Preinjection Characterisation and Evaluation of CO₂ Sequestration Potential in the Haizume Formation, Niigata Basin, Japan. Geochemical Modelling of Water-Minerals-Co2 Interaction

Caractérisation avant injection et évaluation du potentiel de séquestration de CO₂ dans la formation de Haizume, bassin de Niigata, Japon. Modélisation géochimique des interactions eau-mineraux-CO₂

¹ CSIRO Petroleum
² RITE

Corresponding author: nzwingma@agric.uwa.edu.au

Abstract

The Research Institute of Innovative Technology for the Earth (RITE) is carrying out a small-scale CO₂ injection field experiment to investigate the feasibility of geological sequestration of CO₂ greenhouse gas in the south-west of Nagaoka City, Niigata Prefecture, Japan. Prior to the injection geochemical reactions caused by CO₂ injections were investigated using the geochemical modelling code (EQ3/6). The injection formation is the sedimentary marine Haizume Formation (Pleistocene) in the Uonuma Group, which is covered by a mudstone seal. The formation is mainly composed of quartz, plagioclase, feldspar, pyroxene, and clays (smectite, chlorite). The sandstone shows minor consolidation and grain size is medium to coarse sand. The total dissolved solid (TDS) of the formation water is approximately 6100 mg/l and the water contains a high Ca²⁺ (> 20% of Na⁺ concentration). The geochemical model was used for an initial adjustment of the formation water chemistry to the formation conditions and a modelling of the formation water-mineral-CO₂ reactions. The modelling results showed a high reactivity of the minerals in the CO₂ rich environment and high mineral conversion rate within the formation. At the final state, approximately 23 mol of CO₂ were taken into 1 kg of formation water and more than 90% of this was stored within carbonate minerals. In this simulation, some uncertainty is associated with the time scale and a more detailed investigation is planned and will address accurate evaluation.

Résumé

L'Institut de recherche en technologie innovante pour la terre (RITE) a réalisé une expérience à petite échelle d'injection de CO₂ dans un champ, afin d'étudier la faisabilité d'une séquestration géologique de ce gaz à effet de serre au sud-ouest de la ville de Nagaoka (préfecture de Niigata, Japon). Avant cette expérience, les réactions géochimiques résultant de l'injection ont été évaluées à l'aide du modèle géochimique EQ3/6. La formation dans laquelle la séquestration est envisagée est la formation de Haizume, dans le groupe Uonoma, constituée de dépôts sédimentaires marins d'âge pléistocène, et surmontée par une couche d'argilites. La minéralogie de la formation de Haizume est constituée par le quartz, le plagioclase, le feldspath potassique, le pyroxène et les argiles (smectites et chlorites). La taille des grains varie de moyenne à grossière. Le grès montre une faible consolidation. L'eau de formation présente une teneur en sels totaux dissous d'environ 6100 mg/l et une concentration élevée en calcium (> 20 % de la concentration de Na⁺). Le modèle géochimique a été utilisé pour ajuster la chimie initiale de l'eau de formation, puis pour modéliser les interactions entre le CO₂ injecté, l'eau de formation et les minéraux du réservoir. Les résultats indiquent une forte réactivité des minéraux en présence d'une quantité élevée de CO₂, ainsi qu'un fort taux de conversion de ce CO₂ en minéraux. À l'état final, environ 23 mol de CO₂ ont été consommées par kg d'eau, dont plus de 90 % ont été précipités sous forme de minéraux carbonatés. Ces calculs de modélisation géochimique renferment une incertitude importante en ce qui concerne les temps de réaction, qui devront être évalués de façon plus précise dans des modélisations futures.