Um modelo termomecânico hidrotermal acoplado tridimensional para sistemas geotérmicos fraturados deformáveis

Um modelo de elemento finito termohidráulico-mecânico (THM) totalmente acoplado é apresentado para reservatórios geotérmicos fraturados. As fraturas são modeladas como descontinuidades superficiais dentro de uma matriz tridimensional. O fluxo não isotérmico através da matriz rochosa e das fraturas é definido e acoplado a um modelo de deformação mecânica. Um modelo de contato robusto é utilizado para resolver as trações de contato entre superfícies de fratura opostas sob cargas THM. Um modelo numérico foi desenvolvido utilizando o método padrão de Galerkin. Elementos tetraédricos quadráticos e triangulares são usados para a discretização espacial. O modelo foi validado em relação a várias soluções analíticas e aplicado para estudar os efeitos das fraturas deformáveis na injeção de água fria em sistemas geotérmicos fraturados. Os resultados mostram que a criação de canalização de fluxo devido à contração volumétrica térmica da matriz rochosa é muito provável. O fluido troca calor com a matriz rochosa, resultando no resfriamento da matriz e subsequente deformação volumétrica. O resfriamento da matriz rochosa ao redor de uma fratura reduz a tensão de contato nas superfícies da fratura e aumenta a abertura da fratura. A redistribuição de tensão reduz a abertura, à medida que a área com menor tensão de contato na fratura se expande. A redistribuição de tensão reduz a probabilidade de propagação da fratura sob modo de abertura pura, enquanto a expansão da área com menor tensão de contato pode aumentar a probabilidade de fraturamento por cisalhamento.