Multiphase Thermo-Poromechanics on Corner Point Geometry Grids using Finite Volume Method
Dit artikel stelt een eindige volumemethode voor en valideert een methode die gebruikmaakt van de Multi-Point Stress Approximation met zwakke symmetrie (MPSA-W) om geomechanica direct op industrie-standaard Corner Point Geometry-grids te berekenen, waardoor de noodzaak voor foutgevoelige gridconversies wordt geëlimineerd en de nauwkeurigheid bij het modelleren van CO2-injectiescenario's met breuken en pinch-outs wordt verbeterd.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
De aarde onder onze voeten is geen statisch podium; het is een levend, ademend systeem dat reageert op elke verandering die we eraan opleggen. Wanneer we vloeistoffen uit diepe ondergrondse reservoirs pompen om olie of gas te extraheren, of wanneer we nieuwe vloeistoffen terug injecteren, verschuiven, comprimeren en barsten de gesteentelagen soms. Deze beweging, bekend als geomechanica, is een cruciale factor in moderne energieprojecten. Als de grond onverwacht beweegt, kan dit de put beschadigen, kleine aardbevingen veroorzaken of zelfs de veiligheid van de opslag van koolstofdioxide diep onder de grond in gevaar brengen om klimaatverandering te bestrijden. Om deze bewegingen te voorspellen, bouwen wetenschappers digitale modellen van de aarde, maar deze modellen zijn slechts zo goed als de hulpmiddelen die worden gebruikt om ze te berekenen. Decennialang is het standaardhulpmiddel voor het simuleren van hoe vloeistoffen door gesteente bewegen, verschillend geweest van het hulpmiddel dat wordt gebruikt om te berekenen hoe dat gesteente vervormt. Deze mismatch heeft ingenieurs gedwongen hun digitale kaarten voortdurend te herschikken, een tijdrovend en foutgevoelig proces dat vaak de zeer eigenlijke kenmerken die ze proberen te bestuderen, zoals de grillige lijnen van ondergrondse breuklijnen, vervormt.
Een team van onderzoekers van TotalEnergies, SINTEF Digital en CHLOE heeft een nieuwe manier ontwikkeld om dit probleem op te lossen, waardoor zij de vervorming van gesteente direct op dezelfde complexe kaarten kunnen berekenen als die voor de vloeistofstroom worden gebruikt. Hun werk richt zich op een specif kind type digitale rooster genoemd Corner Point Geometry, wat de industriestandaard is voor het weergeven van de rommelige, onregelmatige realiteit van ondergrondse gesteentelagen, inclusief de scherpe hoeken van breuklijnen en de dunner wordende lagen waar gesteente verdwijnt. Traditioneel moesten ingenieurs, om te bestudelen hoe deze roosters reageren op druk- en temperatuurveranderingen, het rooster converteren naar een andere, eenvoudigere vorm die oudere computermethoden konden begrijpen. Deze conversie rekte of kneep de roostercellen vaak uit, vooral nabij breuklijnen, wat leidde tot onnauwkeurige voorspellingen. De onderzoekers stellen een nieuwe aanpak voor die deze conversie volledig overslaat door een wiskundige techniek genaamd de Multi-Point Stress Approximation te gebruiken om de krachten en bewegingen direct op het oorspronkelijke, complexe rooster te berekenen.
Het team testte deze nieuwe methode tegen gevestigde computerprogramma's die de oudere, op conversie gebaseerde aanpak gebruiken, evenals tegen bekende wiskundige oplossingen voor eenvoudige scenario's. Ze begonnen met basismodellen om te garanderen dat de nieuwe methode correct werkt op regelmatige roosters, roosters met breuklijnen en roosters waar gesteentelagen uitdunnen en verdwijnen. In deze tests produceerde de nieuwe methode resultaten die met hoge precisie overeenkwamen met de bekende oplossingen, waarbij zelfs op de meest vervormde roosters slechts minimale verschillen werden vertoond. Vervolgens gingen ze over naar meer realistische scenario's, waarbij de injectie van koud water in een heet reservoir en de injectie van koude koolstofdioxide in een uitgeput gasveld in Nederland werden gesimuleerd. In deze complexe simulaties bleef de nieuwe methode nauw aansluiten bij de traditionele software en slaagde het erin om vast te leggen hoe het gesteente reageerde op veranderingen in druk en temperatuur.
Een van de belangrijkste bevindingen was het vermogen om niet-conforme roosters te verwerken, waarbij de lagen gesteente niet perfect op één lijn liggen van de ene naar de andere kant van het model, een veelvoorkomend kenmerk in echte geologische formaties dat breuklijnen omvat. De traditionele software had moeite met deze onregelmatige vormen en vereiste vaak dat het rooster werd afgevlakt of vereenvoudigd, wat belangrijke details kon verbergen. De nieuwe methode handelde deze onregelmatigheden echter op natuurlijke wijze en produceerde resultaten die bijna identiek waren aan de referentiesoftware in gebieden waar de roosters overeenkwamen, en bood stabiele oplossingen in gebieden waar de traditionele software helemaal niet kon draaien. De onderzoekers onderzochten ook hoe nauw de vloeistofstroom en de gesteentebeweging samen berekend moeten worden. Ze ontdekten dat voor veel scenario's een eenvoudigere, stapsgewijze berekening voldoende was, wat aanzienlijke rekentijd bespaarde zonder de nauwkeurigheid op te offeren.
De studie concludeert dat deze nieuwe methode een robuust en betrouwbaar alternatief is voor de traditionele hulpmiddelen die worden gebruikt in de olie- en gasindustrie. Door ingenieurs in staat te stellen geomechanische simulaties direct op de complexe roosters uit te voeren die ze al gebruiken voor vloeistofstroom, elimineert de nieuwe aanpak de noodzaak voor risicovolle roosterconversies en vermindert het de tijd die wordt besteed aan het voorbereiden van modellen. Dit is bijzonder waardevol voor projecten met betrekking tot geologische koolstofopslag, waarbij de veilige injectie van koude koolstofdioxide in hete, diepe reservoirs een precieze voorspelling vereist van hoe het gesteente zal reageren. De onderzoekers valideerden hun werk op een echt veldmodel uit Nederland, waarmee zij aantoonden dat de methode de extreme variaties in gesteenteneigenschappen in de natuur kan verwerken, inclusief gebieden met zeer zacht gesteente en gebieden met extreem stijve zoutkoepels. Hoewel de methode een kleine discrepantie vertoonde in één specifieke, zeer onstabiele hoek van een testmodel, bevestigden de algemene resultaten dat het een helder, accuraat en efficiënt pad biedt voor het simuleren van de reactie van de aarde op industriële activiteiten.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.