Well Technologies for CO2 Geological Storage:CO2-Resistant Cement

• Published in: Oil & gas science and technology 2007-05, Vol.62 (3), p.325-334
• Main Authors: Barlet-Gouédard, V., Rimmelé, G., Goffé, B., Porcherie, O.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Applied sciences; Crude oil, natural gas and petroleum products; Energy; Exact sciences and technology; Fuels; Physics
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189
• DOI: 10.2516/ogst:2007027

Storing carbon dioxide (CO2) underground is considered the most effective way for long-term safe and low-cost CO2 sequestration. This recent application requires long-term wellbore integrity. A CO2 leakage through the annulus may occur much more rapidly than geologic leakage through the formation rock, leading to economic loss, reduction of CO2 storage efficiency, and potential compromise of the field for storage. The possibility of such leaks raises considerable concern about the long-term wellbore isolation and the durability of hydrated cement that is used to isolate the annulus across the producing/injection intervals in CO2-storage wells. We propose a new experimental procedure and methodology to study reactivity of CO2-Water-Cement systems in simulating the interaction of the set cement with injected supercritical CO2 under downhole conditions. The conditions of experiments are 90°C under 280 bars. The evolution of mechanical, physical and chemical properties of Portland cement with time is studied up to 6 months. The results are compared to equivalent studies on a new CO2-resistant material; the comparison shows significant promise for this new material. Le stockage souterrain du CO2 est actuellement considéré comme la voie la plus efficace pour une séquestration sure et à faible coût. Cette nouvelle application exige une étanchéité du puits à très long terme. La rupture de la gaine de ciment dans l'intervalle entre le cuvelage et la formation géologique peut créer des chemins préférentiels favorisant la fuite du CO2 vers la surface avec des vitesses probablement supérieures à celles pouvant être provoquées par les fuites au travers des formations géologiques. Il en résultera une perte économique, une réduction de l'efficacité du stockage de CO2 et la remise en cause du champ pour le stockage de CO2. Ce risque potentiel de fuites soulève des questions quant à la bonne isolation du puits à long terme et à la durabilité du ciment hydraté utilisé pour isoler l'annulaire entre les intervalles de production et d'injection dans les puits de CO2. Nous proposons une nouvelle procédure expérimentale et une méthodologie pour étudier la réactivité des systèmes CO2-Eau-Ciment en simulant les interactions du ciment pris avec le CO2 injecté à l'état supercritique dans des conditions de fond de puits. Les conditions utilisées pour ces expériences sont de 90°C et 280 bars. L'évolution des propriétés mécaniques et physico-chimiques du ciment Portland est mesurée dan