Fracture propagation in rocks during hydro-fracturing process - experiments and discrete element method coupled with fluid flow and heat transport - Project - MOST Wiedzy

Search

Fracture propagation in rocks during hydro-fracturing process - experiments and discrete element method coupled with fluid flow and heat transport

Celem 3-letniego doświadczalno-teoretycznego projektu jest: a) wyjaśnienie mechanizmu powstawania i propagacji szczelin w skałach w procesie hydroszczelinowania (działania płynu szczelinującego pod wysokim ciśnieniem) oraz b) opisanie go stosując nowoczesny model matematyczny oparty na metodzie elementów dyskretnych (DEM), łączący mechanikę ciał nieciągłych z mechaniką płynu oraz transportem ciepła w warunkach 3D. Z uwagi na fakt, że proces hydroszczelinowania silnie zależy od niejednorodnej struktury skał, metoda elementów dyskretnych jest odpowiednim narzędziem numerycznym do badań tego procesu na poziomie mezoskopowym. Zostanie zastosowana obliczeniowa dynamika płynów (CFD) do rozwiązania równań Naviera-Stokes w ramach mechaniki płynu. Obliczenia zostaną wykonane dla dwu-fazowego (faza ciekła i gazowa) laminarnego i turbulentnego przepływu nieściśliwego płynu z uwzględnieniem transportu masy, pędu i ciepła w istniejących i nowo-powstających szczelinach skał. Własności mechaniczne skał oraz przepływ płynu i ciepła w matrycy skalnej zostaną zbadane laboratoryjnie na próbkach skał i sztucznego materiału skalnego złożonego z kul. Badania nasze są innowacyjne w skali światowej z uwagi na szeroki zakres wzajemnie uzupełniających się doświadczeń i symulacji numerycznych, wykorzystujących najnowsze narzędzia pomiarowe (mikrotomograf komputerowy) i obliczeniowe (połączony model DEM/CFD sprzęgający mechanikę ciała nieciągłego z mechaniką płynu i transportem ciepła na poziomie mezo-struktury skał). W wyniku naszych badań zostanie znacznie poszerzona wiedza o mechanizmie powstawania i propagacji szczelin w skałach w trakcie hydroszczelinowania poprzez uwzględnienie sprzężonych efektów mechaniczno-hydrauliczno-cieplnych na poziomie mezo-skali skał. Uzyskane informacje na poziomie mezoskopowym będą pomocne w stworzeniu wiarygodnego makroskopowego modelu fenomenologicznego do opisu procesu hydroszczelinowania w skałach w dużej skali. Wykonane badania o charakterze podstawowym umożliwią budowę narzędzi do badań stosowanych, które pozwolą w przyszłości na praktyczne zastosowania naszego modelu do oceny wydajności wydobycia gazu i ropy ze skał oraz ciepła ze źródeł geotermalnych.

Details

Project's acronym:
OPUS
Project's funding:
OPUS
Agreement:
UMO-2018/29/B/ST8/00255 UMO-2018/29/B/ST8/00255 z dnia 2019-02-04
Realisation period:
2019-02-04 - 2022-02-03
Project manager:
prof. dr hab. inż. Jacek Tejchman
Realised in:
Department of Building Structures and Material Engineering
Request type:
Krajowy Program Badawczy
Domestic:
Domestic project
Verification:
Gdańsk University of Technology

seen 18 times