Multi-scale hydro-mechanical behavior of a fracture : implications for EGS stimulation

Comportement hydro-mécanique multi-échelle d'une fracture : implications pour la stimulation EGS

Qinglin Deng (1)

1 ITES - Institut Terre Environnement Strasbourg

This research is focused on using numerical simulations to investigate the hydro-mechanical properties of a fracture at field scale as well as the hydro-mechanical responses during hydraulic stimulation. The goal is to strengthen the understanding of fractured reservoirs behavior (e.g., EGS).First, we propose a novel approach to estimate the hydraulic diffusivity of a rough fracture by solving the transient pressure diffusion equation; Then, we build a 3D model to simultaneously calculate the permeability (by solving the Navier-stokes equation in the fracture and Darcy’s flow in the porous matrix) and the normal stiffness (by imposing a stress perturbation on the top of the entire block) of a rough fracture during fracture mechanical closure and mineral precipitation; Finally, we develop a numerical model based on coupled finite element and cohesive zone method to simulate the hydraulic stimulation process (including hydraulic fracturing and hydraulic shearing) around the injection wellbore.

Cette recherche est axée sur l’utilisation de simulations numériques pour étudier les propriétés hydromé-caniques d’une fracture à l’échelle du champ ainsi que les réponses hydromécaniques pendant la stimulation hydraulique. L’objectif est de renforcer la compréhension du comportement des réservoirs fracturés (par exemple, EGS). Tout d’abord, nous proposons une nouvelle approche pour estimer la diffusivité hydraulique d’une fracture rugueuse en résolvant l’équation de diffusion de la pression transitoire. Ensuite, nous construisons un modèle 3D pour calculer simultanément la perméabilité (en résolvant l’équation de Navier-Stokes dans la fracture et l’écoulement de Darcy dans la matrice poreuse) et la rigidité normale (en imposant une perturbation de la contrainte sur le sommet du bloc entier) d’une fracture rugueuse pendant la fermeture mécanique de la fracture et la précipitation minérale ; Enfin, nous développons un modèle numérique basé sur la méthode couplée des éléments finis et des zones cohésives pour simuler le processus de stimulation hydraulique (y compris la fracturation hydraulique et le cisaillement hydraulique) autour du puits d’injection.

Mots clés: Numerical modeling; Fracture/faults; Self-affinity; Roughness; Fluid flow; Stiffness; Fracture closure; Sealing; Hydraulic stimulation; Hydro-mechanical coupling

Mots clés: Modélisation numérique; Fractures/failles; Auto-affinité; Rugosité; Écoulement de fluide; Raideur; Fermeture de fracture; Étanchéité; Stimulation hydraulique; Couplage hydro-mécanique

Domaines: Sciences de la Terre

Qinglin Deng. Multi-scale hydro-mechanical behavior of a fracture : implications for EGS stimulation. Earth Sciences. Université de Strasbourg, 2022. English. ⟨NNT : 2022STRAH010⟩. ⟨tel-04144523⟩