Evolução na zona envolvente ao furo de injecção

No cenário V1, nos primeiros meses de injecção, verificou-se uma variação acentuada na pressão na célula em que inclui o injector CO2Inj1, até atingir um valor máximo de cercade 41 MPa no final do período de injecção. Porém, é possível verificar que a pressão na célula de injecção não excede o limite de segurança estabelecido: 20% do valor inicial da pressão do reservatório (Figura 35a e b).

ALENTEJO – A formação de hidratos como factor de segurança

Luís M. F. Bernardes

Figura 35 – a) Saturação em CO2 (SG) em função da pressão; b) Densidade do CO2 (DG) em função da

pressão; c) Saturação e Densidade na célula que alberga o poço de injecção 1 (CO2Inj1) na camada mais profunda do reservatório principal.

No primeiro instante da injecção, a água existente nos poros é deslocada por força da injecção do CO2, cuja representação reflecte o primeiro aumento de pressão na Figura 35.

De seguida surge um declínio (cerca de 0,1 MPa) seguido de um aumento gradual ao longo dos restantes anos até à conclusão do processo de injecção. O primeiro acontecimento é expectável devido à injecção de um fluído (CO2) num sistema fechado saturado em água.

A diminuição dos valores de pressão verificada após o aumento inicial, deve-se a dois factores, como: (1) o aumento da permeabilidade relativa da fase livre com o aumento da

c) b)

saturação, implicando uma migração mais rápida do CO2 injectado; (2) aumento da

densidade do CO2 em fase livre devido a diminuição da temperatura.

No decorrer da injecção, os valores de saturação de CO2 em fase livre aumentam na

célula do injector até atingir um valor máximo de 0,61 ao fim de trinta anos. A Figura 35a mostra que nos primeiros momentos de injecção a saturação em CO2 fase livre aumenta a

um ritmo constante (proporcional ao tempo), e que o ritmo diminui a partir sensivelmente do mesmo ponto em que há uma quebra de pressão. Como a massa de CO2 injectada por

unidade de tempo é constante, a variação no ritmo de saturação na célula de injecção só pode ser explicada por migração mais rápida do CO2. A permeabilidade relativa é

proporcional à saturação na fase livre. Possivelmente, existe nas funções de permeabilidade relativa utilizadas um aumento significativo da permeabilidade à fase livre de CO2 quando se atinge o valor de cerca de 0,4. A maior permeabilidade relativa implica

uma maior mobilidade do CO2 para as células sobrejacentes, mas também a indução de

menores incrementos de pressão por unidade de massa injectada (de acordo com a lei de Darcy, o gradiente de pressão para um mesmo caudal é inversamente proporcional à permeabilidade relativa).

Por outro lado, a Figura 35b mostra que a densidade do CO2 (DG) na célula de injecção

parece começar a aumentar de modo constante a partir do ponto em que há a quebra de pressão, o que é um contrassenso, pois a densidade deveria diminuir face a menores pressões. Porém, o gráfico de variações de temperaturas (Figura 36) indica uma variação acentuada da temperatura a partir sensivelmente do mesmo ponto em que a densidade aumenta. Ou seja, inicialmente a temperatura do CO2 no reservatório é a temperatura inicial

da célula, mas à medida que o CO2 injectado a uma temperatura bastante inferior (cerca

de 15ºC) vai aumentando a saturação, a temperatura na célula baixa e consequentemente aumenta a densidade do CO2 na célula de injecção. A mesma massa de CO2 passa a

ocupar um menor volume de rocha e existe uma alívio de pressões temporário nas células de injecção. Note-se, aliás, por comparação entre as Figura 35 e Figura 36 que a partir do momento que a célula de injecção tende para a estabilização em trono dos 15 ºC, o ritmo de aumento de pressão volta a intensificar-se, pois a densidade já não varia significativamente.

Julga-se que é a conjugação destes dois fenómenos (aumento da permeabilidade relativa e arrefecimento da célula) que conduz a um decréscimo da pressão, ainda que temporário. Este é um resultado importante da modelação e um argumento significativo em favor de injectar na célula em fase líquida, a baixas temperaturas, de modo a diminuir os valores de pressão durante a fase crítica da injecção.

Após o aumento dos valores de saturação, estes tendem a ser menos acentuados (até cerca de 0,61), ao fim de 30 anos de injecção. Este comportamento é comum em todos os injectores, variando apenas o grau de saturação que nalguns casos atinge 0,8. A saturação em CO2 não atinge o valor de 1 devido à retenção residual da água, fixada em 0,1 no

modelo. O valor de 0,6 apresentado na Figura 35 corresponde ao injector CO2Inj1.

É possível verificar, no primeiro ano de injecção, um ligeiro aumento dos valores da temperatura (cerca de 0,4 ºC) imediatamente antes de iniciarem a sua descida. Este

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de 0 para cerca de 0,38 (Figura 36). O aumento da temperatura deve-se à reacção exotérmica provocada pela dissolução do CO2 na água. O decréscimo da temperatura após

cerca de 4 meses de injecção é provocado pela injecção do CO2 a uma temperatura inferior

à envolvente, próxima de 15ºC. Poderá haver uma pequena contribuição para esse arrefecimento do efeito Joule-Thomson e da evaporação da água que começa a ser um fenómeno importante à medida que a saturação em CO2 em fase livre aumenta.

Figura 36 – Evolução temporal da temperatura e SG na célula que alberga o injector 1.

Analisando todos os injectores, na Figura 37, verifica-se que os valores de temperatura que o TOUGH2 calcula nas suas iterações para satisfazer a entalpia constante definida pelo utilizador diferem entre si, apesar de a maioria estar bastante próxima. A localização dos poços é fundamental para justificar esta variação, na medida em que os mesmos não se encontram todos à mesma profundidade. Como tal, as pressões são diferentes implicando uma temperatura diferente de 15 ºC.

Figura 37 – Diferentes temperaturas de injecção, nos diferentes poços, para o primeiro cenário simulado. A densidade da fase aquosa, água com CO2 dissolvido, (DL), revela valores iniciais

superiores à densidade do CO2 em fase livre (DG) (Figura 38), implicando que o CO2

ascenda por diferença de densidade. Como anteriormente explicado, a densidade do CO2

em fase livre na célula de injecção aumenta com o tempo devido ao arrefecimento da zona em redor do furo de injecção. Cerca de sete anos após o início da injecção, o CO2 em fase

livre apresenta uma densidade superior à da água da formação, fazendo com que o gradiente de densidades se inverta e o CO2 migre para basedo reservatório, impedindo a

fuga do CO2 para a superfície. Este é novamente um resultado importante da tese e um

argumento forte para injectar o CO2 em fase líquida pois aumenta a segurança do

armazenamento nas zonas imediatamente adjacentes às do furo de injecção. Ressalva-se que se considerou que a água da formação não tinha salinidade relevante. Se admitíssemos que era uma salmoura a sua densidade seria bem mais elevada e o CO2

injectado teria em qualquer circunstância tendência para ascender.

A fracção mássica do CO2 em estado líquido (XCO2aq) representa a fracção de CO2

dissolvida na fase aquosa e aumenta com o tempo (Figura 38). Após a injecção e migração do CO2 na matriz porosa, este vai sendo dissolvido na água presente, aumentando a

densidade da mistura (DL). Na mesma figura verifica-se que, findos os 30 anos de injecção, o valor de XCO2aq ainda é relativamente pequeno, o que não surpreende dado que a dissolução do CO2 na água é um processo lento.

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Luís M. F. Bernardes

Figura 38 – Fracção mássica do CO2 dissolvido em estado aquoso, na célula referente ao poço CO2Inj1 ao

longo dos 30 anos de injecção.