Completion Integrity
Creators
- 1. Technische Universität Clausthal (Germany). Institute of Subsurface Energy Systems
Description
This project aims to help quantify the risk of storing hydrogen in underground storage facilities by specifically analyzing how the materials of a wellbore completion (cement and steel) behave in the presence of hydrogen at elevated pressures and temperatures. Hydrogen can cause problems when penetrating and staying trapped in different materials. In steels, the embrittlement effect is known, in which hydrogen penetrates the intercrystalline structure of steel in an atomic state, taking advantage of defects or by diffusing through the interstitial space, thus affecting its mechanical properties and opening space for its corrosion. On the other hand, to estimate the effect that hydrogen has on the cement, whose pores are initially saturated with reservoir water, it is necessary to estimate the capillary effect in contact with hydrogen within the pores. Pressurized hydrogen may diffuse through the formation water or entirely displace it, the latter meaning lass of integrity of the completion. The principal work package 2 contains testing on gas tightness in presence of water including the effect of capillary pressure due to which hydrogen is kept at a pressure above the hydrostatic pressure. Once the capillary pressure + hydrostatic pressure is exceeded, the formation water is displaced and free gas penetrates the pores. The magnitude of the capillary pressure effect is confirmed in work package 3 by measuring the governing system properties: interfacial tension and wetting angle. The findings on the governing mechanisms along with data on the diffusivity of hydrogen inside the pores that are filled with formation water are used to estimate the lass of hydrogen by help of simple correlations and numerical simulations.
Availability note (English)
Available from: https://dgmk.de/app/uploads/2022/10/DGMK_858_veroeffentlicht.pdfAbstract (German)
Ziel des Projektes ist es, die Risiken der Untergrund-Wasserstoffspeicherung seitens der Komplettierung zu benennen, die vorherrschenden Mechanismen zu beschreiben und relevante Parameter in wassergesättigten Zementen unter Wasserstoffdruck zu quantifizieren. Wasserstoff diffundiert schnell in diversen Materialien, kann sich dort einlagern, reagieren und zu Veränderungen führen, die etwa im Falle von Stahl als Wasserstoffversprödung bekannt sind. Über das Verhalten von Wasserstoff in Zement ist bislang weniger bekannt, insbesondere bei Vorhandensein von Formationswasser. Unter diesen Bedingungen entsteht eine fluide Phasengrenze, die in engen Poren die Ausbildung eines sogenannten Kapillardruckes zur Folge hat. Dieser Kapillardruck kann je nach Benetzung der inneren Porenwände eine zusätzliche Sicherheit gegen den Durchbruch von freiem Gas darstellen und wird in einem entsprechenden Teststand bestimmt. Wird dieser Differenzdruck gasseitig überschritten, verschiebt sich die Phasengrenze, reißt auf und freies Gas bewegt sich durch die Poren. Die Beschreibung und Quantifizierung der zugrunde liegenden Mechanismen ist Gegenstand des zentralen AP 2. Die Größenordnung der hier gefundenen Kapillardrücke konnte in AP 3 über die Bestimmung der Grenzflächenspannung und des Kontaktwinkels bestätigt werden. Abschließend werden die Daten zur Diffusion von Wasserstoff in Porenwasser in Berechnungsmodellen eingesetzt, um Verluste durch die Komplettierung abschätzen zu können.Additional details
Identifiers
Publishing Information
- ISBN
- 978-3-947716-47-0
- Imprint Pagination
- 34 p.
- ISSN
- 0937-9762
- Report number
- DGMK--858
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 54012580
- Subject category
- S08: HYDROGEN;
- Resource subtype / Literary indicator
- Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- CEMENTS; COMPUTERIZED SIMULATION; DIFFUSION; HYDROGEN; HYDROGEN STORAGE; INTERSTITIAL WATER; PRESSURE DEPENDENCE; RISK ASSESSMENT; UNDERGROUND STORAGE
- Descriptors DEC
- BUILDING MATERIALS; ELEMENTS; GROUND WATER; HYDROGEN COMPOUNDS; MATERIALS; NONMETALS; OXYGEN COMPOUNDS; SIMULATION; STORAGE; WATER