Role of temperature change in micro seismic activity during fluid injections in faulted and fractured zones. Part 1 : Updating the thermal modelling in a DFN model using a double media approach
Résumé
L'exploitation de l'énergie géothermique des zones de socles ou de failles pour la production d'électricité fait l'objet de nombreux programmes de recherches en Europe en particulier (site de Soultz sous Forêts en France, Bâle en Suisse) avec la création de quelques sites pilotes opérationnels (Landau, Allemagne). Ces projets ont des caractéristiques communes, en particulier la nécessité d'améliorer les performances hydrauliques du réservoir, pour pouvoir atteindre une productivité économique, et aussi la nécessité de ré-injecter à basse température le fluide produit après passage dans les échangeurs de surfaces. Le succès de la première étape, optimisation du réservoir, dépend de la compréhension des interactions hydrauliques-mécaniques qui se développent pendant les phases de stimulation et (re-)fracturation du système naturel, et qui sont en partie contrôlées par le contexte tectonique local. Cette étape est cruciale. Des micro-seismes de trop fortes magnitudes ont été induits à Bâle et le projet est définitivement arrété. L'évolution à long terme du dispositif dépendra davantage du comportement thermique de la boucle géothermale. Nous savons que la présence de fluides dans les réseaux poreux des roches et la circulation des fluides à plus grande échelle (failles) contrôle le champ de température dans les premiers kilomètres de la croûte. Notre but est d'anticiper sur l'impact que pourrait avoir le refroidissement du à une circulation fluide imposée le long de fractures (convection forcée) dans le cadre d'une mise en exploitation géothermique d'une portion de faille avec re-injection froide. Le sujet consistera donc en une modélisation des échanges thermiques entre la roche et le fluide injecté afin de coupler l'évolution thermique du système au comportement hydro-mécanique du modèle, dans un contexte de faille normale (graben du Rhin), l'impact du refroidissement des roches allant dans le sens d'un accroissement des ouvertures des fractures. Ce point nous semble particulièrement à propos pour le cas du Rift d'Asal, (Djibouti), car le mécanisme naturel de propagation des failles sur ces sites pourrait bien être lié à l'écoulement naturel des fluides (C. Doubre et G. Peltzer, 2007) . Les fractures seraient donc en permanence dans un état de stabilité mécanique critique, et des ruptures potentiellement importantes pourraient être déclanchées. Ce mécanisme est à l'étude pour les micro séismes récents enregistrés sur le site des Geysers (Californie), et qui se localisent au centre du réservoir, exploité avec réinjection depuis plusieurs dizaines d'années. Dans l'approche proposée, on considérera le milieu remplissant les fractures comme étant poreux, ces fractures pouvant s'assembler à plus grande échelle en réseau, pour constituer un modèle de portion de faille. La matrice rocheuse sera imperméable dans un premier temps. Les outils numériques existant au laboratoire seront adaptés et améliorés pour cette application. - Dans les équations de Darcy (qui décrivent l'écoulement) on tiendra compte de la variation de densité et de viscosité du fluide provoquée par les différences de température, et le transport de chaleur sera convectif dans les fractures, conductif dans la matrice rocheuse. La convection pourra donc être mixte (naturelle et forcée). - Le comportement mécanique suppose que le milieu formant la matrice est élastique, et que les déformations sont des glissements le long des plans des fractures, lorsque un critère de rupture est atteint. Une première partie de ce travail consistera, à évaluer ce critère pour représenter l'état naturel avant toutes mise en circulation de fluides dans le réservoir. La perturbation thermique due à la circulation forcée d'un fluide sera alors superposée, et la question de la stabilité ré-évaluée pour différents temps. - Les données proviendront des bases partagées dans le cadre du projet européen GEISER support de la recherche sur la période 2010-2013, et pourront à titre prospectif être utilisées pour discuter d'un nouveau projet en cours d'implantation le long du rift d'Asal (Djibouti).
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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