Geomekanikk og kobling til flyt

Ignorerer man geomekaniske effekter, risikerer man å undervurdere eller feilberegne forhold som injektivitet, sprekkdannelse og takbergets evne til å holde tett. Trygge og effektive operasjoner krever derfor at strømning og mekanikk modelleres sammen – særlig i reservoarer med komplisert struktur.

Hva gjør vi?

Vi utvikler robuste numeriske metoder og programvare for å simulere koblede strømning- og geomekaniske prosesser, med fokus på:

• Konsistente diskretiseringer for mekanisk deformasjon: Implementering av metoder som Virtual Element Method (VEM) og Multi-Point Stress Approximation (MPSA) for å sikre nøyaktighet på ustrukturerte grid.
• Koblingsstrategier: Bruk av fullt implisitte, sekvensielle og stegvis forskjøvede skjemaer for å balansere beregningseffektivitet og nøyaktighet.
• Ustrukturerte og konforme grid: Utvikling av metoder som gjør det mulig å bruke komplekse grid til å modellere kompliserte geologiske strukturer, som forkastninger og sprekker..
• Feilindikatorer og benchmarking: Verktøy for å vurdere diskretiseringsfeil og sammenligne ulike metoder for pålitelighet.
• Integrasjon med strømingsløsere: Kobling av mekaniske modeller med flerfase- og komposisjonelle flytsimulatorer for helhetlige simuleringer.

Anvendelser

• CO₂-injeksjon og -lagring
  Simulering av geomekaniske effekter under CO₂-injeksjon for å vurdere reservoardeformasjon,  integritet av takbergarten og forkastningsstabilitet, med mål om trygg og langsiktig lagring.
• Hydraulisk oppsprekking og sprekkpropagasjon
  Modellering av initiering og vekst av sprekker ved å koble væskestrøm med bergmekanikk, for å optimalisere design og forutsi indusert seismisitet.
• Reservoarkompaksjon og setninger
  Prediksjon av overflatesetninger og kompaksjon ved væskeuttak, gjennom integrerte modeller for strømning og mekanisk deformasjon, inkludert risikovurdering for infrastruktur.
• Forkastningsreaktivering og takbergstetthet
  Analyse av mekaniske spenninger på forkastninger og tette lag ved endrede reservoartrykk, for å hindre lekkasje og opprettholde lagringsintegritet.
• Injektivitet
  Modellering av hvordan mekanisk deformasjon og sprekkdannelse påvirker injektiviteten i reservoarer, for å kunne forutsi og begrense formasjonsskader eller endringer i permeabilitet under injeksjon, og dermed optimalisere strømningsrater og drift.
• Automatisert kalibrering av geomekaniske parametere
  Inversjonsmetoder og optimalisering for å estimere bergmekaniske egenskaper og spenningsforhold fra observasjoner, som støtter bedre modellnøyaktighet og kvantifisering av usikkerhet.

Utvalgte bidrag

• Utvikling av konsistente diskretiseringer for ustrukturerte grid, publisert som åpen kildekode (f.eks. MPSA-modulen i MRST).
• Koblede strømning- og geomekaniske simuleringsrammeverk utviklet for industripartnere.
• Benchmarking av diskretiseringsmetoder for oppsprukne reservoarer.

References

• O. Andersen, M. Kelley, V. Smith, and S. Raziperchikolaee. Automatic Calibration of a Geomechanical Model from Sparse Data for Estimating Stress in Deep Geological Formations. SPE Journal, 2021, 27(02): 1140–1159. DOI: 10.2118/204006-PA
• O. Andersen. A Brief Introduction to Poroelasticity and Simulation of Coupled Geomechanics and Flow in MRST. In: K.-A. Lie and O. Møyner (eds), Advanced Modeling with the MATLAB Reservoir Simulation Toolbox, Cambridge University Press, 2021, pp. 549–596. DOI: 10.1017/9781009019781.020
• O. Andersen, H. M. Nilsen, and S. E. Gasda. Vertical Equilibrium Flow Models with Fully Coupled Geomechanics for CO₂ Storage Modeling, Using Precomputed Mechanical Response Functions. Energy Procedia, Volume 114, July 2017, Pages 3113–3131. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.03.1440
• O. Andersen, H. M. Nilsen, and S. E. Gasda. Modeling geomechanical impact of fluid storage in poroelastic media using precomputed response functions. Computational Geosciences, 2017, 21: 1135–1156. DOI: 10.1007/s10596-017-9674-8
• O. Andersen, H. M. Nilsen, and X. Raynaud. Virtual element method for geomechanical simulations of reservoir models. Computational Geosciences, 2017, 21: 877–893. DOI: 10.1007/s10596-017-9636-1
• O. Andersen, H. M. Nilsen, and X. Raynaud. Coupled Geomechanics and Flow Simulation on Corner-Point and Polyhedral Grids. SPE Reservoir Simulation Conference, Montgomery, Texas, USA, February 2017. DOI: 10.2118/182690-MS
• O. A. Andersen, H. M. Nilsen, and S. E. Gasda. Modelling Geomechanical Impact of CO₂ Injection and Migration Using Precomputed Response Functions. ECMOR XV - 15th European Conference on the Mathematics of Oil Recovery, Aug 2016. DOI: 10.3997/2214-4609.201601760