Reservoir Characterization for CO2 Sequestration: Assessing the Potential of the Devonian Carbonate Nisku Formation of Central Alberta Caractérisation de réservoir en vue du stockage géologique de CO2 : évaluation du potentiel offert par les carbonates dévoniens de la formation de Nisku, en Alberta central

Abstract

The Wabamun Lake area of Central Alberta, Canada includes several large CO2 point source emitters, collectively producing more than 30 Mt annually. Previous studies established that deep saline aquifers beneath the Wabamun Lake area have good potential for the large-scale injection and storage of CO2. This study reports on the characterization of the Devonian carbonate Nisku Formation for evaluation as a CO2 repository. Major challenges for characterization included sparse well and seismic data, poor quality flow tests, and few modern measurements. Wireline porosity measurements were present in only one-third of the wells, so porosity and flow capacity (permeability-thickness) were estimated using wireline electrical measurements. The Archie cementation factor appears to vary between 2 and 3, creating uncertainty when predicting porosity using the electrical measurements; however, high-porosity zones could be identified. The electrically-based flow capacity predictions showed more favorable values using a correlation with core than the relation based on drill stem and production tests. This behavior is expected, since the flow test flow capacities are less influenced by local occurrences of very permeable vuggy and moldic rocks. Facies distributions were modeled using both pixel and object methods. The object models, using dimensions obtained from satellite imaging of modern day environments, gave results that were more consistent with the geological understanding of the Nisku and showed greater large-scale connectivity than the pixel model. Predicted volumes show considerable storage capacity in the Nisku, but flow simulations suggest injection capacities are below an initial 20 Mt/year target using vertical wells. More elaborate well designs, including fracture stimulation or multi-lateral wells may allow this goal to be reached or surpassed. Plusieurs gros émetteurs de CO2, totalisant 30 Mt annuels, sont localisés dans la région du Lac Wabamun, au centre de l’Alberta (Canada). Des études antérieures ont montré le potentiel offert par les aquifères salins profonds de la région pour le stockage géologique de ce gaz et le présent article rend compte d’une caractérisation des carbonates dévoniens de la formation Nisku, en vue de réaliser un stockage de CO2. Une telle caractérisation doit surmonter plusieurs handicaps : données de puits et de sismique réflexion assez rares et dispersées, tests en forage de qualité médiocre et rareté des mesures modernes. Des diagraphies de porosité ne sont disponibles que pour un tiers des puits, de sorte qu’on a utilisé les diagraphies de résistivité pour évaluer la porosité et la transmissivité (perméabilité × épaisseur). Le facteur de cimentation d’Archie vaut entre 2 et 3, ce qui maintient une incertitude quant à l’estimation de la porosité ainsi obtenue; toutefois, on peut identifier les intervalles de forte porosité. En ce qui concerne la transmissivité, les valeurs déduites des logs sont mieux corrélées à celles provenant des mesures sur carotte qu’à celles obtenues par DST ou test de production. Un tel comportement n’est pas surprenant, car les tests sont moins sensibles à l’occurrence très locale de bancs rendus extrêmement perméables par une porosité vacuolaire (vuggy ou moldic). La distribution des faciès sédimentaires a été modélisée à l’aide de deux approches, de type “pixel” ou de type “objet”. La seconde, qui utilise des dimensions obtenues par imagerie satellitaire sur des environnements actuels, fournit des résultats plus cohérents avec la compréhension géologique que l’on a de la formation de Nisku, et se traduit par une connectivité à large échelle supérieure à celle obtenue par la méthode “pixel”. Les volumes obtenus indiquent une capacité potentielle de stockage considérable dans cette formation, toutefois les simulations hydrauliques laissent penser que l’injectivité initiale resterait inférieure à 20 Mt/an (objectif souhaité), pour les puits verticaux. Un design plus élaboré des puits d’injection, avec la prise en compte de stimulation par fracturation et/ou de puits latéraux multiples, pourrait permettre d’atteindre l’objectif d’injection indiqué.