[en] CAVERN INTEGRITY FOR UNDERGROUND HYDROGEN STORAGE IN THE BRAZILIAN PRE-SALT FIELDS

[pt] INTEGRIDADE DE CAVERNAS PARA ARMAZENAMENTO DE HIDROGÊNIO NOS CAMPOS DO PRÉ-SAL

[pt] WILLIAMS DIAS LOZADA PENA

[pt] ELEMENTO FINITO

[pt] ANALISE TERMO-MECANICA

[pt] FLUENCIA EM ROCHAS SALINAS

[pt] ARMAZENAMENTO DE HIDROGENIO

[pt] CAVERNAS DE SAL

[en] FINITE ELEMENTS

[en] THERMOMECHANICAL ANALYSIS

[en] CREEP IN SALT ROCKS

[en] HYDROGEN STORAGE

[en] SALT CAVERNS

[pt] Ao longo dos anos, a produção de energia tem dependido de recursos não sustentáveis, como os combustíveis fosséis. No entanto, com o aquecimento global e a crise energética urge-se investir em recursos de energia renovável, como o hidrogênio. O gás deve ser armazenado em um ambiente seguro para evitar vazamentos. Portanto, este trabalho foca no armazenamento de hidrogênio em cavernas de sal, uma vez que essas rochas possuem propriedades relevantes, como a baixa permeabilidade. Um fluxo de trabalho para análise de integridade de cavernas desde a construção até a operação é proposto, implementado e aplicado para o estudo de casos sintéticos e reais. O armazenamento de hidrogênio provoca variações de temperatura e pressões dentro da caverna. A termodinâmica do gás segue uma solução diabática, atualizando a pressão e a temperatura do gás a cada instante para representar cenários de campo. A formulação termomecânica é implementada no simulador GeMA, que acopla diferentes físicas. Casos sintéticos consideram modelos homogêneos e diferentes geometrias de caverna. Os resultados demonstraram a importância dos efeitos térmicos, pois as amplitudes térmicas podem comprometer a integridade da rocha, por exemplo, induzindo tensões de tração e afetando a permeabilidade. Um estudo hidráulico demonstrou risco mínimo de migração de gás para o exterior. Por último, dois casos reais foram investigados, litologia heterogênea e uma caverna irregular baseada em dados de sonar. Os resultados evidenciaram alguns desafios na operação de cavernas.

[en] Over the years, energy has been highly dependent on non-sustainable resources. However, global warming and the energy crisis urge for investments in renewable energy resources, such as hydrogen. The gas must be stored in a secure medium to avoid migration to the external environment. Thus, this work focuses on hydrogen storage in salt caverns, as these rocks present relevant properties for a storage site, such as low permeability. A workflow for cavern analysis from construction to operation is proposed, implemented, and applied to synthetic and actual field cases. Hydrogen storage provokes variations in temperature and pressure inside the cavern. The gas thermodynamics follows a diabatic solution, which updates gas pressure and temperature to represent the field conditions. The thermomechanical formulation is implemented into an in-house framework GeMA, which couples different physics. Synthetic case studies include homogeneous deposits and different cavern geometries. The results demonstrate the importance of thermal effects, as temperature amplitudes may compromise rock integrity, inducing tensile stresses and affecting its permeability. A hydraulic study demonstrated minimal hydrogen migration risk. Finally, two real field conditions were investigated, considering heterogeneous salt stratifications and a sonar-based cavern geometry. The results highlight some integrity challenges to be faced during cavern operation.

DEANE DE MESQUITA ROEHL

RAUL ROSAS E SILVA

PAULO BATISTA GONCALVES

DEANE DE MESQUITA ROEHL

LEONARDO CABRAL PEREIRA

COLOMBO CELSO GAETA TASSINARI

2023-09-26

2023-05-25

[pt] TEXTO

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INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=64121@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=64121@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.64121