Hochauflösende seismo-thermo-hydromechanische Analyse der hydraulischen Stimulation: Modellentwicklung, Validierung und Anwendung

Description: Enhanced Geothermal Systems (EGS) zielen darauf ab, die in der Erdkruste gespeicherte Wärme durch zirkulierende Flüssigkeiten zwischen Injektions- und Produktionsbohrlöchern zu extrahieren. Ideale Bedingungen finden sich typischerweise in Formationen in einer Tiefe von 2 bis 5 km, in denen die Durchflussrate für kommerzielle geothermische Anlagen nicht ausreicht und in denen die Temperaturen hoch sind (d. H. >> 100 ° C). Daher ist die Hochdruck-Flüssigkeitsinjektion, die als hydraulische Stimulation bekannt ist, eine allgemein angewandte Technik, um ein verbundenes Bruchnetzwerk zu erzeugen, das die Flüssigkeitszirkulation erleichtert. Die hydraulische Stimulation geht typischerweise mit einer induzierten Seismizität einher, die von der Öffentlichkeit wahrgenommen werden kann und sogar Schäden verursacht. Das Ziel dieses Projekts ist es, ein grundlegendes Verständnis der induzierten Seismizität in gebrochenen Gesteinen zu vermitteln, das die Fähigkeit verbessert, das seismische Risiko vorherzusagen und zu kontrollieren. Dieses Projekt geht von der Hypothese aus, dass die Seismizität gemeinsam durch die Bruchnetzgeometrie und die aktivierten thermo-hydromechanischen (THM) Prozesse in geologischen Systemen gesteuert wird. Wir werden Discrete Fracture Networks (DFN) anwenden, um die strukturellen Diskontinuitäten darzustellen und die THM-Prozesse mit hoher Auflösung zu modellieren. Dieses Projekt verwendet die Datensätze aus kleinen (Dekameter-) Stimulationsexperimenten am Grimsel-Teststandort in der Schweiz und modernste numerische Modelle, um Folgendes zu erreichen: 1) Testen Sie die Wirksamkeit hochauflösender Modelle zur Erfassung der seismische, hydraulische und mechanische Prozesse, die mit kleinen Experimenten beobachtet wurden; 2) Verknüpfung der geometrischen Attribute eines Bruchnetzwerks (wie Intensität, Konnektivität, Länge und räumliche Verteilung) mit der räumlichen, zeitlichen und Größenverteilung der induzierten Seismizität; 3) ein neuartiges Prognosemodell für die maximal mögliche Größe vorschlagen und testen, das die gemeinsamen Auswirkungen von Multiphysikprozessen berücksichtigt, die unter standortspezifischen geologischen Bedingungen und Betriebsbedingungen dominieren; 4) Bewertung der Hochskalierung der hochauflösenden DFN-Modelle im kleinen Maßstab (Dekameter), um die Experimente im Reservoir-Maßstab (Kilometer) zu simulieren. Dieses Forschungsprojekt ist neu in der Behandlung der durch Injektion induzierten Seismizität durch hochauflösende physikbasierte Modelle und hochwertige Datensätze, die aus einzigartigen In-situ-Experimenten abgeleitet wurden. Die vorgeschlagene Forschung hat erhebliche Auswirkungen auf die Förderung der Übergangspolitik hin zu einer Versorgung mit erneuerbaren Energien und trägt dazu bei, unser Wissen über die Auslösemechanismen induzierter Erdbeben zu erweitern.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Hot-Dry-Rock-Verfahren ? Schweiz ? Seismizität ? THM-Prozess ? Hydraulische Stimulation ? Erneuerbare Energie ? Hydrogeologie ? Seismik ? Mechanisches Verfahren ? Induzierte Seismizität ? Erdbebengefährdung ? Erdkruste ? Hydrochemie ? Limnologie ? Mathematisches Modell ? Paläontologie ? Prognosemodell ? Siedlungswasserwirtschaft ? Modellierung ? Forschungsprojekt ? Forstwirtschaft ? Hydrologie ? Gestein ? Integrated Water Resources Management ? Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ? Physical Geography ? Soil Sciences ? Urban Water Management ? Water Chemistry ?

Region: Hessen

Bounding boxes: 9° .. 9° x 50.55° .. 50.55°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Fachgruppe für Geowissenschaften und Geographie, Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie (Mitwirkung)
• Technische Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Geowissenschaften, Fachgebiet Ingenieurgeologie (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• University Uppsala, Department of Earth Sciences (Mitwirkung)

Time ranges: 2021-01-01 - 2025-09-12

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: High-resolution analysis of seismo-thermo-hydro-mechanical processes in fractured rocks during hydraulic stimulation: model development, validation and application
  Description: Enhanced Geothermal Systems (EGS) aim at extracting the heat stored in the earth’s crust by circulating fluids between injection and production boreholes. Ideal conditions are typically found in formations at depths between 2-5 km, where the flow rate is not sufficient for commercial geothermal plants and where temperatures are high (i.e. >>100°C). Hence, high-pressure fluid injection, known as hydraulic stimulation, is a commonly adopted technique to generate a connected fracture network that facilitates the fluid circulation. Hydraulic stimulation is typically accompanied by induced seismicity that may be felt by the public and even cause damages. The objective of this project is to provide a fundamental understanding of induced seismicity in fractured rocks that improves the ability to forecast and control the seismic risk. This project adopts the hypothesis that seismicity is jointly controlled by the fracture network geometry and the activated thermo-hydro-mechanical (THM) processes in geological systems. We will apply Discrete Fracture Networks (DFN) to represent the structural discontinuities and model the THM processes at high resolution. This project employs the datasets from recent small-scale (decameter) stimulation experiments at the Grimsel Test Site in Switzerland and state-of-the-art numerical models to achieve the following: 1) test the effectiveness of high-resolution models to capture the seismic, hydraulic and mechanical processes observed with small-scale experiments; 2) link the geometrical attributes of a fracture network (such as fracture intensity, connectivity, length and spatial distribution) to spatial, temporal and magnitude distribution of induced seismicity; 3) propose and test a novel maximum possible magnitude forecast model that regards the joint impact of multiphysics processes dominating at site-specific geological conditions and operational constraints; 4) assess upscaling of the small-scale (decameter) high-resolution DFN models to simulate the reservoir-scale (kilometer) experiments. This research project is novel in addressing the injection-induced seismicity by high-resolution physics-based models and high-quality datasets derived from unique in-situ experiments. The proposed research has significant implications to promote the transition policy towards a renewable energy supply and contributes to advancing our knowledge about the triggering mechanisms of induced earthquakes. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138913

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/456376654 (Webseite)

Status

Aktiv

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