos, abaixo da zona de estabilidade dos hidratos de CO2 para que, em caso de fuga, a formação destes providencie um factor de segurança secundário. A metodologia seguida identifica zonas de estabilidade de hidratos de gás, sendo estas as áreas de foco preferencial neste trabalho. Utilizaram-se duas funções de transferência que descrevem a formação de hidratos, resultando numa sobreposição das áreas de existência de hidratos (metano e CO2) ao longo da margem continental, sendo que a Bacia do Alentejo aí se insere. A análise de dados de dois furos IODP demonstrou que esta área não possui características adequadas para injectar CO2. Alternativamente, a injecção de CO2 em aquíferos salinos profundos e a utilização de hidratos enquanto factor de segurança secundário foi investigada através da sua modelação numérica. As simulações estudaram a injecção de CO2 num reservatório e a formação de hidratos, caso haja fuga através de uma falha geológica. Desenvolveu-se um modelo conceptual e numérico simplificado, que não inclui falhas geológicas, utiliza valores petrofísicos médios não específicos do local e implementou-se no TOUGH2. Simulou-se 30 anos injecção a uma taxa de 7,4 Mt/ano e 500 anos após encerramento da injecção, e um cenário de fuga de CO2 por via de uma falha geológica, concluindo que o aumento de pressão devido à injecção de CO2 é admissível, mas não é evidente que se formem hidratos. A aquisição de dados é essencial de modo a definir as possibilidades de utilização desta área para armazenar CO2 em forma de hidratos. Será necessária uma análise sistemática sobre a actual ocorrência de hidratos de gás na zona de estudo por forma a obter uma mais valia económica ao processo, produzindo metano.