Development of Methods for Gaseous Phase Geochemical Monitoring on the Surface and in the Intermediate Overburden Strata of Geological CO₂Storage Sites

Abstract

Résumé -Développement de méthodes de suivi géochimique en phase gazeuse à la surface et dans la couverture intermédiaire des sites de stockage géologique du CO 2 -Les développements et les résultats présentés sont issus des travaux réalisés dans le cadre du programme Géocarbone-Monitoring cofinancé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR). Une partie importante de ce programme a porté sur des méthodes de suivi géochimique en phase gazeuse à la surface et dans la couverture intermédiaire des sites de stockage géologique du CO 2 . Le travail effectué par l'INERIS a été ciblé sur deux approches particulières, souvent préconisées comme incontournables dans la surveillance des futurs sites de stockage : -une détection précoce (préalerte), au moyen de prélèvement et analyse de gaz au fond des forages de contrôle débouchant dans la couverture intermédiaire ; -la détection et la quantification du flux gazeux de CO 2 émanant du sol vers l'atmosphère.Ces deux approches ont été successivement développées en laboratoire et ensuite appliquées et testées in-situ dans les conditions réelles, les plus proches possibles de celles de futurs sites de stockage. Elles présentent l'avantage d'assurer une mesure directe et de fournir les informations en temps réel sur la présence éventuelle ou au contraire sur l'absence de fuites du CO 2 .Les essais réalisés sur un forage de 200 m de profondeur ont montré que la détection des fuites de CO 2 traversant les couches de couverture intermédiaire était possible par un prélèvement et une analyse en continu du gaz s'accumulant au fond de forage. De bons résultats ont été notamment obtenus dans le cas de détection de petites bouffées de gaz arrivant au fond de sondage pouvant constituer le signe précurseur d'une fuite plus importante.De même, un prélèvement et un transit de gaz à longue distance ont pu être réalisés jusqu'à 1000 m depuis le point de prélèvement sans provoquer une déformation et une dilution excessives du signal gazeux initial et ce même pour les fuites de faible ampleur.Ces résultats permettent d'envisager à terme la mise en place d'un système relativement simple de détection et de suivi de fuites à travers les horizons géologiques intermédiaires. Ce dispositif sera composé pour une partie importante de capteurs industriels classiques disponibles dans le commerce.La mesure directe du flux gazeux émanant du sol est l'une des méthodes les plus efficaces de contrôle et de suivi d'un site de stockage. La méthode de chambre à accumulation de l'INERIS a été améliorée pour la mesure de faibles flux de CO 2 . Elle permet maintenant de réaliser les mesures dans une large gamme Oil & Gas Science and Technology -Rev. IFP, Vol. 65 (2010) D o s s i e rOil & Gas Science and Technology -Rev. IFP, Vol. 65 (2010), No. 4 654 de flux de CO 2 allant du domaine des émissions très faibles de 0,05 à 0,2 cm 3 .min -1 .m -2 jusqu'à un niveau de flux extrêmement forts de 3000 cm 3 .min -1 .m -2 environ. Ces caractéristiques métrologiques et opérationnelles ont été vérifiées et validées par les ess...

Lessons Learned from Practical Application of Geochemical Monitoring Methodology to CO2 Storage Site: Specific Case of Claye-Souilly project, Paris Basin, France

“…The threshold of detection for CO 2 is located between 0.01 and 0.05 cm 3 .min -1 .m -2 , according to the local conditions of the site. This establishes a very low limit of detectability of CO 2 flux that is below the usual level of emissions of a biogenic origin as observed in Europe [10], [11].…”

How to Establish CO2 Flow/Concentration Warning Levels Based on the Geochemical Monitoring Baseline: Specific Case of CO2 Storage at Claye-souilly (Paris Basin)

“…The threshold of detection for CO 2 is located between 0.01 and 0.05 cm 3 .min -1 .m -2 , according to the local conditions of the site. This establishes a very low limit of detectability of CO 2 flux that is below the usual level of biogenic origin emissions as observed in Europe [10], [11].…”

“…Concerning the measurements of CO 2 flux at the soil/atmosphere interface, the measurements are made by accumulation chambers (INERIS CARE method) connected to high-resolution sensors [9], [10]. These measurements are subordinated to the continuous recording of the conventional meteorological parameters (temperature, atmospheric pressure, wind directions, moisture…).…”

Surface and Near Surface Geochemical Surveying of a CO2 Injection Pilot: application study to the French Pyrenean Foreland (Rousse CCS Pilot)

“…Geochemical monitoring of gas species in near-surface environments has been demonstrated as a valuable tool in many applications and may be advantageously combined with water monitoring methods. The approach used here has been earlier deployed by the authors for the monitoring of natural analogues ( Gal et al, 2011;Pokryszka et al, 2010 ;Lafortune et al, 2011).…”