Kontinuums-Diskontinuum-Analyse der Permeabilitätssteigerung von Schiefer mit überkritischem CO2-Frakturieren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt fokusiert sich auf Untersuchung der Kluftpermeabilität, welche für die Anwendungsbereiche wie z.B. Tiefengeothermie, CO2-Sequestrierung und stimulierte Risserzeugung (Fracking) von großer Bedeutung ist. Der wichtigste Beitrag bei der Bestimmung der Kluftpermeabilität sowohl für Darcy- als auch für Forchheimer-Strömungsregime wird von der Kluftöffnungsweite (Apertur) geleistet. Im klassischen Ansatz wird die Kluftapertur vertikal berechnet, was bei geneigten und rauen Kluftoberflächen zur deutlichen Überschätzung der tatsächlichen Apertur führt. Wir schlagen dafür eine andere Methode vor, die auf dem Prinzip von minimaler Distanz bzw. Hausdorff-Distanz basiert und eine erheblich bessere Abbildung der Aperturverteilung liefert. Im fluiddynamischen Teil des Projekts werden die CFD-Simulationen anhand der aus den 3D-Scans erzeugten Modellen durchgeführt. Es werden Kluftfluide wie Wasser, gasförmiges, flüssiges und superkritisches CO2 in Betracht gezogen. Die im Untergrund herrschenden in-situ Verhältnisse (Temperatur und Druck) sollen dabei berücksichtigt werden, da die Viskosität aller Fluide (inkl. Wasser) davon stark abhängig ist, sodass Prognosen die unter üblichen Laborbedingungen (20 ◦C, 1013.25 hPa) erhalten werden, zu erheblichen Abweichungen führen können. Letztendlich wird auch die negative Auswirkung der Turbulenz auf die Kluftpermeabilität untersucht. Die CFD Simulationen (2D und 3D) wurden mittels des opensource tools OPENFOAM auf dem Rechencluster der TU Bergakademie Freiberg durchgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2021). Hausdorff distance as a 3D fracture aperture metric. Rock Mechanics & Rock Engineering 54, 2355–2367
Finenko, M. and Konietzky, H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00603-021-02367-5)
