Simulering av sideforskyvning og propagering av sprekker under hydraulisk stimulering av geotermiske reservoarer

Varme fra jordens indre kan brukes som energikilde ved å hente opp varmt vann fra undergrunnen via brønner. Effektiv produksjon er avhengig av gode strømningsveier for vannet frem til brønnene, og i hardt fjell der mye av potensialet for slik geotermisk energi ligger, utgjør nettverk av sprekker viktige strømningsveier. For å øke potensialet til brønnene, kan vann injiseres under relativt høyt trykk i brønnene, i en prosess som kalles hydraulisk stimulering. Stimuleringen kan både bedre strømningsforholdene i eksisterende sprekker og forårsake forplantning av sprekker som gir økte forbindelser i fjellet. Dette er svært kompliserte prosesser som omfatter forplatning og deformasjon av sprekker, mekanisk deformasjon av, og væskeflyt i, fjellet, samt sterke vekselvirkninger mellom prosessene. For bedre å forstå hydraulisk stimulering, er det ønskelig å bruke numeriske simuleringer, men de koblede prosessene gjør det vanskelig å gjøre slike studier med eksisterende simuleringsteknologi. 

Denne avhandlingen utvikler nye metoder for simulering av deformasjon og forplantning av sprekker under hydraulisk stimulering. En av hovedutfordringene ved slike studier er at viktige prosesser finner sted på ulik skala i tid og rom, noe som gjør simuleringer svært kostbart. Avhandlingen presenterer et rammeverk for å simulere de enkelte prosessene hver for seg, samtidig som vekselvirkningen dem imellom blir ivaretatt: Forplantning av sprekker blir representert i lokale modeller med høy oppløsning, væskeflyt og deformasjon av fjellet på større skala er representert i grovere modeller, og tilstanden blir kommunisert mellom modellene. Simuleringene utført i denne avhandlingen bidrar til å forbedre vår forståelse av prosessene som ligger bak hydraulisk stimulering.

Personalia

Hau Dang er en Ph.D kandidat ved Matematisk Institutt, Universitet i Bergen. Han har en bachelorgrad i matematikk og en mastergrad i mekanikk. Hans akademiske interesser er numerisk analyse, bruddmekanikk, strømningsteknikk, erosjon, termisk analyse og multifysikk-interaksjon.