Gemma Church调查了模拟和建模如何降解地热能源资源的检测和提取。本文于2016年12月/ 2017年1月发布的科学计算世界,挖地热

Gemma Church调查了模拟和建模如何使地热能源资源的检测和提取

地热部门是不断增长的可再生能源行业内积极研究的热门话题。然而,地热资源的检测和提取包含许多复杂性,而仿真和建模有助于解决这些挑战中的一些挑战,仍然存在克服。

近来,这些挑战在很大程度上得到了多体性模拟,它与地热资源检测的多体学位与浅层到深度地下水平匹配。

例如,仿真和建模有助于降低该部门的高勘探和高投资成本,并减轻地热项目提取和钻井/刺激阶段的失效风险。仿真和建模通过改善资源评估和预测,优化提取技术和技术以及减轻环境影响,实现了这一点。

地震解释往往是在地热石油或天然气勘探中发生的第一个模拟,作为Rick Watkins,Altair的区域经理(从根本上解释),它是逆向工程通过地下岩石行驶的波浪的行为。波浪由地面/水表面上的缩渣产生,并且它们的反射被传感器捕获。

有一些商业代码(Seisspace Promax和地标是两个主导球员),但除了运营商之外,还有许多个人地震加工公司,具有他们自己的专有解释代码。Watkins说:'对于这些应用程序,建模工具用于解释模拟产生的东西,而不是另外的方式。在该过程中在此步骤生成的模型中可能存在大量可变性。运营这些应用程序的公司和团体往往是由于该操作的可扩展性的高性能计算(HPC)高度投资。“

“因此,与HPC工作负载管理系统的集成,例如Altair的PBS Works Suite,对模拟的整体性能非常重要。作为混合和云计算变得更加普遍,大大放大了实现远程可视化,作业提交和云管理的集成的好处,因为模拟器能够在需要时访问大量计算(只要输入数据can be provided to the data centre economically),’ he added.

这种能力将模拟与调查潜在地热场所所需的计算能力联系起来,然后使用进一步的建模来优化这些资源的提取,打开了在该领域的更具成本和时间有效地热能生产的大门。

水力压裂

液压压裂,更常见的是压裂,是一种增加来自某些类型的地质结构的油和气体的生产。该过程涉及钻入岩石并注射高压水,砂和化学混合物,以释放在页岩岩石内部的油或气体。

虽然这个过程很容易描述,所涉及的机制更加复杂。Andy Cai,COMSOL的应用工程师解释说:'当涉及的压裂性质时,当涉及的压裂性质时,许多公司和研究人员已经转向多境地模拟以研究这种现象。需要耦合流体流动,传热,结构力学以及声学。

模拟常常作为这一领域的分析基础,因为所涉及的物理结构位于地表以下数百或数千米,这使得它们难以在现实世界环境中进行测试。蔡说:“在建立了模型的物理性质、边界条件和网格之后,分析就可以开始了。”可以在模拟过程中确定效率和能量通量等提取测量值,也可以通过模拟后的后处理来确定。”

在调查潜在的压裂网站时,地球物理学家通过检测和分析地震活动等地震活动的声波来表征地下地层。虽然声波可以长距离行驶,但它们不提供关于地层性质所需的细节水平,或者跟踪通过形成行进的水(称为孔隙水)。科罗拉多矿山学院的研究表明,与地震活动相关的电磁干扰可以提供这种缺失的信息。然而,电磁波不会像声波那样传播,因此由多麦体验模拟补充的理论模型和实验室实验可以识别和跟踪孔隙水。

科罗拉多省矿山学院的团队创建了一个系统来通过研究这些电磁干扰来定位浮动液体。它们通过将COMSOL Multiphysics和Matlab连接模拟压裂事件和产生的合成地震图和电子图。该研究涉及物理实验,其中将盐水在高压下泵入液压骨折多孔水泥立方体中。

潜在的物理学(例如流体机械方程)在软件中定义很好,因此不需要耗时的计算。该团队可以迭代并开发一种方法来跟踪地下流体流动以更好地图和了解地下地层和动态。这里的一个明显的应用是跟踪该油和气体提取技术中使用的压裂流体。

不仅是一个良好的基准数字模型,如这种基准数值模型,如此会降低现场规划,开发和监控的前期成本,您还可以在计算机上以更短的时间刻度运行测试,而不是在现场实验中进行to Cai, who added: ‘The results of the simulation are also a great resource for marketing and collaboration, as one can compare all historical data with ongoing project metrics and predict the output of the next stage in a single model and platform.’

压裂提取

在压裂期间,有许多复杂的阶段可以安全地和成功地从地球表面中提取油和气体。这些包括:钻出可用的钻孔,从地下储存器提供导管到表面,从储存器到表面的流体流动并处理废物的处理,例如将无法治疗的流体重新进入地球表面。WG万博手机app源码

为了准确地模拟这一系列关键因素,埃克森美孚使用的达索系统的Sumulia应用程序使用两种先进的有限元方法开发用于液压骨折生长的完全耦合配方。

开发了一种粘结区法(CZM),其中断裂轨迹限制在平面上,并且还开发了延长的有限元方法(XFEM),其中裂缝轨迹完全取决于依赖性。在ABAQUS申请中也实施了其他型号,以考虑软岩中看到的无弹性变形。

然后埃克森美孚随后使用了Sumulia,与其内部实验功能一起,创建了岩石中受控水力压裂的许多不同方面的2D和3D模型。这有助于埃克森美孚管理和减轻与钻入地球表面相关的风险。它还帮助埃克森美孚开发了恢复方案,以使生产更经济。埃克森美孚的首席地下工程师布鲁斯戴尔说:“在未来几十年中,世界将需要以安全,安全,价格实惠和环保负责的方式扩大能源供应。3D仿真通过建立在21世纪提供能源的基础上进行创新解决方案。万博体育倒闭

可视化网站

随着埃克森美孚案例研究表明,可视化是地热部门中的重要工具,因为它允许工程师理解,调查和优化无法访问的位点,可能是地球表面下几公里。

地球物理勘探公司进行了去文集团专业从事网站选择,针对电力发电定位地热源。本集团使用宽带磁幂(BMT)和低频磁通刷(LMT)仪器进行电阻率成像调查,以将地球表面景观图像图像以了解可能驾驶地热源的底层构造。

Dewwurst Group最近调查了新墨西哥州Jemez的网站。在勘探项目的第一阶段,本集团收集了关于调查位置的信息,涉及从150个站收集的数据超过约37公里。

然后,该组使用Golden软件Voxler应用程序分析和建模这些结果,以生成所有1D,2D和3D反转结果的3D渲染。万博手机版官网网址然后集成了该模型的集合以产生地球表面的电阻率成像模型,其在Jemez的普韦布洛地区的图1中示出。

Dewhurst Group调查了潜在地热网站,并在Voxler中显示了Voxler,3D地球科学建模程序

图1:地下电阻率的3D图像
Jemez的Pueblo。红色显示电阻率低的区域
与地热改变的帽岩或浓度相关联
地热盐水。目标区域显示在1800米的深度
“X”表示要钻孔的地点。

这些可视化工具有助于定位最佳钻井深度和目标位置。后来通过随后的勘探努力确认电阻率结果,包括地震调查。Blakelee Mills,Golden S万博手机版官网网址oftware CEO表示:“无论是绘制地热面积,绘制估计的地热产量,或建模地下地区,我们的工具有助于更全面地了解手头的数据。”

建模和仿真提供了一个重要的链接,以研究地球表面下存在的地热资源,没有研究团队,展现昂贵且潜在,危险的实验,以寻找和提取这些急需的资源。

下一阶段是提供与现场团队的进一步链接,以带来这些模拟和建模过程,在那里,所以工程师可以在没有必要返回研究科学家的情况下进行智能的现场决策。

例如,可以通过使用COMSOL Multiphysics建模并部署了COMSOL服务器的本地安装来构建仿真应用程序,可以通过Web浏览器访问。然后,该字段中的工程师可以连接和运行应用程序以根据仿真结果进行决策。“与现场工作的数值模拟集成非常有前途,并且仍然需要更用户友好的工具来实现,这将导致更智能的自适应工具来检测和提取能源,”CAI添加。

在过去的几十年中,模拟和建模软件的多体性性质已经反映了地热检测和提取的多体性性质,以优化这些过程并保持行业的发展。

在类似的静脉中,该软件现在需要从可访问性角度发展并匹配地热能扇区的需求。为了允许从世界上最无法访问的地区的持续检测和提取资源,所有用户必须可以访问模拟和建模,无论其专业知识还是物理位置。

换句话说,地热仿真工具的现代化是优化这一领域的下一步,并确保其持续成功以满足世界不断增长的能源需求。

超出预期

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