Kunstig lava til forsegling av olje- og gassbrønner har bestått sin lab-eksamen

Mange olje- og gassbrønner på norsk sokkel har nådd et punkt der videre drift er ulønnsom. Før de forlates må de forsegles, for å hindre at gjenværende olje og gass lekker ut. I dag fylles rør i slike brønner med en lang sementplugg.

Men, blant annet i Canada, som har over 100 ganger flere brønner enn Norge, har lekkasjer oppstått flere steder – både i og rundt pluggen. Fenomenet er også avdekket for nedstengte og forlatte olje- og gassbrønner i Nordsjøen.

Nå har det norske serviceselskapet Interwell utviklet et lovende alternativ: å gjenskape den opprinnelige fjellformasjonen ved å spille på naturens egne premisser. Det vil si bruke intens varme og smeltet metall.

•    Les også: Jo, vi bør produsere hydrogen i Norge

Kunstig lava/magma

Når petroleumsbrønner pensjoneres, finnes ofte store gjenværende mengder hydrokarboner – eksempelvis som gass. Uten effektiv forsegling vil denne sive ut og nå atmosfæren.

Gassen er hovedsakelig metan, som fanger drøye 25 prosent mer varme enn CO₂. Forsegling, som kreves blant annet i Norge, vil dermed bidra til redusert global oppvarming.

Grunnet særlig Canadas erfaring med dagens sementplugger, forskes det nå intenst på andre metoder og materialer. Deriblant modifiserte sementtyper, kompositter og polymermaterialer.

Alternativet fra norske Interwell er en metallplugg som produseres nede i brønnrøret, i en legering av vismut. Det vil si å lage en kunstig magma/lava nede i fjellet, som smelter ned alle menneskeskapte komponenter og materialer. Disse størkner deretter til en permanent barriere som forsegler brønnen.

(Teksten fortsetter under bildet)

Om du kunne sett inn i en olje- og gassbrønn idet den tettes med løsningen til det norske selskapet Interwell, ville du sett dette: En smelteprosess i ferd med å danne en evigvarende plugg. Illustrasjon: Interwell VIS MER

Relevant også for CO₂-lagring

Canada har tatt metoden i bruk, med løfterikt utfall. I SINTEF har vi nå testet konseptet i labforsøk, med gode resultater. En av våre konklusjoner er at systemet også kan være velegnet til framtidig CO₂-deponering i nedstengte petroleumsbrønner.

Kjernen i Interwells løsning RockSolid™ er en barriere (plugg) som består av flere “faser”. Disse dannes i det som på fagspråk kalles en termittreaksjon, en reaksjon der et metall og oksidet av et annet metall, som er edlere enn det første, antennes. Oksygenet bytter dermed plass – “hopper” fra oksidet til metallet. Dette frigjør intens varme.

Samme reaksjon brukes til å skjøte togskinner. Da antennes en blanding av jernoksid og aluminium. Slik skapes flytende jern som binder seg til togskinnen i stål. I tillegg skapes aluminiumsoksid, som flasser av.

Interwells plugg bruker samme prinsipp. Her er jern byttet ut med en vismutlegering. Siden reaksjonstemperaturen er over 3500°C, vil både foringsrør og omsluttende sement smelte. Den intense reaksjonen danner en avlang plugg som fullstendig fyller og tilpasser seg det uregelmessig formede borehullet.

•    Les også: Energikrisen kan øke europeiske investeringer i grønn energi

Trenger langt inn

Denne skjematiske representasjonen av et tverrsnitt av en fullskala testbarriere viser “lagdelingen” i Interwells løsning. Illustrasjon: Interwell VIS MER

I flytende tilstand skilles fasene på grunn av forskjellig egenvekt og størkner i flere “etasjer”: En vismut legering nederst, så nedsmeltet stålrør og på toppen et lag med slagg og mineraler.

Den høye temperaturen gjør massen svært tyntflytende i smeltet tilstand. Dermed trenger den langt inn i sprekker i fjellformasjonen og eliminerer gasslekkasjer.

Legeringen utvider seg når den størkner. Den har også et lavt smeltepunkt, forblir derfor flytende og trenger inn i sprekker i formasjonen lenge etter at øvrige faser har stivnet. Alt dette bidrar til ytterligere forsegling.

Gode “eksamensresultater”

I SINTEF har vi studert i hvor stor grad denne barrieren kan motstå det omsluttende miljøet i et “evighetsperspektiv”. Dette har vi gjort blant annet ved å:

• Simulere brønnbetingelser med blant annet forhøyet temperatur, trykk og tilstedeværelse av CO₂, H₂S og klorider; forbindelser som kan gi korrosjon. Vi fant at dette ikke hadde noen effekt på vismutdelen av barrieren. Stålfasen korroderte noe. Men prosessen vil stagnere noe over tid. Ståldelen har dessuten ingen forseglingsfunksjon, først og fremst en mekanisk låsefunksjon.

• Påføre vismut- og stålprøvene mekaniske laster for å simulere restspenninger etter nedkjøling og eventuelle setninger i bergformasjonen. Vi avdekket ikke miljøinduserte sprekker som kan true vismutdelens forseglingsegenskaper eller stålfasens strukturelle integritet.

• Se om kontakt mellom vismut og stål kan forårsake galvanisk korrosjon og hydrogenopptak med tilhørende forsprøing. Men ingen forsprøing ble avdekket.

• Bruke elektronmikroskop (SEM) – der så vi at vismutlegeringen var homogen og inneholdt lite forurensinger. En stor fordel med tanke på forsegling.

• Konklusjon: Hverken vismut- eller stålfasen i barrieren viste tegn til at miljøet vil forårsake degradering som kan true dens tiltenkte funksjon i et “evighetsperspektiv”.

Les også: Må gjøre butikk av karbonlagring – snarest

Allerede i bruk i Canada

Barrieren utplasseres med lett utstyr, uten spesialrigger og langsomme og kostbare betongstøpeprosesser.

Teknologien er allerede i bruk i Canada hvor det er satt flere plugger (barrierer). Den er anerkjent av operatører og kanadiske myndigheter som en effektiv metode for permanent tetting av dypereliggende brønnlekkasjer.

Analysene våre viser også at systemet kan være optimalt ved framtidig CO₂-deponering i nedstengte brønner. Innledende vurderinger for kvalifisering av metoden til dette formålet er allerede gjennomført.

Oppsummert ser det altså ut til at det er lurt å spille på naturens egne premisser i det viktige forseglingsarbeidet av nedstengte brønner på sokkelen, herunder CO₂-deponeringsbrønner.

Artikkelen ble første gangt publisert i Teknisk Ukeblad 31. januar 2023 og gjengis her med TUs tillatelse.