Parte 4: Análise de riscos no armazenamento geológico de CO2. Parte 4: Análise. de riscos. Mini-curso CEPAC PUCRS

Transcrição

1 Parte 4: Análise de riscos no seqüestro estro geológico gico de CO 2

2 «Quando uma inovação tecnológica provoca tanta esperança quanto temor, o seu futuro depende da aceitação social» Fonte: Le Figaro, 28/01/08

3 A aceitação social depende da percepção de segurança da tecnologia e da sua resposta ambiental (balanço de emissões negativo...), econômica e social (geração de empregos e recursos,...)

4 O contexto internacional Desequilibrio do ciclo natural do Carbono Contribuição antrópica Stockage géologique de CO 2 Source: IPCC, Mt Gt C/ano ou + 30Gt CO 2 /ano Produção de energia > Industria > Agricultura e desmatamento > Transporte Aumento das temperaturas correlado ao aumento das emissões de GEE como CO 2 : + 2 C e 380 ppm CO 2 Fonte: IPCC (2005, 2007) Diferentes modelos e cenários de evoluição do aquecimento global Contribuição para reduzir as emissões de CO2: efficiencia energética > energias renováveis > CCGS > Nuclear >... CCGS: escala industrial para 2020 OBJECTIVO 2100 : 10 Gt/ano 23/09/2008

5 Primeira parte: Um pouco de geologia... para a construção do projeto de CCGS

6 Alguns milhões... Até de hojeanos atrás... Risco Exploração de óleo, gás carvão Risco Risco Rocha semi-permeável Reservatório (aqüiferos) Risco Poço particular Risco Selo: depósitos argilosos Risco Risco Fraturas Risco Falhas Reservatório: depósitos siliclásticos e carbonáticos

7 Quais são os riscos ligados ao vazamento atmosférico de CO 2? Saúde animal e humana: Asfixiante: > 20-30% no ar => morte! Inodoro, incolor,... Não explosivo, não inflamável CO 2(g) mais denso que o ar Acumulo em área confinada e na água (lagoa) Lei sobre CO2? Produto industrial? Dejeito? Perigo? Catástrofe da Lagoa Nyos (Camarões-1986): Catástrofe natural: estratificação e densidade Mais de 1000 mortos! Fica na memória

8 Quais são os riscos ligados ao vazamento subterrâneo de CO 2? Dissolução do CO 2 na água: acidificação da solução => Riscos sanitários Modificação química da água (água com gás e elementos dissolvidos) => Riscos sanitários Impacto sobre os ecossistemas => Impacto ambiental Modificação dos equilíbrios químicos no solo => Alteração nos vegetais e na vida no solo Leis e decretos locais sobre impactos aceitáveis

9 Quais são os riscos ligados ao vazamento geral de CO 2? Objetivo do armazenamento: ARMAZENAR ao longo tempo => Balanço geral de emissões negativo!! => Diminuição das mudanças climáticas => URGÊNCIA!! Qual será o vazamento de CO 2 aceitável em anos? Para segurança sanitária, ambiental, econômica, social no local? Para assegurar a estabilização geral das emissões de CO 2 no futuro? 18/03/2008

10 Projeto de CCGS 1) Captura de CO 2(g) - Pós-combustão - Oxy-fuel combustão - Pré-combustão 2) Transporte de CO 2(liq) - Por carboduto - Por barco 3) Armazenamento de CO 2(SC) Camadas de carvão Aqüiferos salinos C. Magdelaine R. Hicker Reservatórios depletados e EOR IPCC, 2005

11 As diferentes opções para o armazenamento Capacidade teórica!! Capacidade verdadeira: Tomar em conta PERFORMANCE e SEGURANCA do site Objectivo 2020: Passar das Mt às Gt CO2 armazenadas por ano 23/09/2008 Custos: 20 à 50 US $ / t CO 2 injetado Captura>Transporte>Armazenamento e Monitoramento Aquíferos salinos profundos Gt CO2 (20-500% das emissões 2050) Recuperação de petróleo (EOR) Volume disponível? Reservatório de óleo ou de gas depletado 950 Gt CO2(45% des émissions 2050) Recuperação de metáno (veias de carvão) Quantidade de CO 2 armazenamento? Source IPCC/GIEC, 2005

12 Os atores na interface CO 2 /Selo Selo Poço CO supercrítico 2 Solução acidificada CO + H 2 2 O HCO 3- + H + Profundidade: > 800 m T > 40 C P > 80 bares Solução do reservatório rio 18/03/2008 acidificada Pluma mudanças Seqüestro de climáticas CO 2 e PUC Rio de Janeiro (Brasil)

13 Projeto de armazenamento geológico de CO 2 3 grandes etapas : Fase pré-injeção: com análise de riscos (5 anos) => ANTECIPAÇÃO Fase de injeção: monitoramento (10 a 30 anos) Fase pós-injeção: monitoramento e selamento de poços defeituosos potenciais (?)

14 Quais são os riscos do armazenamento geológico de CO 2?

15 Analise Parte 4: de Análise riscos de riscos e avaliaçao no armazenamento de geológico segurança de CO2. Dados sísmicos. Dados geológicos. Falhas maiores. Profundidade. Cartografia. 1 a campanha de campo para uma injeçao industrial de CO 2. Condições iniciais (T, P). Volumes esperados. Proximidade de fontes de CO 2 Critérios gerais de armazenamento e selamento. Guia metodológico. Aspectos sanitários e legais. Aceitação pública. Dados sísmicos. Dados geólogicos. Experiências e modelagem : - Geoquímica - Geomecânica - Hidrogeologia - Microbiologia. Campanha de perfuração e de coleta de amostras. Extrapolação da bacia. Integração geoestatística Cálculo de performance para cenário nominal REFERÊNCIA Injeção 18/03/2008de CO 2 industrial Cálculo de performance preliminar Descrição detalhada dos locais e das rochas SIM Seleção do locais de interesse: Decreto ou lei Avaliação de riscos do local de injeção mudanças Seqüestro.Meio de climáticas CO ambiente 2 e PUC Rio de. Populações Janeiro (Brasil) Avaliação preliminar da segurança e dos riscos Análise das funções de armazenamento e selamento: Identificação dos cenários acidentais NÃO Seleção de novo local Análogos naturais & industriais: Escalas características de tempo e espaço DEGRADAÇÂO GRADUAL Avaliação de segurança

16 Segurança?? Definition of safety It is the whole technical and organizational arrangements taken to ensure the nominal operation of installations, plants or sites, to prevent accidents, and reduce sanitary and environmental impacts if accident could occur. These arrangements implement at each step of installation, plant or site life (conceptualization, building, operation, dismantling), and also during transfers. Definition of safety case Definition according to Andra 2005 Safety Report The safety case is the set of arguments and analyses used to justify the conclusion that a specific repository system will be safe. It includes, in particular, a presentation of evidence that all relevant regulatory safety criteria can be met. It includes also a series of documents that describe the system design and safety functions, illustrate the performance, present the evidence that supports the arguments and analyses, and that discuss the significance of any uncertainties or open questions in the context of decision making for further repository development. 23/09/2008 Definition according to Nagra 2002 Safety Report

17 Algumas definições... Cálculo da Performance (Desempenho): Cálculo dos volumes de CO 2 seqüestráveis (50T, 1MT, 10MT de CO 2?) Análise de segurança: Estudos das consequências de vazamento de CO 2 Risco: Produto da frequência de vazamento e dos efeitos do CO 2. Riscos econômicos e sociais não tratados nesta palestra Análise de risco : Cálculo dos efeitos sobre o ser humano e o meio ambiente (biosfera) => faz parte da avaliação de segurança => Tudo será estabelecido na fase de pré-injeção!!!

18 Metodologia geral Metodologia em construção Paralelo entre «Cálculo de performance» e «Avaliação de segurança» Afinar a metodologia com diferentes casos de armazenamento => Muito trabalho em perspectiva no Brasil e no mundo!!!

19 As disciplinas envolvidas no setor de segurança de armazenamento Experiências e modelagens Geologia Geoquímica Geomecânica Hidrogeologia e física dos fluidos Biogeoquímica Matemática, simulação numérica Tecnologia gráfica Pedologia, ecologia, medicina, agronomia, economia, ética, educação e sensibilização social

20 Os locais de riscos Riscos na captura Riscos no transporte Risco na injeção Riscos no armazenamento: própria instalação Riscos ligados aos poços abandonados Riscos naturais Riscos humanos => Cada tipo de reservatório vai ter especificidades

21 Riscos na captura no transporte Bem conhecidos: indústria de gás Metodologia de análise de riscos existentes Localizada em área de baixa população humana

22 Riscos na captura no transporte Os riscos identificados: Instalação não adaptada (material, dimensões...) Corrosão e ruptura Erros humanos Movimentos sísmicos no local => Não tratado nesta palestra mais algumas referências bibliográficas: Publicações da Petrobras Holloway et al Benson et al Kruse et Tekeila, 1996

23 Riscos na injeção Alteração da cabeça do poço Instalação não adaptada: material, dimensionamento, ruptura da ligação com o duto, desestabilização do poço Vazamento da quantidade de CO 2 presente no poço (desde a superficie até o reservatório)

24 Riscos no armazenamento : Geral Riscos de vazamento diretamente ligados ao selo e ao(s) poço(s) de injeção Alteração das propriedades do selo pela injeção: bio-geoquímica, geomecânica, hidrogeologia... Alteração das propriedades do(s) poço(s): biogeoquímica, geomecânica, hidrogeologia... O nosso objetivo nesta palestra e o nosso contexto: => O limite superior será o selo argiloso!

25 Riscos no armazenamento: Seqüestro no reservatório = Minimização Seqüestro estrutural : Na interface entre reservatório e selo com heterogenidades e baixa permeabilidade (CO 2(SC) ) Seqüestro capilar : No sistema poroso e saturação em CO 2(SC) Seqüestro por solubilização : CO 2 muito solúvel na água (no óleo também) Seqüestro mineral : Precipitação de minerais carbonáticos: mineralização (papel dos microorganismos?) Selamento de fraturas e falhas Seqüestro por adsorção: água CO 2 mineral Microtomografia X (LBNL, USA) Adsorção de CO 2 no carvão e liberação de CH 4

27 Riscos ligados às heterogeneidades do selo: Pontos críticos Continuidade da formação selante Conectividade entre formações Heterogeneidade estratigráfica (composição mineralógica) Falhas existentes Sistema de fissuras/fraturas original Falhas Connectividade Heterogeneidade Continuidade Fracturas Difusão aqueosa Migração pluma Dilatação (capilaridade) Elasticidade Fracturação Injection pressure

28 Alteração da estrutura do selo Bio-geoquímica: Dissolução mineral por acidificação da solução Dissolução por atividade microbiológica? Secamento do material argiloso pelo CO 2(SC) => Coeficiente de reatividade do sistema? SELO? Solução + CO 2 Microorganismos

29 Alteração das propriedades do selo Geomecânica: Criação de fissuras e fraturas Abertura das fissuras/fraturas/falhas existentes => Limite de fraturação mecânica SELO Fraturação hidráulica Abertura de fraturas seladas

30 Alteração das propriedades do selo Hidrogeologia: Difusão: diferença de concentração reservatório/selo Escape capilar: pressão de entrada capilar nos poros Heterogeneidade de permeabilidade Advecção pelos caminhos preferenciais (fraturas, falhas) Lento SELO Rápido Instantâneo Difusão Solução ácida + CO 2(SC) Advecção

31 Riscos no armazenamento: Alteração das propriedades do poço de injeção Bio-geoquímica: dissolução mineral Geomecânica: criação de fissuras e fraturas Hidrogeologia: difusão capilar (porosidade), advecção, heterogeneidade de permeabilidade Material: composição não adaptada ao longo tempo? => Novo material selante deve ser pensado!

32 Riscos no armazenamento: os diferentes reservatórios Reservatórios de hidrocarbonetos (óleo e gás) : => Prova de armazenamento durante milhões de anos Aqüiferos salinos: alta capacidade Camadas de carvão: adsorção do CO 2 Cada reservatório tem especificidades e riscos associados => Hierarquia dos riscos

33 Reservatórios de óleo e gás Exemplos brasileiros potenciais: Recôncavo baiano Bacia de Campos Fonte : Robert Root e adaptaçao John Bradshaw Vantagens/inconvenientes Seleção do local Prova do potencial de seqüestro (anticlinal, selo...) Conhecimento histórico da produção (modelagem, injectividade, Equipamento existente géomecânica, Capacidade de etc) armazenamento total relativamente baixa Identificar os poços existentes e sua integridade mudanças Seqüestro de climáticas CO 2 e PUC Rio de Janeiro (Brasil) Seqüestro estrutural

34 Aquíferos salinos Exemplos brasileiros potenciais: Bacia Rio Pojuca Bacia do Paraná Fonte: Robert Root e adaptaçao John Bradshaw Vantagens/inconvenientes Seleção do local Capacidade total enorme Verificar a continuidade Baseado na dissoluçao do reservatório/selo CO2 e à sua migração lateral ao longo tempo Verificar os recursos próximos (aquíferos doces) Ainda precisa de pesquisa e caracterização Seqüestro estrutural

35 Riscos no armazenamento: Camadas de carvão Saturação do carvão com CO 2 : Diminuição da capacidade de seqüestro Expansão da matriz de carvão e das formações superiores: fissuras e fraturas Diminuição da permeabilidade pela compactação da formação (baixa eficiência) Problema de recuperação do metano

36 Riscos ligados aos poços abandonados História de campo de injeção (óleo, gás, minas, aquíferos de interesse) Localização dos poços abandonados Identificação do tipo de poço e do material de casing Identificação do material de selamento: qualidade do cimento, estado atual, reponsável Caminho preferencial de vazamento de CO 2 : => Dado indispensável para segurança!

37 Riscos naturais Atividade sísmica: riscos para a captura, o transporte, os poços, o selo Terremoto Tsunami Tempestade...

38 Riscos humanos Atividade petrolífera e perfuração de poços Atividade mineira Guerra e terrorismo => Definição dos cenários de intrusão

39 Alguns critérios de segurança do armazenamento Duração do seqüestro no reservatório: anos Pressão máxima de injeção (em relação com o limite de resistência geomecânico, pressão de entrada capilar, pressão de fracturação) Nivel sísmico aceitável? Baixa atividade (região ativa tectonicamente proibida) Qual é a quantidade aceitável de vazamento de CO 2 por ano / durante anos? 0,01% da injeção anual e 0,01% da injeção total (Hepple et Benson, 2003; Klusman, 2003; Damen et Faaij, 2003)

41 Primeiro balanço dos riscos e dos cenários Fonte: IPCC FOCO NA INTEGRIDADE DO SELO no CEA/LMTE