background image

 

 

 

Carbon Dioxide Storage: Geological Security and Environmental 

Issues â€“ Case Study on the Sleipner Gas Field in Norway 

 

Semere Solomon

1

, The Bellona Foundation 

July 2006 

Summary 

Carbon dioxide capture and storage (CCS) is one option for mitigatining atmospheric emissions of carbon dioxide and 
thereby contributes in actions for stabilization of atmospheric greenhouse gas concentrations. Carbon dioxide storage in 
geological  formations  has  been  in  practice  since  early  1970s.  Information  and  experience  gained  from  the  injection 
and/or storage of CO

2

 from a large number of existing enhanced oil recovery (EOR) projects indicate that it is feasible 

to  safely  store  CO

2

  in  geological  formations  as  a  CO

2

  mitigation  option.  Industrial  analogues,  including  underground 

natural gas storage projects around the world and acid gas injection projects, provide additional indications that CO

2

 can 

be safely injected and stored at well-characterized and properly managed sites. Geological storage of CO

2

 is in practice 

today beneath the North Sea, where nearly 1 MtCO

2

 has been successfully injected annually in the Utsira formation at 

the  Sleipner  Gas  Field  since  1996.  The  site  is  well  characterized  and  the  CO

injection  process  was  monitored  using 

seismic methods and this provided insights into the geometrical distribution of the injected CO

2

. The injected CO

2

 will 

potentially be trapped geochemically pressure build up as a result of CO

2

 injection is unlikely to occur. Solubility and 

density dependence of CO

2

-water composition will become the controlling fluid parameters at Sleipner. The solubility 

trapping has the effect of eliminating the buoyant forces that drive CO

2

 upwards, and through time it can lead to mineral 

trapping,  which  is  the  most  permanent  and  secure  form  of  geological  storage.  Overall,  the  study  at  the  Sleipner  area 
demonstrates the geological security of carbon dioxide storage. The monitoring tools strengthen the verification of safe 
injection of CO

2

 in the Utsira formation. This proves that CO

2

 capture and storage is technically feasible and can be an 

effective method for greenhouse mitigation provided the site is well characterized and monitored properly.

 

1  Introduction 

 

                                                 

1

 

Dr. Semere Solomon, Advisor at The Bellona Foundation, P.O.Box 2141 Grunerløkka, N-0505 Oslo, Norway. 

Contact e-mail: semere@bellona.no 

The  greenhouse  gas  (GHG)  making  the 

largest  contribution  to  atmospheric  emissions 
from human activities is carbon dioxide (CO

2

). 

It  is  released  by  burning  fossil  fuels  and 
biomass  as  a  fuel;  from  the  burning,  for 
example,  of  forests  during  land  clearance;  and 
by  certain  industrial  and  resource  extraction 
processes.  Emissions of CO

2

 due to fossil fuel 

burning  are  the  dominant  influence  on  the 
increasing 

trends 

in 

atmospheric 

CO

2

 

concentration  because  according  to  the 
International Energy Agency (IEA) 80 % of the 
global  energy  consumption  is  based  on  coal, 
oil,  and  natural  gas  (IEA,  2005).  Global 
average  temperatures  and  sea  level  are 

projected to rise if appropriate measures are not 
taken. Due to increased emissions of GHG, the 
global average temperature will increase by 1.4 
to 5.8 

o

C from 1990 to 2100, according to The 

Intergovernmental  Panel  on  Climate  Change 
(IPCC,  2001c).  An  increase  in  global 
temperature  by  more  than  2 

o

C  will  have 

dramatic impacts on life on earth.  Steps should 
be  taken  that  aim  in  the  stabilization  of 
greenhouse 

gas 

concentrations 

in 

the 

atmosphere  at  a  level  that  would  prevent 
dangerous  anthropogenic  interference  with 
climatesystems.  

Several  technological  options  for  reducing 

net  CO

2

  emissions  to  the  atmosphere  exist 

background image

 

(IPCC,  2005).  These  include  energy  efficiency 
improvements,  the  switch  to  less  carbon-
intensive  fuels,  nuclear  power,  renewable 
energy  sources,  enhancement  of  biological 
sinks, 

reduction 

of 

non-carbon 

dioxide 

greenhouse gas emissions and capture and store 
CO

2

 chemically or physically. Improvements in 

energy  efficiency  have  the  potential  to  reduce 
global  CO

2

  emissions  by  30%  using  existing 

technologies  (IPCC,  2005).  However,  on  their 
own,  efficiency  gains  are  unlikely  to  be 
sufficient,  or  economically  feasible,  to  achieve 
deep  reductions  in  emissions  of  GHGs  (IPCC, 
2001a). Wider use of renewable energy sources 
was  also  found  to  have  substantial  potential. 
Nonetheless,  many  of  the  renewable  sources 
face constraints related to cost, intermittency of 
supply,  land  use  and  other  environmental 
impacts  (IPCC,  2005).  Carbon  dioxide  capture 
and  storage  (CCS)  can  be  a  good  option 
because it can be implemented on a larger scale 
and  has  also  the  potential  capacity  for  deep 
emission reduction.  

The  IPCC  has  stated  that  global  GHG 

emissions  should  be  reduced  by  50  to  80  % 
within  2050.  In  order  to  obtain  such  a  huge 
emission reduction, a combination of increasing 
energy efficiency, switching from fossil fuel to 
renewable  energy  sources,  and  wide  implem-
entation  of  CCS  is  necessary  (Stangeland, 
2006).  If  CCS  is  fully  implemented  there  is  a 
potential  of  capturing  and  storing  240  billion 
ton  CO

2

  globally  by  2050  (Stangeland,  2006).  

This corresponds to a 37 % reduction in global 
CO

2

  emissions  in  2050  compared  to  emissions 

today  which  indicates  that  only  CCS  is  not 
enough  to  meet  the  targeted  CO

emission 

reduction.  

Several  types  of  storage  reservoir  may 

provide storage capacities of this magnitude. In 
some  cases,  the  injection  of  CO

2

  into  oil  and 

gas  fields  could  lead  to  the  enhanced 
production  of hydrocarbons,  which  would help 
to  offset  the  cost  due  to  the  increased  income 
from the increased fossil fuels production. CO

2

 

capture  technology  can  be  applied  to  fossil-
fuelled  power  plants  and  other  large  industrial 
sources  of  emissions;  it  can  also  be  applied  in 
the  manufacture  of  hydrogen  as  an  energy 
carrier as well as biomass.  

Carbon  dioxide  storage  in  geological 

formations  has  been  in  practice  since  early 

1970s. Information and experience gained from 
the injection and/or storage of CO

2

 from a large 

number  of  existing  enhanced  oil  recovery 
(EOR)  projects  indicate  that  it  is  feasible  to 
store  CO

2

  in  geological  formations  as  a  CO

2

 

mitigation 

option. 

Industrial 

analogues, 

including  underground  natural  gas  storage 
projects around the world and acid gas injection 
projects,  provide  additional  indications  that 
CO

2

  can  be  safely  injected  and  stored  at  well-

characterized  and  properly  managed  sites. 
Injecting  CO

2

  into  deep  geological  formations 

at  carefully  selected  sites  can  store  it 
underground for long periods of time.  

Actions  have  to  be  taken  now  in  order  to 

avoid dramatic future climate changes. There is 
a  need  for  short-term  strategies  for  ensuring 
energy  production  with  the  lowest  GHG 
emissions  possible,  and  the  best  strategy  is  to 
establish 

carbon 

capture 

sequestration 

(Stangeland 

et  al

.,  2006).  This  paper  analyzes 

the  current  state  of  knowledge  about  the 
scientific  and  technical  dimensions  of  CO

storage  option  with  emphasis  on  geological 
storage, security and environmental impacts.  

This  paper  reviews  literature  published  on 

geological  storage  of  carbon  dioxide  in  deep 
saline  aquifers  with  emphasis  on  the  Sleipner 
Gas Field project in Norway. Sections 2-6 give 
detail  on  the  technical  aspects  of  geological 
storage  of  CO

2

.  After  reviewing  the  current 

state  of  knowledge,  the  existing  gaps  in 
knowledge  are  outlined  in  Section  7  before  a 
case  study  from  the  Sleipner  Gas  Field  in 
Norway  is  presented  in  Section  8.  This  is 
followed  by  the  conclusions  drawn  in  Section 
9.  

2  Geological Framework 

2.1

 

Geological formations 

 
Geological storage of CO

2

 can be undertaken in 

a  variety  of  geological  settings  in  sedimentary 
basins. Within these basins, oil fields, depleted 
gas  fields,  deep  coal  seams  and  saline 
formations  are  all  possible  storage  formations 
(Figure  1).  Other  geological  formations  which 
may  serve  as  storage  sites  include  caverns, 
basalt and organic-rich shales.  

background image

 

 

 
Figure 1: 

Options for storing CO

2

 in deep underground geological formations ( source IPCC 2005). 

 

 

 
Figure 2: 

Distribution of sedimentary basins around the world. In general, sedimentary basins are likely to be the most 

prospective areas for storage sites. However, storage sites may also be found in some areas of fold belts and in some of 
the highs. Shield areas constitute regions with low prospectivity for storage. (Source IPCC, 2005). 

 
 

background image

 

In  this  study  emphasis  is  given  to  deep 

saline aquifer formations. Saline formations are 
deep 

sedimentary 

rocks 

saturated 

with 

formation  waters  or  brines  containing  high 
concentrations  of  dissolved  salts.  These 
formations 

are 

widespread  and 

contain 

enormous quantities of water, but are unsuitable 
for  agriculture  or  human  consumption.  Saline 
formations  occur  in  sedimentary  basins 
throughout  the  world  (Figure  2),  both  onshore 
and  on  the  continental  shelves  and  are  not 
limited  to  hydrocarbon  provinces  or  coal 
basins. The Sleipner Project in the North Sea is 
the  best  available  example  of  a  CO

2

  storage 

project  in  a  saline  formation  and  details  are 
presented in Section 8. 

 

2.2

 

Storage  requirements 

 

There  are  many  sedimentary  regions  in 

the  world  (Figure  2)  variously  suited  for  CO

2

 

storage.  In  general,  geological  storage  sites 
should  have:  (1)  adequate  capacity  and 
injectivity, (2) a satisfactory sealing caprock or 
confining  unit  and  (3)  a  sufficiently  stable 
geological environment to avoid compromising 
the integrity of the storage site.  

Adequate  porosity  and  thickness  (for 

storage  capacity)  and  permeability  (for 
injectivity)  are  critical;  porosity  usually 
decreases  with  depth  because  of  compaction 
and  cementation,  which  reduces  storage 
capacity  and  efficiency.  The  storage  formation 
should  be  capped  by  extensive  confining  units 
(such as shale, salt or anhydrite beds) to ensure 
that  CO

2

  does  not  escape  into  overlying, 

shallower  rock  units  and  ultimately  to  the 
surface.  Extensively  faulted  and  fractured 
sedimentary basins or parts thereof, particularly 
in  seismically  active  areas,  require  careful 
characterization to be good candidates for CO

2

 

storage. 

The  pressure  and  flow  regimes  of 

formation  waters  in  a  sedimentary  basin  are 
important  factors  in  selecting  sites  for  CO

2

 

storage  (Bachu 

et  al.

,  1994).  Injection  of  CO

2

 

into  formations  overpressured  by  compaction 
and/or  hydrocarbon  generation  may  raise 
technological and safety issues that make them 
unsuitable.  Underpressured  formations  in 
basins  located  midcontinent,  near  the  edge  of 

stable  continental  plates  or  behind  mountains 
formed by plate collision may be well suited for 
CO

2

  storage.  Storage  of  CO

2

  in  deep  saline 

formations  with  fluids  having  long  residence 
times  (millions  of  years)  is  conducive  to 
hydrodynamic and mineral trapping. 

To geologically store CO

2

, it must first be 

compressed  to  allow  injection,  usually  to  a 
dense  fluid  state  known  as  â€˜supercritical’. 
Supercritical  means  at  a  temperature  and 
pressure  above  the  critical  temperature  and 
pressure of the substance concerned, i.e. carbon 
dioxide  (temperatures  higher  than  31.1

o

C  and 

pressure  greater  than  73.9  bar).  The  critical 
point  represents  the  highest  temperature  and 
pressure  at  which  the  substance  can  exist  as  a 
vapour  and  liquid  in  equilibrium.    Depending 
on  the  rate  that  temperature  increases  with 
depth  (the  geothermal  gradient),  the  density  of 
CO

2

 will increase with depth, until about 800 m 

or  greater,  where  the  injected CO

2

  will  be  in  a 

dense supercritical state. The efficiency of CO

2

 

storage  in  geological  media,  defined  as  the 
amount  of  CO

2

  stored  per  unit  volume 

(Brennan  and  Burruss,  2003),  increases  with 
increasing  CO

2

  density.  Storage  safety  also 

increases  with  increasing  density,  because 
buoyancy,  which  drives  upward  migration,  is 
stronger for a lighter fluid.  

‘Cold’  sedimentary  basins,  characterized 

by  low  temperature  gradients,  are  more 
favourable  for  CO

2

  storage  (Bachu,  2003) 

because CO

2

 attains higher density at shallower 

depths  (700–1000  m)  than  in  â€˜warm’ 
sedimentary  basins,  characterized  by  high 
temperature 

gradients 

where 

dense-fluid 

conditions are reached at greater depths (1000–
1500 m).  

Reservoir  heterogeneity  also  affects  CO

2

 

storage  efficiency.  The  density  difference 
between  the  lighter  CO

2

  and  the  reservoir  oil 

and/or  saline  water  leads  to  movement  of  the 
CO

2

 along the top of the reservoir, particularly 

if  the  reservoir  is  relatively  homogeneous  and 
has  high  permeability,  negatively  affecting  the 
CO

2

  storage  and  oil  recovery.  Consequently, 

reservoir  heterogeneity  may  have  a  positive 
effect, slowing down the rise of CO

2

 to the top 

of  the  reservoir  and  forcing  it  to  spread 
laterally, giving more complete invasion of the 
formation  and  greater  storage  potential 
(Kovscek, 2002; Flett 

et al.

, 2005). 

background image

 

The presence of impurities (e.g., SO

x

, NO

x

H

2

S)  in  the  CO

2

  gas  stream  affects  the 

engineering processes of capture, transport and 
injection,  as  well  as  the  trapping  mechanisms 
and  capacity  for  CO

2

  storage  in  geological 

media. Gas impurities in the CO

2

 stream affect 

the  compressibility  of  the  injected  CO

2

  (and 

hence the total volume to stored) and reduce the 
capacity  for  storage  in  free  phase,  because  of 
the  storage  space  taken  by  these  gases.  In  the 
case  of  CO

2

  storage  in  deep  saline  formations, 

the  presence  of  gas  impurities  affects  the  rate 
and amount of CO

2

 storage through dissolution 

and  precipitation.  Additionally,  leaching  of 
heavy  metals  from  the  minerals  in  the  rock 
matrix by SO

2

 or O

2

 contaminants is possible. 

 

3  Storage mechanisms and 

storage security 

 

The  effectiveness  of  geological  storage 

depends  on  a  combination  of  physical  and 
geochemical  trapping  mechanisms.  The  most 
effective  storage  sites  are  those  where  CO

2

  is 

immobile  because  it  is  trapped  permanently 
under  a  thick,  low-permeability  seal  or  is 
converted  to  solid  minerals  or  through  a 
combination of physical and chemical trapping 
mechanisms. 

 

3.1

 

Storage mechanisms 

 
  

The  storage  mechanism  known  as 

physical  trapping  of  CO

2

  below  low-

permeability  seals  (caprocks),  such  as  very-
low-permeability  shale  or  salt  beds,  is  the 
principal  means  to  store  CO

2

  in  geological 

formations (Figure 1). Sedimentary basins have 
such  closed,  physically  bound  traps  or 
structures, which are occupied mainly by saline 
water, oil and gas. Structural traps include those 
formed by folded or fractured rocks. Faults can 
act 

as 

permeability 

barriers 

in 

some 

circumstances  and  as  preferential  pathways  for 
fluid  flow  in  other  circumstances  (Salvi 

et  al.

2000).  Stratigraphic  traps  are  formed  by 
changes in rock type caused by variation in the 
setting where the rocks were deposited. Both of 
these  types  of  traps  are  suitable  for  CO

2

 

storage,  although,  care  must  be  taken  not  to 

exceed  the  allowable  overpressure  to  avoid 
fracturing  the  caprock  or  re-activating  faults 
(Streit 

et al.

, 2005). 

Hydrodynamic  trapping  can  occur  in 

saline formations that do not have a closed trap, 
but where fluids migrate very slowly over long 
distances.  When  CO

2

  is  injected  into  a 

formation,  it  displaces  saline  formation  water 
and  then  migrates  buoyantly  upwards,  because 
it is less dense than the water. When it reaches 
the top of the formation, it continues to migrate 
as a separate phase until it is trapped as residual 
CO

2

  saturation  or  in  local  structural  or 

stratigraphic traps within the sealing formation. 
In the longer term, significant quantities of CO

2

 

dissolve  in  the  formation  water  and  then 
migrate  with  the  groundwater.  Where  the 
distance from the deep injection site to the end 
of  the  overlying  impermeable  formation  is 
hundreds of kilometres, the time scale for fluid 
to reach the surface from the deep basin can be 
millions  of  years  (Bachu 

et  al.

,  1994).

 

Carbon  dioxide  in  the  subsurface  can 

undergo a sequence of geochemical interactions 
with  the  rock  and  formation  water  that  will 
further 

increase 

storage 

capacity 

and 

effectiveness, 

mechanism 

known 

as 

Geochemical  trapping.  First,  when  CO

2

 

dissolves  in  formation  water,  a  process 
commonly  called  solubility  trapping  occurs. 
The  primary  benefit  of  solubility  trapping  is 
that  once  CO

2

  is  dissolved,  it  no  longer  exists 

as  a  separate  phase,  thereby  eliminating  the 
buoyant  forces  that  drive  it  upwards.  Next,  it 
will  form  ionic  species  as  the  rock  dissolves, 
accompanied by a rise in the pH. Finally, some 
fraction  may  be  converted  to  stable  carbonate 
minerals 

(mineral 

trapping), 

the 

most 

permanent  form  of  geological  storage  (Gunter 

et al.

, 1993). Mineral trapping is believed to be 

comparatively 

slow, 

potentially 

taking 

thousands of years or longer. Nevertheless, the 
permanence of mineral storage, combined with 
the potentially large storage capacity present in 
some geological settings, makes this a desirable 
feature of longterm storage. 

 

3.2

 

Storage security 

 

Natural  geological  accumulation  of  CO

2

 

occur,  as  gaseous  accumulations  of  CO

2

,  CO

2

 

background image

 

mixed  with  natural  gas,  and  CO

2

  dissolved  in 

formation  water.  These  natural  accumulations 
have  been  studied  in  the  United  States, 
Australia  and  Europe  (e.g.  Pearce 

et  al.

,  1996; 

Watson 

et al.

, 2004) as analogues for storage of 

CO

2

,  as  well  as  for  leakage  from  engineered 

storage  sites.  Production  of  CO

2

  for  EOR  and 

other  uses  provides  operational  experience 
relevant  to  CO

2

  capture  and  storage.  Natural 

accumulations of relatively pure CO

2

 are found 

all  over  the  world  in  a  range  of  geological 
settings,  particularly  in  sedimentary  basins, 
intra-plate volcanic regions and in faulted areas 
or in quiescent volcanic structures.  

For  instance,  200  Mt  trapped  in  the 

Pisgah  Anticline,  northeast  of  the  Jackson 
Dome  in  the  USA,  is  thought  to  have  been 
generated  more  than  65  million  years  ago 
(Studlick 

et  al.

,  1990),  with  no  evidence  of 

leakage, providing additional evidence of long-
term  trapping  of  CO

2

.  Conversely,  some 

systems,  typically  spas  and  volcanic  systems, 
are  leaky  and  not  useful  analogues  for 
geological  storage,  but  can  be  useful  for 
studying  the  health,  safety  and  environmental 
effects of CO

2

 leakage. 

Underground natural gas storage projects 

that  offer  experience  relevant  to  CO

2

  storage 

(Lippmann  and  Benson,  2003;  Perry,  2005) 
have operated successfully for almost 100 years 
in many parts of the world. The majority of gas 
storage  projects  are  in  depleted  oil  and  gas 
reservoirs  and  saline  formations,  although 
caverns in salt have also been used extensively. 
While  underground  natural  gas  storage  is  safe 
and  effective,  some  projects  have  leaked, 
mostly  caused  by  poorly  completed  or 
improperly  plugged  and  abandoned  wells  and 
by  leaky  faults  (Lippmann  and  Benson,  2003; 
Perry, 2005).  

Acid  gas  injection  operations  represent  a 

commercial  analogue  for  some  aspects  of 
geological  CO

2

  storage.  Acid  gas  is  a  mixture 

of  H

2

S  and  CO

2

,  with  minor  amounts  of 

hydrocarbon  gases  that  can  result  from 
petroleum production or processing. In Western 
Canada,  operators  are  increasingly  turning  to 
acid  gas  disposal  by  injection  into  deep 
geological  formations.  Carbon  dioxide  often 
represents the largest component of the injected 
acid  gas  stream,  in  nodt  cases,  14–98%  of  the 
total  volume.  A  total  of  2.5  MtCO

2

  and  2 

MtH

2

S had been injected in Western Canada by 

the  end  of  2003,  at  rates  of  840–500,720  m

3

 

day

–1

  per  site,  with  an  aggregate  injection  rate 

in 2003 of 0.45 MtCO

2

 yr

–1

 and 0.55 MtH

2

S yr

–

1

, with no detectable leakage. Acid gas injection 

occurs  over  a  wide  range  of  formation  and 
reservoir types. 

In  many  parts  of  the  world,  large  volumes 

of  liquid  waste  are  injected  into  the  deep 
subsurface every day. For example, for the past 
60  years,  approximately  9  34.1  million  m

3

  of 

hazardous  waste  is  injected  into  saline 
formations in the United States from about 500 
wells each year (IPCC, 2005). In addition, more 
than  2843  million  m

3

  of  oil  field  brines  are 

injected  from  150,000  wells  each  year.  This 
combined annual US injectate volume of about 
3000  million  m

3

,  when  converted  to  volume 

equivalent,  corresponds  to  the  volume  of 
approximately  2  GtCO

2

  at  a  depth  of  1  km. 

Therefore,  the experience  gained from  existing 
deep-fluid-injection projects is relevant in terms 
of  the  style  of  operation  and  is  of  a  similar 
magnitude  to  that  which  may  be  required  for 
geological storage of CO

2

 

4  Site characterization and 

performance prediction  

 

4.1

 

Site characterization  

 

The storage site and its surroundings need 

to  be  characterized  in  terms  of  geology, 
hydrogeology, geochemistry and geomechanics 
(structural geology and deformation in response 
to  stress  changes).  The  greatest  emphasis  will 
be  placed  on  the  reservoir  and  its  sealing 
horizons. However, the strata above the storage 
formation and caprock also need to be assessed 
because if CO

2

 leaked it would migrate through 

them (Haidl 

et al.

, 2005).  

Documentation  of  the  characteristics  of 

any particular storage site will rely on data that 
have been obtained directly from the reservoir. 
These include: 

 

•

 

core  and  fluids  produced  from  wells  at 
or near the proposed storage site 

•

 

pressure transient tests conducted to test 
seal efficiency 

background image

 

•

 

indirect  remote  sensing  measurements 
such as seismic reflection data, and  

•

 

regional hydrodynamic pressure 
gradients.  

 

Integration  of  all  of  the  different  types  of 

data is needed to develop a reliable model that 
can be used to assess whether a site is suitable 
for CO

2

 storage. 

Financial  constraints  may  limit  the  types 

of  data  that can  be collected  as part  of  the site 
characterization  and  selection  process.  Today, 
no standard methodology prescribes how a site 
must be characterized. Instead, selections about 
site  characterization  data  will  be  made  on  a 
site-specific basis, choosing those data sets that 
will  be  most  valuable  in  the  particular 
geological setting. However, some data sets are 
likely  to  be  selected  for  every  case.  These  are 
listed below: 

 

•

 

Geological 

site 

description 

from 

wellbores  and  outcrops  are  needed  to 
characterize  the  storage  formation  and 
seal properties  

•

 

Seismic  surveys  are  needed  to  define 
the  subsurface  geological  structure  and 
identify  faults  or  fractures  that  could 
create leakage pathways  

•

 

Formation  pressure  measurements  are 
needed to map the rate and direction of 
groundwater flow, and  

•

 

Water  quality  samples  are  needed  to 
demonstrate  the  isolation  between  deep 
and shallow groundwater.  

 

4.2

 

Performance prediction and optimization 
modelling 

 

Computer  simulation  also  has  a  key  role 

in the design and operation of field projects for 
underground  injection  of  CO

2

.  Predictions  of 

the storage capacity of the site or the expected 
incremental  recovery  in  enhanced  recovery 
projects,  are  vital  to  an  initial  assessment  of 
economic  feasibility.  In  a  similar  vein, 
simulation  can  be  used  in  tandem  with 
economic assessments to optimize the location, 
number,  design  and  depth  of  injection  wells. 
For  enhanced  recovery  projects,  the  timing  of 
CO

2

  injection  relative  to  production  is  vital  to 

the  success  of  the  operation  and  the  effect  of 
various  strategies  can  be  assessed  by 
simulation.  Modelling  of  the  long-term 
distribution  of  CO

2

  in  the  subsurface  (e.g., 

migration  rate  and  direction  and  rate  of 
dissolution  in  the  formation  water)  are 
important  for  the  design  of  cost-effective 
monitoring  programmes,  since  the  results  will 
influence  the  location  of  monitoring  wells  and 
the  frequency  of  repeat  measurements,  such as 
for seismic, soil gas or water chemistry. During 
injection and monitoring operations, simulation 
models  can  be  calibrated  to  match  field 
observations and then used to assess the impact 
of possible operational changes, such as drilling 
new wells or altering injection rates, often with 
the  goal  of  further  improving  recovery  (in  the 
context  of  hydrocarbon  extraction)  or  of 
avoiding  migration  of  CO

2

  past  a  likely  spill-

point. 

Numerical  simulators  currently  in  use  in 

the  oil,  gas  and  geothermal  energy  industries 
provide  important  subsets  of  the  required 
capabilities.  They  have  served  as  convenient 
starting  points  for  recent  and  ongoing 
development  efforts  specifically  targeted  at 
modelling the geological storage of CO

2

. Many 

simulation  codes  have  been  used  and  adapted 
for this purpose (e.g. White and Oostrom, 1997; 
Steefel, 2001; Xu 

et al.

, 2003).  

The principal difficulty is that the complex 

geological  models  on  which  the  simulation 
models  are  based  are  subject  to  considerable 
uncertainties,  resulting  both  from  uncertainties 
in data interpretation and, in some cases, sparse 
data sets. Measurements taken at wells provide 
information on rock and fluid properties at that 
location, but statistical techniques must be used 
to  estimate  properties  away  from  the  wells. 
When  simulating  a  field  in  which  injection  or 
production  is  already  occurring,  a  standard 
approach in the oil and gas industry is to adjust 
some  parameters  of  the  geological  model  to 
match  selected  field  observations.  This  proves 
that the model is inaccurate, but it does provide 
additional constraints on the model parameters. 
However,  better  models  and  simulation  tools 
are required.  

 
  

background image

 

5  Monitoring and verification  

 

Monitoring is needed for a wide variety of 

purposes.  It  can  be  used  to  ensure  and 
document  effective  injection  well  controls, 
specifically for monitoring the condition of the 
injection  well  and  measuring  injection  rates, 
wellhead  pressure  and  formation  pressures. 
Monitoring also can serve as a verification tool 
to  quantify  the  injected  CO

2

  that  has  been 

stored  by  various  mechanisms;  and  to 
demonstrate,  with  appropriate  monitoring 
techniques,  that  CO

2

  remains  contained  in  the 

intended storage formation(s). This is currently 
the  principal  method  for  assuring  that  the  CO

2

 

remains 

stored 

and 

that 

performance 

predictions  can  be  verified.  It  can  also  be 
applied  to  detect  leakage  and  provide  an  early 
warning  of  any  seepage  or  leakage  that  might 
require mitigating action. 

Before  monitoring  of  subsurface  storage 

can  take  place  effectively,  a  baseline  survey 
must  be  taken.  This  survey  will  provide  the 
point  of  comparison  for  subsequent  surveys. 
This  is  particularly  true  of  seismic  and  other 
remote-sensing 

technologies, 

where 

the 

identification of saturation of fluids with CO

2

 is 

based  on  comparative  analysis.  Baseline 
monitoring 

is 

also 

prerequisite 

for 

geochemical  monitoring,  where  anomalies  are 
identified 

relative 

to 

background 

concentrations. 

Additionally, 

establishing 

baselines  of  CO

2

  fluxes  resulting  from 

ecosystem cycling of CO

2

, both on diurnal and 

annual  cycles,  are  useful  for  distinguishing 
natural  fluxes  from  potential  storage-related 
releases. 

Standard 

procedures 

of 

monitoring 

currently in use include: 

 

•

 

routine measurements of injection rates 
and pressures,  

•

 

monitoring the distribution and 
migration of CO

2

 in the subsurface,  

•

 

monitoring injection well integrity,  

•

 

monitoring local environmental effects, 
and  

•

 

monitoring network design and 
duration.  

 
 

There  are  currently  no  standard  protocols  or 
established  network  designs  for  monitoring 
leakage  of  CO

2

.  Monitoring  network  design 

will depend on the objectives and requirements 
of  the  monitoring  programme,  which  will  be 
determined  by  regulatory  requirements  and 
perceived  risks  posed  by  the  site  (Chalaturnyk 
and Gunter, 2005).  

A  number  of  standard  technologies  are 

available  for  monitoring  but  the  applicability 
and  sensitivity  of  the  techniques  in  use  are 
somewhat  site-specific.  Given  the  long-term 
nature  of  CO

storage,  site  monitoring  may  be 

required for vey long periods. 
 

6  Risk assessment and 

environmental impact  

 

The  risks  due  to  storage  of  CO

2

  in 

geological  reservoirs  fall  into  two  broad 
categories:  global  risks  and  local  risks.  Global 
risks  involve  the  release  of  stored  CO

2

  to  the 

atmosphere that may contribute significantly to 
climate change if  some  fraction  leaks  from  the 
storage formation. In addition, if CO

leaks out 

of storage formation, local risks include hazards 
for humans, ecosystems and groundwater.  

With  regard  to  global  risks,  observations 

and  analysis  of  current  CO

2

  storage  sites, 

natural  systems,  engineering  systems  and 
models  indicate  that  the  likelihood  or 
probalility  of  leakage  in  appropriately  selected 
and managed reservoirs is nearly absent or very 
negligible over long periods of time. The risk of 
leakage  is  expected  to  decrease  over  time  as 
other mechanisms provide additional trapping.  

With  regard  to  local  risks,  there  are  two 

types of scenarios in which leakage may occur. 
In  the  first  case,  injection  well  failures  or 
leakage  up  abandoned  wells  could  create  a 
sudden  and  rapid  release  of  CO

2

.  This  type  of 

release  is  likely  to  be  detected  quickly  and 
stopped  using  techniques  that  are  available 
today  for  containing  well  blow-outs.  Hazards 
associated  with  this  type  of  release  primarily 
affect  living  species  in  the  vicinity  of  the 
release at  the  time  it  occurs,  or  workers  called 
in  to  control  the  blow-out.  A  concentration  of 
CO

2

  greater  than  7–10%  in  air  would  cause 

immediate dangers to human life and health.  
 

background image

 

 

 
Figure 3: 

Some potential escape routes for CO

2

 injected into saline formations (IPCC, 2005). 

 
Containing  these  kinds  of  releases  may  take 
hours  to  days  and  the  overall  amount  of  CO

2

 

released is likely to be very small compared to 
the  total  amount  injected.  These  types  of 
hazards  are  managed  effectively  on  a  regular 
basis  in  the  oil  and  gas  industry  using 
engineering and administrative controls. 

In the second scenario, leakage could occur 

through  undetected  faults,  fractures  or  through 
leaking wells where the release to the surface is 
more  gradual and diffuse.  In  this case, hazards 
primarily  affect  drinking-water  aquifers  and 
ecosystems where CO

2

 accumulates in the zone 

between  the  surface  and  the  top  of  the  water 
table.  Groundwater  can  be  affected  both  by 
CO

2

  leaking  directly  into  an  aquifer  and  by 

brines that enter the aquifer as a result of being 
displaced  by  CO

2

  during  the  injection  process. 

There  may  also  be  acidification  of  soils  and 
displacement of oxygen in soils in this scenario. 
Additionally, if leakage to the atmosphere were 
to  occur in  low-lying  areas  with  little  wind,  or 
in sumps and basements overlying these diffuse 
leaks, humans and animals would be harmed if 
a leak were to go undetected. Humans would be 
less  affected  by  leakage  from  offshore  storage 
locations  than  from  onshore  storage  locations. 
Leakage  routes  can  be  identified  by  several 
techniques  and  by  characterization  of  the 

reservoir. Figure 8 shows some of the potential 
leakage paths for a saline formation. When the 
potential  leakage  routes  are  known,  the 
monitoring  and  remediation  strategy  can  be 
adapted to address the potential leakage. 

Careful  storage  system  design  and  site 

selection,  together  with  methods  for  early 
detection  of  leakage  (preferably  long  before 
CO

reaches  the  land  surface),  are  effective 

ways  of  reducing  hazards  associated  with 
diffuse  leakage.  The  available  monitoring 
methods are promising, but more experience is 
needed  to  establish  detection  levels  and 
resolution.  Once  leakages  are  detected,  some 
remediation  techniques are  available  to  stop  or 
control  them.  Depending  on  the  type  of 
leakage,  these  techniques  could  involve 
standard  well  repair  techniques,  or  the 
extraction of CO

2

 by intercepting its leak into a 

shallow groundwater aquifer (see Figure 3). 

 

7  Knowledge gaps 

 

Knowledge  regarding  CO

2

  geological 

storage  is  founded  on  basic  knowledge  in  the 
earth sciences, on the experience of the oil and 
gas  industry  (extending  over  the  last  hundred 
years  or  more)  and  on  a  large  number  of 

background image

 

10 

commercial  activities  involving  the  injection 
and  geological  storage  of  CO

2

  conducted  over 

the past 10–30 years. Nevertheless, CO

2

 storage 

is  a  new  technology  and  many  questions 
remain.  Here, are  summarised  what are known 
now  and  what  gaps  remain.  Gaps  in  the 
knowledge  of  geological  storage  of  CO

are 

presented  in  this  paper  in  accordance  to  the 
rating on the scale (1-5) given in the Review of 
Special Report on Carbon dioxide Capture and 
Sstorage  Gaps  in  Knowledge  (IPCC,  2006). 
The scales are: (1) Very important and needs to 
be  addressed  to  move  the  technology  towards 
full  scale  implementation,  (2)  Important  and 
needs  to  be  addressed  with  some  urgency,  (3) 
Less important but needs to be undertaken, (4) 
Not  important  â€“  CCS  can  be  implemented 
without this gap being addressed or gap will be 
addressed through natural development, and (5) 
Unimportant  â€“  gap  does  not  need  to  be 
addressed. 

At present there are no knowledge gaps that 

hinder  full  scale  implementation  of  geological 
storage  of  CO

2

  (1).    Important  gaps  in 

knowledge that need to be addressed with some 
urgency (2) are: 

A)

 

Storage Capacity  

Need  to  get  universal  agreement  on  a  storage 
capacity  assessment  method,  particulary  for 
aquifers.  This  knowledge  is  needed  to 
determine effective capacity for CO

2

 storage in 

geological  formations  to  derive  policy  and 
research  initiatives.  There  is  need  for  a  full 
global data set â€“ presently most data set is from 
Australian,  Japan,  North  America  and Western 
Europe. 

B)

 

Improved Confidence 

Risks  of  leakage  from  abandoned  wells  and 
methods of leakage need to be determined. 
Assessment  of  the  environmental  impact  of 
CO

2

 seepage on the marine seafloor is required. 

Also quantitative assessment of risks to human 
health  is  required.  Besides  more  leakage  rates 
data from more storage sites or projects need to 
be  collected.  Development  of  a  reliable 
coupledhydrogeological-geochemical-
geomechanical  simulation  models  to  use  as  a 
prediction tools. 

C)

 

Monitoring Techniques 

Improve fracture detection and characterization 
of leakage potential. 
 

D)

 

Cost 

Only a few experience-based cost data from 
non CO

2

-EOR storage sites are available, more 

would be useful. 

E)

 

Regulation and Liability   

Framework has yet to be established. It should 
consider: the role of pilot projects, Verification 
of  CO

2

  storage  for  accounting  purposes, 

approaches  for  selecting,  operation  and 
monitoring  CO

2

  storage  sites  in  the  short  and 

long  term  stewardship  and  requirements  for 
decommissioning a storage project. 

Unimportant  (5)  knowledge  gaps  on 

geological  storage  of  CO

2

  do  not  need  to  be 

addressed.  However,  knowledge  gaps  in  the 
categories  (3)  and  (4)  can  be  found  in  detail 
(IPCC, 2006).  

 

8  Case study - The Sleipner Gas 

field  

8.1

 

Background 

 

The  offshore  gas  field  Sleipner,  in  the 

middle  of  the  North  Sea  (Figure  4),  has  been 
injecting  1  Mt  CO

per  year  since  September 

1996 (Baklid 

et  al., 

1996). The CO

content in 

the  natural  gas  varies  from  4  to  9.5  %  and  the 
CO

content has to be reduced below 2.5% for 

export  quality.  The  CO

2

 

is  injected  into  a  salt 

water  containing  sand  layer,  called  the  Utsira 
formation,  which  lies  1000  meter  below  sea 
bottom.  The  Utsira  Formation  was  deposited 
during  the  late  Middle  Miocene  (~20  million 
years ago) to Early Pliocene (~14 million years 
ago), Eidvin et al. 2002. The formation belongs 
to  the  Nordland  Group  present  in  the  Viking 
Graben (Gregersen and Michelsen 1997).  

During  1998,  a  group  of  energy 

companies  together  with  scientific  institutes 
and  environmental  authorities  in  Norway, 
Denmark,  the  Netherlands,  France  and  the  UK 
formed the Saline Aquifer CO

2

 Storage (SACS) 

Project  Consortium  (supported  under  the 
European  Commission’s  Thermie  Programme) 
and started to collect relevant information about 
the  injection  of  CO

into  the  Utsira  formation 

and  similar  underground  structures  around  the 
North Sea.  

background image

 

11 

 

 
Figure 4:  

Location map showng areal extent of the 

Utsira Formation and the Sleipner licence. 

 
In  1999  the  SACS  (Phase  1)  project 

started  monitoring  the  CO

behaviour  and 

established  a  baseline  by  shooting  a  first  3D 
seismic survey (Gale 

et al

, 2001). The Phase 1 

Project  was  extended  to  SACS2  in  2000  and 
continued the work undertaken in Phase 1 with 
further repeat 3D seismic surveys completed to 
track the fate of the injected CO

2. 

In addition, it 

is  using  the  seismic  data  to  verify  available 
models  and  tools  originally  developed  for 
hydrocarbons and water that have been applied 
to a CO

and water system.  The SACS2 project 

terminated in 2003.  

The  document  Best  Practice  Manual 

(Best Practice Manual, 2004) outlines the main 
findings  of  the  SACS  projects.  This  paper 
reviews  this  document  including  recent  studies 
with  emphasis  on  geological  security  and 
environmental issues in this section. 

 

8.2

 

Site characterisation  

 

Characterisation of both the reservoir and 

caprock  was  carried  out  both  at  local  and 
regional  scales.  The  whole  reservoir  was 
mapped  and  characterised  using  regional  2D 
seismic  datasets  and  well  data.  More  detailed 
work  was  carried  out  around  the  injection  site 
using  a  3D  seismic  dataset  and  more  closely 
spaced  well  data.  Several  datasets  were 
available  to  the  SACS  project  (See  Best 
Practice Manual, 2004 for details).  

The  2D  and  3D  seismic  data  constituted 

the  key  datasets,  essential  for  delineating  the 
reservoir  limits,  structure  and  stratigraphical 
correlation  (Figure  5a).  As  CO

2

  is  buoyant  (in 

both  gaseous  and  fluid  phases)  it  will  tend  to 
rise  to  the  top  of  the  repository  reservoir. 
Assessment  of  the  depth  to  the  top  of  the 
reservoir is therefore a basic prerequisite of site 
characterization  for  CO

storage  (Figure  5b). 

Uncertainties  in  reservoir  geometry  are 
significant  if  the  injection  is  into  a  reservoir 
with  gentle  dips  and  only  minor  topography  at 
its top  (as at  Sleipner),  therefore,  very  detailed 
depth mapping is required (Figure 5c).  

The  Utsira  formation  is  a  highly 

elongated  sand  reservoir,  extending  for  more 
than  400  km  from  north  to  south  and  between 
50 and 100 km from east to west, with an area 
of  some  26  100  km

2

  (Figure  5b).  The distance 

from  the  top  Utsira  formation  to  the  surface 
generally  varies  relatively  smoothly,  mainly  in 
the range 550 to 1500 m, but mostly from 700 
to  1000  m.  The  thicknesses  of  the  sand  layer 
vary from 200 m and range up to more than 300 
m locally (Chadwick 

et al.,

 2000).  

During  the  SACS-project,  it  has  been 

shown  that  the  Utsira  Formation  has  good 
storage  quality  with  respect  to  porosity, 
permeability,  mineralogy  (Table  1),  bedding, 
depth,  pressure  and  temperature  (e.g.  Zweigel 
and Lindeberg  2000).  It is  a  very  large  aquifer 
with  a  thick  and  extensive  claystone  top  seal 
with  good  sealing  capacity.  The  aquifer  is, 
however, unconfined along its margins, and the 
time  before  migrating  CO

2

  might  reach  the 

margins of the aquifer is unknown.  

It  is  estimated  that  the  Utsira  Formation, 

below 800 m depth, has a pore volume of 9.18 
x 10

11

 m

3

, a storage capacity in traps of 847 Mt 

(megatonnes)  CO

2

,  and  that  the  storage 

capacity of the entire aquifer is 42 356 Mt CO

(  See  details  in  Bøe  et  al.  2002,  Table  6).  The 
total  pore  volume  of  the  aquifer  is  also 
estimated to be 5.5 x 10

11 

m

3

 (Kirby 

et al.

 2001) 

and 6.05 x 10

11

 

m

3

 

(Chadwick et al. 2000). 

Injection-induced  pressure  changes  could  lead 
to compromise of the caprock seal and possible 
geomechanical 

consequences 

should 

be 

assessed  prior  to  injection  commencing.  At 
Sleipner,  the  required  injection  pressures  are 
considered  most  unlikely  to  induce  either 
dilation of incipient fractures (due to increased 

background image

 

12 

pore-pressures)  or  microseismicity  (due  either 
to  raised  pore  pressures  or  a  reduction  in 
normal  stress  due  to  buoyancy  forces  exerted 
CO

plume). 

 
 
 
 

________________________________________________________________________________ 
 

 

 

Figure 5:

 a) Typical 2D seismic reflection profile across the Utsira reservoir b) Regional depth map to top of Utsira 

Sand based on 2D seismic surveys and incorporating 3D data around Sleipner injection point. c) Detailed depth map of 
Top Utsira Sand around Sleipner injection point (IP), based on 3D seismic data. (Best Practice Manual, 2004).

 

 

Table 1

 

Generalised properties of the Utsira Sand from core and cuttings. Mineral percentages based on whole-rock 

XRD (x-ray diffraction) analysis. (Best Practice Manual, 2004). 
 

% Mineral 

Grain 

size 

Porosity 

Permeability 

Sand/shale 

ratio 

Quartz  Calcite 

K-

feldspar 

Albite  Aragonite 

Mica 

and 

others 

Fine 

(medium) 

35-40 % 

(27-42%) 

1-3 Darcy 

0.7-1.0 

(0.5-1.0) 

75 

13 

 
 

background image

 

13 

8.3

 

Monitoring  

 

Work  at  Sleipner  demonstrated  that 

conventional,  time-lapse,  p-wave  seismic  data 
can  be  a  successful  monitoring  tool  for  CO

injected  into  a  saline  aquifer  with  CO

accumulations  as  low  as  about  a  metre  thick 
(Eiken  et  al.  2000).  It  is  the  detection  of 
relatively  thin  CO

accumulations  on  the  time 

lapse  seismic  signal  that  has  built  confidence 
that  any  major  leakage  into  the  overlying 
caprock  succession  would  have  been  detected. 
So far, no changes in the overburden have been 
observed  in  the  Sleipner,  implying  that  there 
are no leakages from the Utsira formation. 

The  time  lapse  seismic  data  have 

provided 

insights 

into 

the 

geometrical 

distribution of the injected CO

at different time 

steps  and  show  the  different  migration 
pathways  indicated  in  Figure  6.  Due  to  the 
lower  density  of  CO

with  respect  to  the 

formation  water,  bouyancy  is  the  dominant 
physical  process  governing  the  migration.  The 
seismic  data  have  revealed  at  least  temporary 
barriers  (very  thin  shale  layers)  to  vertical 
migration of the CO

that could not be resolved 

on the pre-injection baseline data alone. Due to 
the  pronounced  effect  of  the  CO

on  the 

amplitude of the time lapse seismic signal these 
barriers  have  been  mapped  locally,  markedly 
increasing  the  understanding  of  the  CO

migration  within  the  reservoir.  At  various 
locations  chimneys  have  been  observed  where 
CO

passes  through  the  thin  shale  layers.    The 

presence  of  thin  shale  layers  has  radically 
affected  the  CO

distribution  in  the  reservoir, 

with  CO

2

  migrating  laterally  for  several 

hundred  metres  beneath  the  intra-reservoir 
shales  (Fig.  6).  In  the  longer  term,  this 
dissemination  of  CO

throughout  the  reservoir 

thickness (rather than just being concentrated at 
the top) may allow more efficient dissolution of 
CO

2

  and  effectively  increase  the  reservoir 

capacity (Torp and Gale, 2004). 

Monitoring is also used to assess whole 

reservoir  performance.  Time-lapse  3D  and  4D 
seismic  surveys  have  been  successfully 
employed  to  image  the  underground  CO

(Chadwick 

et  al. 

2005; Figure  5  and  6).  These 

studies were able to monitor the known injected 
amounts  of  CO

2

,  however,  some  aspects  of 

reservoir  structure  and  properties  remained 
imperfectly understood and thus they could not 
provide  a  unique  verification  of  complete 
reservoir  behaviour  (Chadwich 

et  al.

,  2006). 

The  Key  aspects  of  the  seismic  data  that 
constrain models of CO

migration through the 

reservoir  were  assessed  at  Sleipner  (Chadwich 

et  al.

,  2006).  These  key  aspects  of  the  seismic 

data  comprise  derivation  of  layer  thicknesses 
from 

seismic 

amplitudes 

data 

(tuning), 

topographic analysis of the reservoir top versus 
CO

-  water  contact  (static  ponding),  and 

thickness  determination  from  combinations  of 
the  amplitudes  and  the  structural  analysis 
(Chadwich 

et al.

, 2006).  Their study has shown 

that the topmost layer of the CO

plume can be 

most accurately characterized, its rate of growth 
quantified,  and  CO

flux  at  the  reservoir  top 

estimated.  Seismic  reflection  amplitude  maps 
(Figure  7)  show  how  the  topmost  layer  has 
grown  from  two  small  patches  in  1999  to  an 
accumulation  of  considerable  lateral  extent  by 
2002.  

The  volume  of  CO

within  the  topmost 

layer  was  computed  for  three  methods  of 
thickness  determination  (Table  2),  assuming  a 
mean  sand  porosity  of  0.38  with  saturations 
computed  using  a  laboratory  determined 
relationship  between  buoyancy  forces  and 
capillary  pressure.  From  the  topmost  layer 
volumes,  the  rate  at  which  CO

has  arrived  at 

the  top  of  the  reservoir  was  estimated.  Taking, 
for 

example, 

the 

amplitude-structure 

thicknesses,  an  estimated  1.8  x  10

5

 

m

3

 

of  CO

arrived  at  the  reservoir  top  between  the  1999 
and  2001  surveys,  an  average  flux  of  ~250 m

3

 

per  day.  Between  the  2001  and  2002  surveys 
~1.1  x  10

5

 

m

3

 

of  CO

arrived  at  the  reservoir 

top, an average flux of ~450 m

3

 

day

-1

. Between 

the 2002 and 2004 surveys a further ~3.1 x 10

5

 

m

of  CO

arrived  at  the  reservoir  top, 

averaging  ~400  m

3

 

day

-1

.  These  volumes 

correspond to ~3.7%, ~6.2 % and ~6.5% of the 
total  amount  of  CO

injected  during  the 

respective  periods.  The  analysis  indicates  that, 
following early and quite rapid establishment of 
flow  pathways,  mudstone  flow  properties  have 
remained 

fairly 

stable. 

This 

improves 

confidence  in  likely  caprock  stability  in  the 
presence of CO

2

, and more generally in the  

background image

 

14 

 

 

 
Figure 6

: Repeat seismic surveys and position of injected CO

2

 (Source Torp and Gale, 2004). 

 

 

 
Figure 7

: Growth of the topmost CO

2

 layer mapped through time via seismic amplitudes (circle denotes location of 

injection point), Chadwick 

et al. 

2006. 

 

 
Table 2

 Volume of CO

in topmost layer computed from three different methods (Chadwick 

et al. 

2006). 

 

________________________________________________________________________________ 
 
validity  of  longer-term  simulations  of  plume 
development (Chadwich 

et al

., 2006). 

 

8.4

 

Reservoir simulation 

 

Reservoir  simulation  was  carried  out  to 

verify  and  improve  the  seismic  and  geological 
interpretations  of  the  reservoir  around  the 

injection  site.  Moreover  to  use  the  history 
matched reservoir model of the area around the 
injection  site  to  build  a  large-scale  model  to 
predict the long-term fate of CO

2

Although  the  geophysical  interpretation 

of the seismic is non-unique, iteration between 
the  geophysical  interpretation  of  the  seismic 
reflections  attributed  to  the  injected  CO

and 

the reservoir simulations showed good matches 

background image

 

15 

between  observed  and  simulated  bubble  areas 
even if CO

solubility was completely neglected 

(Best Practice Manual, 2004). From this it was 
also  concluded  that  the  shale  layers  do  not 
disperse  large  amounts  of  CO

into  small  leak 

streams  when  it  is  transported  from  layer  to 
layer, rather it is concentrated at localised spill 
points, curtains, or holes.  

The  information  from  the  calibrated 

local  model  was  extrapolated  to  build  a  3D 
reservoir model covering an area of 128 km

2

 

to 

predict  the  fate  of  CO

over  a  time  period  of 

thousands  of  years.  The  results  of  the 
simulations  show  that  most  of  the  CO

accumulates in one bubble under the cap seal a 
few  years  after  the  injection  is  turned  off.  The 
CO

bubble spreads laterally on top of the brine 

column  and  the  migration  is  controlled  by  the 
topography of the cap seal only.  

It has been shown that diffusion of CO

from  the  gas  cap  into  the  underlying  brine 
column  will  have  a  most  pronounced  effect. 
The brine on top of the column, which becomes 
enriched in CO

2

, is denser than the brine below 

due  to  the  special  volumetric  properties  of  the 
CO

2

-brine  system.  This  creates  an  instability 

that sets up convectional currents maintaining a 
large concentration gradient near the CO

2

/brine 

interface, enhancing the dissolution of CO

2

.  

Reservoir  simulations  under  various 

scenarios  were  tested  to  predict  the  long-term 
fate  of  CO

2

  (Best  Practice  Manual,  2004).  The 

results  show  that  the  bubble  will  reach  a 
maximum  size  after  probably  less  than  300 
years.  After  this  time  dissolution  is  the 
dominating  effect  on  bubble  extension  and  the 
bubble  will  gradually  shrink  and  finally 
disappear  after  less  than  4000  years.  This 
process  is  commonly  called  solubility  trapping 
(Section  3.1).  Thus  preliminary  results  suggest 
that  in  the  long  term  (>  50  years)  the  phase 
behaviour (solubility and density dependence of 
composition)  will  become  the  controlling  fluid 
parameters at Sleipner.  

During  and  after  the  injection  of  CO

2

some  of  the  CO

can  dissolve  in the  formation 

water, some can react with the present minerals 
and  some  of  the  CO

2

  can  exists  as  a  separate 

phase  (immiscible).  Mobility  of  immiscible 
CO

2

  is  of  major  importance  for  evaluating  the 

risk of leakage. Khattri 

et al.

, 2006 studied the 

impact  of  regional  water  flow  on  the 
distribution of immiscible CO

using numerical 

modelling  of  reactive  transport  at  the  Utsira 
formation. Their analyses show that immiscible 
CO

2

  is  mobilized  due  to  buoyancy  forces,  and 

the  immiscible  CO

2

  get  carried  away  by  the 

regional  water  flow.  Regional  flow  can  thus 
dramatically  affect  the  CO

2

  distribution.  This 

hints  further  that  pressure  build  up  as  a 
consequence  of  CO

2

  injection  is  unlikely  to 

occur.  

 

8.5

 

Geochemical characterization 

 

It  is  essential  to  have  a  good 

understanding  of  the  fluid  chemistry  and 
mineralogical  composition  of  reservoir  and 
caprock  so  as  to  elucidate  their  reactivity  with 
CO

2

.  

At  the  start,  only  limited  geochemical 

baseline  data  were  available  within  the  SACS 
project.  This  necessitated  the  use  of  certain 
(logical)  assumptions  in  the  design  of  the 
experimental 

programme 

and 

in 

the 

geochemical  characterization  and  modelling 
work (Best Practice Manual, 2004). In general, 
the  Utsira  sand  showed  only  limited  reaction 
with  CO

2

.  Most  reaction  occurred  with 

carbonate  phases  (shell  fragments),  but  these 
were a minor proportion (about 3%; Table 1) of 
the  overall  solid  material.  Silicate  minerals 
showed only slow and minor reaction. Then, in 
terms of geochemical reactions, the Utsira sand 
would appear to be a good reservoir for storing 
CO

2

.  

Recent  studies  strengthen  further  these 

observations  while  assessing  the  behaviour  of 
CO

2

 

with 

the 

reservoir 

seal. 

Earlier 

observations  from  laboratory  experiments 
during  the  SACS  project  show  that  the  Utsira 
sand have revealed changes in fluid chemistry, 
associated  mainly  with  dissolution  of  primary 
minerals.  The  experiments  pressurised  by  CO

led 

to 

large 

and 

rapid 

increases 

in 

concentrations  of  Group  II  metals  (and  in 
particular Ca and Sr), as well as slow and slight 
increases 

in 

silica 

concentrations. 

This 

suggested  fast  partial  dissolution  of  carbonate 
phases,  while  dissolution  of  silicate  or 
aluminosilicate minerals was a much slower but 

background image

 

16 

real process.  Numerical modelling was used to 
interpret,  and  hence  to  better  understand  the 
laboratory 

experiments, 

based 

on 

thermodynamic,  kinetic,  flow  and  transport 
processes.  For  most  of  the major elements, the 
predicted  trends  were  in  reasonable  agrement 
with  the  experimental  observations  on  the 
Utsira sand.  

The  impact  of  CO

storage  on  the  Utsira 

reservoir  and  its  cap  rock  at  Sliepner  was 
studied using a long term coupled transport and 
geochemical modelling (Gaus 

et al. 

2006). This 

is  a  key  to  understanding  the  long  term 
geochemical impact of CO

storage. Results on 

impact of dissolved 

CO

2

 

on the cap rock after 3000 

years  at  Sleipner  shows  that 

vertical  diffusion  of 

CO

can  be  retarded  as  a  consequence  of 

geochemical 

interactions. 

The 

calculated 

porosity  change  was  found  to  be  small  and 
limited to the lower few metres of the cap rock. 
The  calculations  were  positive  with  respect  to 
the 

sealing 

efficiency 

meaning 

slight 

improvement  of  the  cap  rock  sealing  capacity. 
Moreover,  at  the  cap  rock/reservoir  interface 
minor  carbonate  dissolution  is  expected  to 
occur.  Overall  in  the  Utsira  case  geochemical 
reactions, other than dissolution of CO

with pH 

change, are unlikely to play a major role due to 
its low reservoir temperature (37°C) leading to 
very  slow  reaction  kinetics  and  little  reactive 
mineralogy.  After  a  10  000  year  simulation 
Gaus 

et  al. 

2006  concluded  that  CO

is 

completely  dissolved  in  the  formation  water 
due to carbonate dissolution and in the form of 
bicarbonate  ions.  Main  mineralogical  changes 
take  place  where  the  dense  temporary  CO

bubble  was  present  and  there  most  of  the 
carbonates dissolve.  

Caprock properties of the Nordland Shale 

recovered  from  the  15/9-A11  well,  was 
assessed  for  intergrity  at  the  Sleipner  area 
(Springe

 

and Lindgren, 2006). The results show 

that the CO

bubble spreading beneath the seal 

is  unlikely  to  enter  the  Nordland  Shale, 
implying  good  sealing  capacity.  However,  this 
conclusion  may  change  if  regional  variation  in 
grain  size  exceeds  the  range  observed  in  the 
15/9-A11 well.  

 
 
 
 

8.6

 

Geological security 

 

Geological  security  of  carbon  dioxide 

storage  depends  on  a  number  of  factors.  The 
first  and  formost  prerequisite  is  a  carefull 
storage 

site 

selection. 

At 

Sleipner, 

characterisation  of  the  reservoir  and  caprock 
was  carried  out  at  a  range  of  scales.  Available 
geological  information  show  that  extensive 
rifting  and  normal  faulting  occurred  in  the 
North  Sea  and  the  Norwegian  Sea  before  and 
during early Cenozoic (Paleogene period, 65-23 
million  years  ago).  The  Utsira  formation  was 
deposited  in  late  Middle  Miocene  (ca.20 
million  years  ago)  to  Early  Pliocene  (~13 
million years ago). Recent geological structures 
are  associated  with  mud  volcanoes  and 
intraformational  faults  and  are  more  likely  to 
affect the underlying Oligocene (ca. 36 million 
years)  sediments  (Fabriol  2001).  Microseismic 
studies show that the injection of CO

2

 in sands 

of  the  Utsira  Formation  should  not  trigger  any 
measureable microseismicity. Absence of major 
tectonic events after the deposition of the Utsira 
formation  coupled  with  the  evidence  from 
microseismic 

studies 

further 

builds 

the 

confidence  in  geological  security  of  carbon 
dioxide storage at Sleipner. Moreover, evidence 
(e.g.  reservoir  flow  modelling  and  seismic 
monitoring of the injected CO

2

) from ten years 

experience  shows  no  leakages  of  carbon 
dioxide from storage site. 

Monitoring  is  needed  primarily  to  build 

our  confidence  in  geological  security  of  CO

storage.  This  is  currently  the  principal  method 
for  assuring  that  the  CO

2

  remains  stored  and 

that  performance  predictions  can  be  verified 
and  requires  some  combination  of  models  and 
monitoring.  At  Sleipner  the  CO

injection 

process  was  monitored  using  seismic  methods 
and  this  provided  insights  into  the  geometrical 
distribution of the injected CO

2

. It also allowed 

increase  understanding  of  the  CO

2

  migration 

within  the  reservoir  and  to  make  storage 
inventory  and  verification  of  CO

2

  injection. 

This is a key tool to assess potential leakage. 

The  results  of  reserviour  simulations and 

geochemical characterization show that the CO

bubble  will  in  the  long  term  be  dissolved  with 
the  phase  behaviour  (solubility  and  density 
dependence of composition) as controlling fluid 

background image

 

17 

parameters  at  the  early  stage.  The  primary 
benefit of solubility trapping is that once CO

2

 is 

dissolved,  it  no  longer  exists  as  a  separate 
phase,  thereby  eliminating  the  buoyant  forces 
that  drive  it  upwards.  Next,  it  will  form  ionic 
species as the rock dissolves, accompanied by a 
rise  in  the  pH.  Finally,  some  fraction  may  be 
converted to stable carbonate minerals (mineral 
trapping), the most permanent and secure form 
of  geological  storage.  The  recent  studies  at 
Sleipner area strengthens further the geological 
security of carbon dioxide storage in the Utsira 
formation.  Moreover  regional  flow  can  have 
dramatic  effect  on  the  CO

2

  distribution.  This 

hints  further  that  pressure  build  up  as  a 
consequence  of  CO

2

  injection  is  unlikely  to 

occur  and  eliminating  the  prospects  of  CO

leaks.  

Evidence from oil and gas fields indicates 

that  hydrocarbons  and  other  gases  and  fluids 
including  CO

2

  can  remain  trapped  for  millions 

of years (Magoon and Dow, 1994; Bradshaw 

et 

al.

,  2005).  Carbon  dioxide  has  a  tendency  to 

remain 

in 

the 

subsurface 

(relative 

to 

hydrocarbons)  via  its  many  physicochemical 
immobilization 

mechanisms. 

World-class 

petroleum  provinces  have  storage  times  for  oil 
and  gas  of  5–100  million  years,  others for  350 
million  years,  while  some  minor  petroleum 
accumulations have been stored for up to 1400 
million  years.  However,  some  natural  traps  do 
leak,  which  reinforces  the  need  for careful site 
selection, 

characterization 

and 

injection 

practices. 

 

8.7

 

Environmental issues 

 

Carbon  dioxide  storage  in  geological 

formations is a safe way to achieve large-scale 
reductions  in  emissions.  The  dominant  safety 
concern  about  geological  storage  is  potential 
leaks that can cause potential local and regional 
environmental  hazards.  Leaks  can  either  be 
slow or rapid. Gradual and dispersed leaks will 
have  very  different  effects  than  episodic  and 
isolated  ones.  The  most  frightening  scenario 
would  be  a  large,  sudden,  catastrophic  leak. 
This  kind  of  leak  could  be  caused  by  a  well 
blowout  or  reactivation  of  earlier  unidentified 
geological  structures  due  to  for  instance 
microseismic  or  earth  quack  events.  The  most 

noteworthy  natural  example  of  a  catastrophic 
CO

2

 release was in the deep tropical Lake Nyos 

in Cameroon in 1986 in which a huge released 
CO

gas  cloud  killed  1,700  people  in  a  nearby 

village. A sudden leak also could result from a 
slow leak if the CO

2

 is temporarily confined in 

the near-surface environment and then abruptly 
released. 

CO

2

 being a nontoxic at low concentrations 

can cause asphyxiation primarily by displacing 
oxygen  at  high  concentrations.  For  large-scale 
operational CO

2

 storage projects, assuming that 

sites  are  well  selected,  designed,  operated  and 
appropriately  monitored,  the  balance  of 
available evidence suggests that it is very likely 
the fraction of stored CO

2

 retained is more than 

99%  over  the  first  1000  years,  implying  very 
negligible  risks.  However,  should  leaks  occur, 
the  possible  local  and  regional  environmental 
hazards are those described in Section 6. 

At  Sleipner  CO

2

  storage  project  it  is 

important  to  demonstrate  through  monitoring 
and  verification  procedures  to  detect  potential 
leaks  if  any.  Monitoring  technology  that  can 
measure  CO

2

  concentrations  in  and  around  a 

storage location to verify effective containment 
of  the  gas  needs  to  be  placed.  Leakage  from a 
naturally  occurring  underground  reservoir  of 
CO

2

  such  as  in  Lake  Nyos  in  Cameroon 

provides  some  perspective  on  the  potential 
environmental  impacts.  The  leaking  led  to  the 
death  of  plants,  soil  acidification,  increased 
mobility  of  heavy  metals  and  human  fatality. 
This  site  can  be  a  useful  natural  analog  for 
understanding  potential  leakage  risks,  but  it  is 
situated in a seismically active area, unlike the 
sedimentary  basins  where  engineered  CO

2

 

storage  would  take  place.  Still,  we  should  be 
wary  of  undue  optimism  and  continue  to 
question  the  safety  of  artificial  underground 
CO

2

  storage.  Given  potential  risks  and 

uncertainties,  the  implementation  of  effective 
measurement,  monitoring,  and  verification 
tools and procedures will play a critical role in 
managing 

the 

potential 

leakage 

risks. 

Continued  research  on  the  mobility  of  the 
injected  CO

2

  (and  the  risks  associated  with  its 

leakage)  should  be  high  priorities.  Risks 
associated 

with 

leakage 

from 

geologic 

reservoirs beneath the ocean floor are less than 
risks  of  leakage  from  reservoirs  under  land, 
because in the event of leakage, the dissipating 

background image

 

18 

CO

2

  would  diffuse  into  the  ocean  rather  than 

reentering  the  atmosphere. But  then  hazards  to 
marine ecosystems will be of concern. 

9  Conclusions 

 

The  security  of  carbon  dioxide  storage  in 

geological  formations  first  and  foremost 
depends  on  carefull  storage  site  selection 
followed  by  characterization  of  the  selected 
site. The Utsira Formation is well characterized 
with respect to porosity and permeability (good 
storage  capacity  and  injectivity),  mineralogy, 
bedding, depth, pressure and temperature. It is a 
very  large  aquifer  with  a  thick  and  extensive 
claystone  top  seal.  Available  geological 
information  shows  absence  of  major  tectonic 
events  after  the  deposition  of  the  Utsira 
formation.  This  implies  that  the  geological 
environment  is  tectonically  stable  and  a  site 
suitable 

for 

carbon 

dioxide 

storage. 

Microseismic  studies  suggest  that  the  injection 
of CO

2

 in sands of the Utsira Formation can not 

trigger  any  measureable  microseismicity.  This 
further  builds  the  confidence  in  geological 
security  of  carbon  dioxide  storage  at  Sleipner. 
Moreover,  evidence  from  ten  years  experience 
of carbon dioxide storage shows no leakages. 

The  Sleipner  project  is  a  commercial 

CO

2

 injection project and has demonstrated that 

CO

storage  is  both  safe  and  has  a  low 

environmental  impact.  The  work  that  has  been 
undertaken  at  Sleipner  Gas  Field  has  shown 

that the injected CO

can be monitored within a 

geological  storage  reservoir,  using  seismic 
surveying.  The  geochemical  and  reservoir 
simulation  work  have  laid  the  foundations  to 
show  how  the  CO

has  reacted  and  what  its 

long  term  fate  in  the  reservoir  will  be.  The 
injected  CO

2

  will  potentially  be  trapped 

geochemically and pressure build up as a result 
of  CO

2

  injection  is  unlikely  to  occur.  In  the 

long term solubility and density dependence of 
composition  will  become  the  controlling  fluid 
parameters  at  Sleipner.  The  solubility  trapping 
has the effect of eliminating the buoyant forces 
that  drive  CO

2

  upwards  and  through  time  can 

lead  to  mineral  trapping,  which  is  the  most 
permanent  and  secure  form  of  geological 
storage.  

The  recent  studies  at  the  Sleipner  area 

reenforce the integrity of the cap rock and there 
is  efficient  sealing  capacity.  Monitoring  and 
modelling  proved  to  be  key  tools  in 
understanding the whole reservoir performance. 
Overall,  the  study  at  the  Sleipner  area 
demonstrates  the  geological  security  of  carbon 
dioxide 

storage. 

The 

monitoring 

tools 

strengthen  the  verification  of  safe  injection  of 
CO

2

  in  the  Utsira  formation.  This  proves  that 

CO

capture  and  storage  is  technically  feasible 

and can be an effective method for greenhouse 
mitigation 

provided 

the 

site 

is 

well 

characterized and monitored properly. 
 

 

References: 

 

Bachu, 

S., 2003: Screening and ranking of sedimentary 

basins  for  sequestration  of  CO

2

  in  geological  media. 

Environmental Geology

44

(3), 277–289. 

 

Bachu, 

S.,  W.D.  Gunter  and  E.H.  Perkins,  1994: 

Aquifer  disposal  of  CO

2

:  hydrodynamic  and  mineral 

trapping, 

Energy  Conversion  and  Management

35

(4), 

269–279. 
 

Baklid

, A, Korbøl, R. and Owren, G., 1996. SPE 36600, 

Denver, Colorado, USA. 

 
Best  Practice  manual

,  2004:  S.  Holloway,  A. 

Chadwick,  E.  Lindeberg,  I.  Czernichowski-Lauriol  and 
R.  Arts  (eds.),  Saline  Aquifer  CO

2

  Storage  Project 

(SACS), 53 pp. 

 

Bradshaw, 

J.,  C.  Boreham  and  F.  la  Pedalina,  2005: 

Storage  retention  time  of  CO

2

  in  sedimentary  basins: 

Examples  from  petroleum  systems.  Proceedings  of  the 
7th  International  Conference  on  Greenhouse  Gas 
Control Technologies (GHGT-7), September 5–9, 2004, 
Vancouver, Canada, v.I, 541-550. 
 

Brennan, 

S.T.  and  R.C.  Burruss,  2003:  Specific 

Sequestration Volumes: A Useful Tool for CO

2

 Storage 

Capacity  Assessment. USGS  OFR 03-0452 available at 

http://pubs.usgs.gov/of/2003/of03-452/

 

Bøe, 

R., C. Magnus, P.T. Osmundsen and B.I. Rindstad, 

2002:  CO

2

  point  sources  and  subsurface  storage 

capacities  for  CO

2

  in  aquifers  in  Norway.  Norsk 

background image

 

19 

Geologische Undersogelske, Trondheim, Norway, NGU 
Report 2002.010, 132 pp. 

 
Chadwick

, R.A., Holloway, S., Kirby, G.A., Gregersen, 

U. & Johannessen, P.N. 2000. The Utsira Sand, Central 
North  Sea  â€“  an  assessment  of  its  potential  for  regional 
CO

2

  disposal.  Proceedings  of  the  5

th

  International 

Conference  on  Greenhouse  Gas  Control  Technologies 
(GHGT-5), Cairns, Australia, 349 â€“ 354. 

 
Chadwick, 

R.A.,  R.  Arts  and  O.  Eiken,  2005:  4D 

seismic  quantification  of  a  growing  CO

2

  plume  at 

Sleipner, North Sea. In: A.G. Dore and B. Vining (eds.), 
Petroleum  Geology:  North  West  Europe  and  Global 
Perspectives  -  Proceedings  of  the  6th  Petroleum 
Geology  Conference.  Petroleum  Geology  Conferences 
Ltd. Published by the Geological Society, London, 15pp 
(in press). 
 

Chadwick

, A., Noy, D., Lindeberg, E., Arts, R., Eiken, 

O., 

Williams, 

G., 

2006: 

Calibrating 

reservoir 

performance  with  time-lapse  seismic  monitoring  and 
flow  simulations  of  the  Sleipner  CO

2

  plume.  8

th

 

Greenhouse  Gas  Control  Technologies  conference 
(GHGT-8), Trondheim, June 2006. 
 

Chalaturnyk, 

R.  and  W.D.  Gunter,  2005:  Geological 

storage  of  CO

2

:  Time  frames,  monitoring  and 

verification.  Proceedings  of  the  7th  International 
Conference  on  Greenhouse  Gas  Control  Technologies 
(GHGT-7),  September  5–9,  2004,  Vancouver,  Canada, 
v.I, 623-632. 
 

Eidvin

, T., Rundberg, Y. & Smelror, M. 2002: Revised 

chronology  of  Neogene  sands  (Utsira  and  Skade 
Formations)  in  the  central  and  northern  North  Sea. 

In 

NGF/NPF  (eds.): Onshore-offshore relationships  on the 
North  Atlantic  Margin,  Trondheim,  13th-15th  May 
2002. Extended Abstract.  et al. 2002 

 
Eiken

,  O.,  Brevik,  I.,  Arts.  R.,  Lindeberg,  E.,  & 

Fagervik, K. 2000: Seismic monitoring of CO

2

 injected 

into  a  marine  aquifer.  SEG  Calgary  2000  International 
conference  and  70th  Annual  meeting,  Calgary,  paper 
RC-8.2. 
 

Fabriol,

  H.,  2001.  Feasibility  study  of  microseismic 

monitoring  (Task  5.8).  BRGM  Commissioned  Report 
BRGM/RP-51293-FR (Confidential).  
 

Flett, 

M.A.,  R.M.  Gurton  and  I.J.  Taggart,  2005: 

Heterogeneous  saline  formations:  Long-term  benefits 
for  geo-sequestration  of  greenhouse  gases.  Proceedings 
of the 7th International Conference on  Greenhouse Gas 
Control Technologies (GHGT-7), September 5–9, 2004, 
Vancouver, Canada, v.I, 501-510. 
 

Gale

,  J.J.et  al,  2001.  Environ.  Geoscience,  8,  3, 

September 

 
Gaus,

  I.,  Audigane,  P.,  Thibeau,  S.,  2006:  Long  term 

coupled  transport  and  geochemical  modelling  of  the 
impact of CO

2

 storage on the Utsira reservoir and its cap 

rock  at  Sleipner  (North  Sea).  8

th

  Greenhouse  Gas 

Control 

Technologies 

conference 

(GHGT-8), 

Trondheim, June 2006. 

Gregersen

,  U.,  Michelsen,  O.  &  Sørensen,  J.C.  1997: 

Stratigraphy  and  facies  distribution  of  the  Utsira 
Formation and Pliocene sequences in the northern North 
Sea. 

Marine and Petroleum Geology 14

, 893-914. 

 
Gunter, 

W.D.,  E.H.  Perkins  and  T.J.  McCann,  1993: 

Aquifer  disposal  of  CO

2

-rich  gases:  reaction  design  for 

added  capacity. 

Energy  Conversion  and  Management

34

, 941–948. 

 

Haidl

,  F.M.,  S.G.  Whittaker,  M.  Yurkowski,  L.K. 

Kreis,  C.F.  Gilboy  and  R.B.  Burke,  2005:  The 
importance of regional geological mapping in assessing 
sites  of  CO

2

  storage  within  intracratonic  basins: 

Examples  from  the  IEA  Weyburn  CO

2

  monitoring  and 

storage  project,  Proceedings  of  the  7th  International 
Conference  on  Greenhouse  Gas  Control  Technologies 
(GHGT-7),  September  5–9,  2004,  Vancouver,  Canada, 
v.I, 751-760. 
 

Holloway 

S,  Chadwick  RA,  Kirby  GA,  Pearce  JM, 

Gregersen U, Johannessen PN, Kristensen L, Zweigel P, 
Lothe A, Arts R, 2002. Final Report of SACS 1 Project. 
Saline Aquifer CO

2

 Storage: A Demonstration Project at 

the Sleipner Field. Technical report, The SACS Project. 
http://www.iku.sintef.no/projects/IK23430000/index.ht
ml. 
 

IEA,

 2005: World Energy Outlook 2004, OECD and  

International Energy Agency report, Paris, France. 
 

IPCC, 

2001a:  Climate  Change  2001  -  Mitigation.  The 

Third  Assessment  Report  of  the  Intergovernmental 
Panel  on  Climate  Change.  B.  Metz,  O.  Davidson,  R. 
Swart,  and  J.  Pan  (eds.).  Cambridge  University  Press, 
Cambridge, UK 
 

IPCC, 

2001c:  Climate  Change  2001:  the  Scientific 

Basis.  Contribution  of  Working  Group  I  to  the  Third 
Assessment  Report  of  the  Intergovernmental  Panel  on 
Climate  Change.  J.T.  Houghton,  Y.  Ding,  D.J.  Griggs, 
M.  Noguer,  P.J.  van  der  Linden,  X.  Dai,  K.  Maskell, 
and  C.A.  Johnson,  (eds.).  Cambridge  University  Press, 
Cambridge, UK. 
 

IPCC

,  2005:  IPCC  Special  Report  on  Carbon  Dioxide 

Capture and Storage. Prepared by Working Group III of 
the Intergovernmental Panel on  Climate Change [Metz, 
B., O. Davidson, H. C. de Coninck, M. Loos, and L. A. 
Meyer (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, 
United Kingdom and New York, NY, USA, 442 pp. 
 

IPCC

,  2006:  Review  of  IPCC  Special  Report  on 

Carbon Dioxide Capture and Storage (SRCCS) Gaps in 
Knowledge. Report Number: 2006/TR1, 26 pp. 
 

Khattri

,  S.  K.,  Hellevang,  H.,  Fladmark,  G.  E., 

Kvamme,  B,  2006:  Numerical  modelling  of  reactive 
transport  at  the  Utsira.  8

th

  Greenhouse  Gas  Control 

background image

 

20 

Technologies  conference  (GHGT-8),  Trondheim,  June 
2006. 
 

Kirby

 , G. A.., Chadwick , R. A. & Holloway, S . 2001. 

Depth  mapping  and  characterisation  of  the  Utsira  Sand 
Saline  Aquifer, Northern North Sea. 

British  Geological 

Survey Commissioned Report

, CR/01/218. 26pp.  

 
Korbol, 

R. and A.  Kaddour,  1994:  Sleipner  West  CO2 

disposal:  injection  of  removed  CO

2

  into  the  Utsira 

formation. 

Energy  Conversion and Management

36

(6–

9), 509–512. 

 
Kovscek, 

A.R.,  2002:  Screening  criteria  for  CO2 

storage  in  oil  reservoirs. 

Petroleum  Science  and 

Technology

20

(7–8), 841–866. 

 

Lippmann, 

M.J. and S.M. Benson, 2003: Relevance of 

underground 

natural 

gas 

storage 

to 

geologic 

sequestration  of  carbon  dioxide.  Department  of 
Energy’s 

Information 

Bridge,

http://www.osti.gov/ 

dublincore/ecd/servlets/purl/813565-m7Ve/native/ 
813565

. pdf, U.S. Government Printing Office (GPO). 

 

Magoon, 

L.B.  and  W.G.  Dow,  1994:  The  petroleum 

system. American Association of Petroleum Geologists, 

Memoir 

60

, 3–24. 

 

Pearce, 

J.M.,  S.  Holloway,  H.  Wacker,  M.K.  Nelis,  C. 

Rochelle and K. Bateman, 1996: Natural occurrences as 
analogues for the geological disposal of carbon dioxide. 

Energy  Conversion  and  Management

37

(6–8),  1123–

1128. 
 

Perry, 

K.F.,  2005:  Natural  gas  storage  industry 

experience and technology: Potential application to CO

2

 

geological storage, Carbon Dioxide Capture for Storage 
in  Deep  Geologic  Formations—Results  from  the  CO

Capture  Project,  v.  2:  Geologic  Storage  of  Carbon 
Dioxide with Monitoring and Verification, S.M. Benson 
(ed.), Elsevier Science, London, pp. 815–826. 
 

Salvi, 

S.,  F.  Quattrocchi,  M.  Angelone,  C.A.  Brunori, 

A.  Billi,  F.  Buongiorno,  F.  Doumaz,  R.  Funiciello,  M. 
Guerra,  S.  Lombardi,  G.  Mele,  L.  Pizzino  and  F. 
Salvini,  2000:  A  multidisciplinary  approach  to 
earthquake  research:  implementation  of  a  Geochemical 
Geographic  Information  System  for  the  Gargano  site, 
Southern Italy. Natural Hazard, 20(1), 255–278. 
 

Springer,

  N.  and  Lindgren,  H.,  2006:  Caprock 

properties  of  the  Nordland  Shale  recovered  from  the 
15/9-A11  well,  the  Sleipner  area..  8

th 

Greenhouse  Gas 

Control Technologies conference (GHGT-8), 
Trondheim, June 2006. 
 

Steefel 

C.  I.,  2001:  CRUNCH.  Lawrence  Livermore 

National Laboratory, Livermore, CA. 76 pp. 

Stangeland

,  A.,  Kristiansen,  B.  and  Solli,  A.  2006: 

How  to  close  the  gap  between  global  energy  demand 
and  renewable  energy  production.  Bellona  paper,  The 
Bellona Foundation, 

Oslo, Norway 

Stangeland

,  A.    2006:  CO

2

  Capture  and  Storage  â€“  A 

Strategy  to  Combat  Climate  Changes.  Bellona  paper, 
The Bellona Foundation, 

Oslo, Norway 

 
Streit

, J., A. Siggins and B. Evans, 2005: Predicting and 

monitoring  geomechanical  effects  of  CO

2

  injection, 

Carbon  Dioxide  Capture  for  Storage  in  Deep  Geologic 
Formations—Results  from  the  CO

2

  Capture  Project,  v. 

2: Geologic Storage of Carbon Dioxide with Monitoring 
and  Verification,  S.M.  Benson  (ed.),  Elsevier  Science, 
London, pp. 751–766. 
 

Studlick

,  J.R.J.,  R.D.  Shew,  G.L.  Basye  and  J.R.  Ray, 

1990:  A  giant  carbon  dioxide  accumulation  in  the 
Norphlet  Formation,  Pisgah  Anticline,  Mississippi.  In: 
Sandstone  Petroleum  Reservoirs,  J.H.  Barwis,  J.G. 
McPherson  and  J.R.J.  Studlick  (eds.),  Springer  Verlag, 
New York, 181–203. 
 

Torp

,  T.A,  Gale  J.  2004.    Demonstrating  storage  of 

CO2  in  geological  reservoirs:  The  Sleipner  and  SACS 
Projects. 

Energy

, 29:1361-1369. 

 

Watson

,  M.N.,  C.J.  Boreham  and  P.R.  Tingate,  2004: 

Carbon  dioxide  and  carbonate  elements  in  the  Otway 
Basin:  implications  for  geological  storage  of  carbon 
dioxide. 

The APPEA Journal

44

(1), 703–720. 

 

White

,  M.D.  and  M.  Oostrom,  1997:  STOMP, 

Subsurface  Transport  Over  Multiple  Phases.  Pacific 
Northwest  National  Laboratory  Report  PNNL-11218, 
Richland, WA, October 1997. 
 

Xu

,  T.,  J.A.  Apps  and  K.  Pruess,  2003:  Reactive 

geochemical  transport  simulation  to  study  mineral 
trapping  for  CO

2

  disposal  in  deep  arenaceous 

formations. 

Journal of Geophysical Research, 

108

(B2), 

2071–2084. 
 

Zweigel

,  P.  &  Lindeberg,  E.  2000:  4D  seismikk  løser 

gÃ¥ten. 

GEO 6 - 2000

, 16-18.