Analiza termalnych efektów geomechanicznych wywołanych przepływami geotermalnymi

Abstract

W pracy przedstawiono analizę wpływu efektów temperaturowych na zmianę stanu naprężeń w trakcie pracy złoża geotermalnego. Cel pracy został zrealizowany przy wykorzystaniu metody efektywnego sprzężenia symulacji złożowo-termalnych i geomechanicznych jako sprzężenia hydro-termo-mechanicznego (H-T-M). W ramach tego zadania zbudowano dwa syntetyczne złożowe modele symulacyjne, model przepływowo-termalny oraz model geomechaniczny. Do przepływowego modelu symulacyjnego zaimplementowano dublet otworów: jeden otwór zatłaczający zimną wodę i drugi – wydobywający gorącą wodę. Obliczenia różnych wariantów prognoz przepływu płynów złożowych i energii cieplnej dla złoża geotermalnego realizowano przy użyciu symulatorów Eclipse i Visage pod kontrolą oprogramowania Petrel firmy Schlumberger. W wyniku sprzężonych symulacji uzyskano rozkłady zmian parametrów złożowych (ciśnienia i temperatury) oraz zmian parametrów geomechanicznych (naprężeń i odkształceń) w funkcji czasu. Otrzymane wyniki obliczeń posłużyły do analizy stanu geomechanicznego złoża geotermalnego pod wpływem zmian ciśnienia i temperatury. Dzięki temu możliwe było określenie udziałów efektów temperaturowych i efektów ciśnieniowych w zmianie tensora naprężeń. Wykonane analizy pozwoliły również na wykazanie, który z tych czynników odgrywał dominującą rolę w trakcie pozyskiwania energii geotermalnej. Analiza stanu geomechanicznego została także uzupełniona o analizę stabilności skały złożowej z użyciem diagramów koła Mohra, ze szczególnym uwzględnieniem efektów temperaturowych. Sprzężone symulacje wariantowe pozwoliły na określenie optymalnych parametrów operacyjnych pracy złoża geotermalnego. Zbadano zmienność w czasie temperatury wydobywanej wody dla każdego wariantu symulacyjnego. Skorelowano ze sobą następujące parametry operacyjne: wydajność zatłaczania/odbioru wody i temperaturę zatłaczanej wody oraz wynikowe charakterystyki procesu pozyskiwania energii geotermalnej: czas redukcji temperatury wydobywanej wody do zadanej wartości i całkowitą ilość pozyskanej energii cieplnej. Znalezione zależności pomiędzy wspomnianymi parametrami pozwoliły na optymalizację parametrów operacyjnych pod kątem pozyskania maksymalnej ilości energii cieplnej.