Academic literature on the topic 'Reservoir geothermique'

Application de la thermochimie des equilibres pour la modelisation des conditions de formation du fluide dans les reservoirs hydrothermaux. L'etude de la phase gazeuse a la centrale de lardarello (italie) a permis d'etalonner le geothermometre gazeux (co-co::(2)/h::(2)o). Le monoxyde de carbone a ete preleve et analyse par des techniques specifiques. On estime la temperature du reservoir de la solfatara de pouzzoles a 550 k en utilisant le geothermometre gazeux. La modelisation thermodynamique permet de determiner les mecanismes de generation des aerosols d'arsenic dans les fumerolles

Plusieurs essais de tracages chimiques ont ete effectues sur le site geothermique du mayet de montagne (allier, france). La mise en uvre d'un traceur conservatif, l'iodure, a permis le suivi de l'evolution des proprietes hydrodynamiques de l'echangeur fracture. Un multitracage effectue a l'aide de tracerus chimiquement reactifs a montre la differenciation geochimique subie par les traceurs peut etre exploite comme une mesure de la surface d'echange thermique du milieu fracture. Pour atteindre cet objectif, on doit connaitre d'une part la relation entre la surface d'echange thermique du milieu et sa surface d'echange chimique, et d'autre part savoir decrire quantitativement le comportement des traceurs vis-a-vis des reactions de partage solution/solide. Ce deuxieme aspect a ete developpe du double point de vue de la chimie en solution des lanthanides et des reactions de sorption. Les donnees thermodynamiques des complexes en solution ont ete collectees et critiquees, des donnees experimentales de sorption des lanthanides sur des oxydes ont ete obtenues et interpretees dans le cadre des modeles de complexation de surface. Le programme en elements finis trio-ef a ete enrichi d'un module de calcul d'equilibres chimiques et d'un algorithme specifique permettant la realisation de calculs couples chimie-transport. Les premiers resultats de validation ont ete obtenus, l'exploitation de cet outil permettra de mieux comprendre et de mieux predire le comportement des traceurs reactifs et de progresser dans la conception des tracages

L'homogeneisation des structures periodiques permet d'apprehender les proprietes macroscopiques de transport d'un milieu poreux a partir de la connaissance des mecanismes intervenant a l'echelle microscopique. Le but de nos recherches est de developper, par la methode des developpements asymptotiques, des modeles mathematiques macroscopiques sur la base d'equations ecrites a l'echelle microscopique. La premiere etude est consacree a l'examen des problemes d'erosion-deposition dans les gres-argileux et qui se traduit par une chute importante de la permeabilite des roches geothermiques. L'application de la methode des developpements asymptotiques a l'echelle du pore permet alors de distinguer quatre modeles macroscopiques predictifs de l'endommagement de la formation. Cette etude a permis notamment d'identifier deux nouveaux tenseurs macroscopiques lies a la dispersion-deposition et a la dispersion-erosion dans le milieu poreux. Contrairement aux modeles classiques, l'erosion apparait dans les regions ou l'ecoulement est le plus intense, tandis que la redeposition a lieu dans les zones ou les courants sont les plus faibles. Dans la derniere partie, l'accent est porte sur les aspects hydro-thermiques concomitants et en particulier sur les mecanismes d'evaporation-condensation qui conditionnent les transferts d'eau en phase vapeur. L'utilisation de la meme technique permet alors de decrire le comportement d'un systeme hydrothermal dans son ensemble. Outre les coefficients effectifs, l'etude a permis de distinguer quatre comportements macroscopiques pour le transfert de masse en phase vapeur, couples a une equation macroscopique de la chaleur. On montre que les termes convectifs sont ponderes a l'echelle du milieu homogeneise par deux nouveaux coefficients de resistance de nature tensorielle. Retenons enfin, que la technique employee permet aussi de discerner tous les cas non homogeneisables pour lesquels il n'y a pas de continu equivalent au milieu poreux.

Dans le concept de geothermie roches chaudes seches, la stimulation hydraulique consiste a injecter un fluide dans un forage dans le but d'ameliorer la permeabilite de la roche par fracturation hydraulique ; les reservoirs geothermiques rsc etant peu ou pas du tout permeables. Les injections induisent une microsismicite locale dont les evenements sismiques correspondants sont enregistres par un reseau sismologique situe au-dessus de leur zone d'occurrence. L'etude de cette sismicite par methode tomographique nous a permis de determiner le champ de vitesses du reservoir et d'avoir une information sur sa structure. Nous avons developpe une methode composee d'une inversion iterative des temps de parcours suivie d'une amelioration de la localisation des hypocentres par modelisations directes successives. Testee sur des donnees artificielles, la methode a donne des resultats entierement satisfaisants avant d'etre utilisee sur deux sites geothermiques avec des donnees reelles. Sur ces cas, les resultats obtenus sont tout a fait en accord avec les donnees geologiques. Enfin, l'apport du krigeage multidimensionnel a ete de donner une meilleure estimation des vitesses dans les zones peu eclairees par le dispositif hypocentre-station. L'etude du variogramme a precise la variabilite spatiale des vitesses sismiques

En France métropolitaine, les projets de géothermie haute température pour la production d’électricité sont principalement localisés dans le socle des fossés d’effondrement liés à la mise en place du Rift Ouest Européen. Le socle de ces fossés a été étudié sur deux analogues à l’affleurement sur les épaules du rift : les Vosges du Nord pour le fossé Rhénan et la bordure Est du Massif central pour la fosse de Valence. Cette étude a permis de montrer que le réseau de failles s’organise selon trois ordres de grandeurs de longueurs et d’espacements caractéristiques qui individualisent des blocs structuraux. Les orientations et l’espacement des failles formant ces blocs et la présence ou l’absence de certains ordres de grandeurs sont le résultat de l’héritage anté-rift du socle, ainsi que du mécanisme d’ouverture du bassin. Le potentiel réservoir des formations de socle et de la couverture surincombante a été analysé au regard de ces zones de failles et de l’altération supergène qui affecte le toit du socle. Ainsi, les lithologies potentiellement rencontrées en base des fossés ont pu être classées en fonction du potentiel de développement de porosité et de perméabilité matricielle dans les cœurs de failles, les zones endommagées et le réseau pervasif de fractures dans le protolithe. L’évolution de la fracturation dans les zones de failles a également pu être appréhendé, et une méthodologie de modélisation double milieu a été élaborée pour caractériser la porosité et la perméabilité de fractures et modéliser le fonctionnement d’un doublet géothermique dans une faille synthéthique équivalente aux cibles des projets géothermiques
High temperature geothermal projects for electricity production are in France mostly localized in the basement of basins linked to the West European Rifting event. The basement of theses basins have been studied on two outcrop analogues at the shoulders of the rift: the Northern Vosges mountains for the Upper Rhine Graben and the Eastern border of the Massif central for the Valence Graben. This study has shown that the fault network is organized in three orders of size with characteristic length and spacing, and that form characteristic structural blocks. The orientation and spacing of these faults and the presence or absence of some size orders are the result of structural inheritance of the basement and the mechanism of the basin opening. The reservoir potential of the basement rocks and the surrounding sedimentary cover has been analysed in light of the fault zones structure and the weathered layer at the top of the basement. Thus, the basement rocks of the basins has been classified in light of the potential of matrix porosity and permeability development in the fault core, the damaged zone and the fractured protolith. The evolution of the fracture network in the fault zone has been studied too, with the development of a double-porosity model in order to characterize the fracture porosity and permeability, and therefore simulate the working of a geothermal doublet in a synthethic fault zone analogue of the geothermal drilling targets

Die Rotliegend-Vulkanite aus dem Norddeutschen Becken (NDB) sind in jüngster Zeit stärker in den Fokus geothermischer Betrachtung gerückt. Ein wichtiger Meilenstein war das Forschungsprojekt Groß Schönebeck, bei dem wider Erwarten die Vulkanite als sekundärer Zielhorizont die besten Voraussetzungen für eine geothermische Erschließung boten. Über die hydraulisch/mechanischen Eigenschaften der Vulkanite im Untergrund ist jedoch kaum etwas bekannt und auch die Oberflächenäquivalente sind hinsichtlich geothermisch relevanter Parameter weitgehend unerforscht. Aus den positiven Erfahrungen des Standorts Schönebeck entstand die Motivation einer umfangreichen Analyse der Rotliegend-Vulkanite mit Blick auf eine tiefengeothermische Nutzung. Es wurden thermische, felsmechanische und petrophysikalische Untersuchungen von sieben Oberflächenäquivalenten durchgeführt; drei der Oberflächengesteine sowie zwei Tiefenbohrungen wurden ferner hinsichtlich auftretender Kluftmuster analysiert. Die Daten fungieren als Eingangsparameter für hydraulische sowie hydromechanische numerische Modellierungen zur Potenzialabschätzung und zum Prozessverständnis. Die thermische Analyse der Gesteine ergab eine hohe Wärmeleitfähigkeit für die quarzreichen und dichten Vulkanitvarietäten. Durch die Wärmekapazität und die Reservoirtemperatur wurde das technische Strompotenzial für die Eruptionsstadien ermittelt. Das größte Potenzial liegt im explosiven Ignimbritstadium und im Post-Ignimbritstadium und wird auf einen Wert geschätzt, der allein dem 20-fachen des deutschen Jahresstromverbrauchs entspricht. Regional betrachtet ist das größte Potenzial bei Standortwahl im zentralen östlichen NDB zu erwarten. Die untersuchten Vulkanite sind überwiegend dicht und erfordern Stimulationsmaßnahmen für eine erfolgreiche Erschließung. Auch die stärker porösen Tuffe erreichen nicht die erforderliche Matrixpermeabilität für einen Porenleiter. Triaxiale Druckversuche unter in-situ Spannungsbedingungen haben jedoch gezeigt, dass es nur bedingt möglich ist, Risse im intakten Gestein zu erzeugen. Man ist folglich auf eine gestörte Kruste, also Klüfte im Gestein angewiesen. Sowohl die Oberflächengesteine als auch die Vulkanite im Untergrund sind nachweislich geklüftet. Das tektonische Grundmuster beschreibt Klüfte, die NW-SE bis NNW-SSE sowie NE-SW bis NNE-SSW orientiert sind und dabei steil einfallen. Die Scherfestigkeitskriterien der Kluftflächen liegen deutlich unterhalb derer für das intakte Gestein, so dass die Bedingung für eine Aktivierung der Klüfte im Spannungsfeld des NDB positiv bewertet wird. Die Kluftdaten wurden zum Zwecke numerischer Modellierungen in diskrete Kluftnetzwerkmodelle überführt. Hydraulische Modellierungen ergaben eine bevorzugte Fließrichtung in NW-SE. Die mit der Tiefe zunehmende Kluftschließung führt zu einer Durchlässigkeit, die für eine geothermische Nutzung nicht ausreichend ist, das Gestein muss hydraulisch stimuliert werden. Eine Stimulation der Kluftflächen zur Steigerung der Fließrate wurde mittels hydromechanischer Modellierungen erfolgreich dargestellt. Die wichtigsten Kriterien für eine erfolgreiche Stimulation sind die Geometrie des Kluftsystems und die Orientierung des Spannungsfelds. Aufgrund der überwiegend vertikalen Kluftflächen im Vulkanit und der hohen Vertikalspannung im tiefengeothermischen Reservoir wird eine Erschließung über das Multiriss-Konzept empfohlen. Durch den in der vorliegenden Arbeit dargestellten methodischen Ansatz kann mittels repräsentativer Eingangsparameter für einen Standort entsprechend der notwendige Injektionsdruck sowie die Art und Intensität der Verformung der Kluftflächen für eine hydraulische Stimulation prognostiziert werden.

Die oberflächennahe Geothermie mit Wärmepumpen ist Stand der Technik und in der Schweiz bereits stark verbreitet. Im künftigen Energiesystem soll zusätzlich die mitteltiefe bis tiefe Geothermie (1–6 km) eine wichtige Rolle spielen. Im Vordergrund steht die Lieferung von Wärme für Gebäude und industrielle Prozesse. Diese Form der Erdwärmenutzung setzt einen gut durchlässigen Untergrund voraus, damit ein Fluid – in der Regel Wasser – die natürlich vorhandene Gesteinswärme übernehmen und an die Oberfläche transportieren kann. Bei Sedimentgesteinen ist dies meist von Natur aus gegeben, wogegen bei Graniten und Gneisen die Durchlässigkeit mittels Einpressen von Wasser künstlich herbeigeführt werden muss. Die so gewonnene Wärme nimmt mit zunehmender Bohrtiefe zu: In 1 km Tiefe liegt die Untergrundtemperatur bei ca. 40 °C und in 3 km Tiefe bei ca. 100 °C. Um eine Dampfturbine für die Stromproduktion anzutreiben, sind Temperaturen von über 100 °C notwendig. Da dafür grössere Tiefen von 3 bis 6 km erforderlich sind, steigt auch das Risiko der durch die Bohrungen induzierten Seismizität. Der Untergrund eignet sich ausserdem auch zur Speicherung von Wärme und Gasen, zum Beispiel Wasserstoff oder Methan, sowie zur definitiven Einlagerung von CO2. Dazu muss er ähnliche Voraussetzungen erfüllen wie bei der Wärmegewinnung, zusätzlich ist jedoch eine über dem Reservoir liegende dichte Deckschicht erforderlich, damit das Gas nicht entweichen kann. Im Verbundprojekt «Wasserkraft und Geothermie» des NFP «Energie» wurde vor allem der Frage nachgegangen, wo sich in der Schweiz geeignete Bodenschichten finden, die die Anforderungen der verschiedenen Nutzungen optimal erfüllen. Ein zweiter Forschungsschwerpunkt betraf Massnahmen zur Reduktion der durch Tiefenbohrungen induzierten Seismizität und der daraus folgenden Schäden an Bauten. Im Weiteren wurden Modelle und Simulationen entwickelt, die zu einem besseren Verständnis der Vorgänge im Untergrund bei der Erschliessung und Nutzung der geothermischen Ressourcen beitragen. Zusammengefasst zeigen die Forschungsergebnisse, dass in der Schweiz gute Voraussetzungen vorhanden sind für die Nutzung der mitteltiefen Erdwärme (1–3 km), sowohl für den Gebäudepark als auch für industrielle Prozesse. Auch in Bezug auf die saisonale Speicherung von Wärme und Gasen ist Optimismus angebracht. Die Potenziale für die definitive Einlagerung von CO2 in relevanten Mengen sind demgegenüber als eher limitiert zu bezeichnen. Hinsichtlich der Stromproduktion aus Erdwärme mittels der tiefen Geothermie (> 3 km) besteht noch keine abschliessende Gewissheit, wie gross das wirtschaftlich nutzbare Potenzial im Untergrund wirklich ist. Diesbezüglich sind dringend industriell betriebene Demonstrationsanlagen notwendig, um die Akzeptanz bei der Bevölkerung und bei Investoren zu stärken.