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Comptes Rendus Géoscience
Volume 344, n° 10
pages 498-507 (octobre 2012)
Doi : 10.1016/j.crte.2012.09.002
Received : 2 July 2012 ;  accepted : 6 September 2012
Laboratory study of self-potential signals during releasing of CO2 and N2 plumes
Étude en laboratoire des signaux de potentiels spontanés lors du relargage de panaches de CO2  et de N2
 

Cristian Vieira, Alexis Maineult , Maria Zamora
Institut de physique du globe de Paris, Sorbonne Paris Cité, Université Paris Diderot, UMR 7154, CNRS, 75005 Paris, France 

Corresponding author.
Abstract

Carbon Capture Sequestration (CCS) projects require, for safety reasons, monitoring programmes focused on surveying gas leakage on the surface. Generally, these programmes include detection of chemical tracers that, once on the surface, could be associated with CO2 degassing. We take a different approach by analysing feasibility of applying electrical surface techniques, specifically Self-Potential. A laboratory-scale model, using water-sand, was built for simulating a leakage scenario being monitored with non-polarisable electrodes. Electrical potentials were measured before, during and after gas injection (CO2 and N2 ) to determine if gas leakage is detectable. Variations of settings were done for assessing how the electrical potentials changed according to size of electrodes, distance from electrodes to the gas source, and type of gas. Results indicated that a degassing event is indeed detectable on electrodes located above injection source. Although the amount of gas could not be quantified from signals, injection timespan and increasing of injection rate were identified. Even though conditions of experiments were highly controlled contrasting to those usually found at field scale, we project that Self-Potential is a promising tool for detecting CO2 leakage if electrodes are properly placed.

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Résumé

Pour des raisons de sécurité, les projets de capture et de séquestration du carbone requièrent des programmes de surveillance des fuites en surface. En général, ces programmes comprennent la détection de traceurs chimiques qui peuvent être associés au dégazage de CO2 , une fois en surface. Nous avons suivi une approche différente, en étudiant l’applicabilité de techniques électriques de surface, en particulier le Potentiel Spontané. Un dispositif de laboratoire a été construit pour simuler un scénario de fuite dans du sable saturé en eau, suivi avec des électrodes impolarisables. Les potentiels électriques ont été mesurés avant, pendant et après l’injection de gaz (CO2  et N2 ), pour déterminer si la fuite de gaz pouvait être détectée. Le dispositif a été modifié pour étudier comment les potentiels électriques varient en fonction de la taille des électrodes, de leur distance à la source et en fonction du type de gaz. Les résultats montrent que le dégazage est, dans tous les cas, détecté par les électrodes situées à l’aplomb de l’injection. Bien que le taux de gaz ne puisse pas être quantifié à partir des signaux, la durée d’injection et l’augmentation de l’injection sont identifiées. Bien que les conditions de ces expériences soient contrôlées au mieux, contrairement à celles rencontrées habituellement sur le terrain, nous pensons que le potentiel spontané est un outil prometteur pour la détection en surface des fuites de CO2 , pourvu que les électrodes soient correctement placées.

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Keywords : CO2 , Self-potential, Non-polarisable electrodes, Gas leakage detection

Mots clés : CO2 , Potentiel spontané, Électrodes impolarisables, Détection de fuites de gaz




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