Enhancing Geothermal Reservoirs - Modelling and Analysis of Hydraulic and Thermal Stimulation (ERiS)

Muligheten for å gjøre verdens store geotermiske energiressurser tilgjengelig for lønnsom produksjon er avhengig av evne til å konstruere gode geotermiske reservoarer. Disse fungerer som effektive varmevekslere i undergrunnen, slik at varme fra et stort volum av berggrunn kan hentes ut. Kontaktflaten mellom vannet som skal produseres til overflaten og berggrunnen er i stor grad knyttet til naturlige sprekker. Teknologi for å forbedre strømningen gjennom sprekkenettverk i geotermiske reservoar er avgjørende for å oppnå tilstrekkelig produksjon til at ressursen skal være lønnsom å utnytte i flere områder. Hydraulisk og termisk stimulering av reservoaret ved å pumpe vann ned i reservoaret ved forhøyet trykk har vist seg å være lovende teknologier. I dette prosjektet er det utviklet integrerte numeriske modellerings- og datafortolkingsverktøy for å kunne forbedre disse teknologiene. Prosjektet har studert ulike mekanismer for åpning og forplantning av sprekker i undergrunnen som følge av endringer i fluidtrykk, temperatur og spenning. I arbeidet er det benyttet matematisk modellering, numeriske simuleringer og analyse av seismiske data fra Island. Prosjektet har bidratt til utvikling og verifisering av numeriske metoder for strøm i oppsprukne media. Det er videre utviklet metoder for å simulere termo-poroelastiske medier med sprekker, inkludert deformasjon og tensil sprekkepropagering Implementering av disse metodene er inkludert i den åpne kodeplattformen PorePy, utviklet ved Universitetet i Bergen [https://github.com/pmgbergen/porepy]. Basert på simuleringsstudier ved bruk av verktøyet omtalt over, så har koblete termo-hydrauliske-mekaniske effekter i deformasjon og propagering av sprekker og forkastninger som konsekvens av fluid-injeksjon i geotermiske reservoarer blitt analysert. Prosjektet har også utviklet metodikk for simulering av forplantingen av "wing-cracks" som konsekvens av reaktiviering og deformasjon av eksisterende forkastninger. Validering av numeriske verktøy er gjort mot analytiske løsninger og eksperimentelle data. Tolkning av seismiske data fra HS Orka og ÍSOR relatert til en periode med væskeinjeksjon i et geotermisk reservoar på Reykjaneshalvøya på Island er utført, og metodikk for effektiv analyse av seismiske data er utviklet. Tolkning av lokasjon for de seismiske hendelsene er gjennomført. Sammen med informasjon som er tilgjengelig fra tidligere studier fra feltet og informasjon om strukturgeologi, er denne analysen benyttet i simuleringer av væskeinjeksjonen i reservoaret. Dette har gitt mer informasjon om mekanismer for reaktivering og deformasjon av forkastninger i reservoaret som igjen har bidratt til bedre forståelse av observasjonsdata.

- innovative methdology for modeling and analysis of hydraulic and thermal reservoir stimulation - open source software - development of several new research projects which expand and builds on scientific results from the project - strengthening of the national research competence in modeling of analysis of hydraulic and thermal stimulation of geothermal reservoirs - strengthening of interdisciplinary and intersectoral collaboration on geothermal energy research - improvement of modeling capabilities for coupled thermo-hydro-mecanical processes in porous media, relevant for a range of subsurface applications related to injection and extraction of fluids Most of the publications documenting scientific results from the project are accompanied with the related open source software to ensure transparancy in research and allow other researchers to build on the results of the project.

Unlocking the world's vast geothermal energy resources depends on our ability to engineer profitable geothermal reservoirs, characterized by high permeability corresponding to distributed contact area between mobile fluids and reservoir rock. Geothermal resources are typically situated in igneous rocks, where the permeability of the reservoir mainly is due to discrete fractures. Hydraulic and thermal stimulation to improve the permeability of the formation by fracture opening, creating an Enhanced Geothermal System (EGS), are identified as decisive technologies in future exploitation of deep geothermal energy. Improved engineering decisions in stimulation and operation of geothermal reservoirs are closely related to understanding of subsurface dynamics when different physical processes and the underlying fractured structure of the reservoir strongly interact. Integrated numerical modelling and data interpretation tools that can identify governing mechanisms and forecast reservoir response to hydraulic stimulation are in their infancy, but will be crucial in developing sustainable and commercially competitive solutions for worldwide exploitation of deep geothermal energy. In this context, the ERiS project focus on development and integration of new analysis methods on the observational microseismic data and corresponding specialized state-of-the art numerical modelling techniques. Specifically, we will devise workflows to combine operational data (injection pressure, injection volume and temperature), interpreted data like magnitudes location and source types of microseismic events, and numerical modelling of flow in and deformation of the fractured formation. Basic research into processes that are insufficiently understood, such as fracture slip and opening due to thermal effects, supplements this activity.