Norsk English

Beregningsorientert geomekanikk

Vi utvikler numeriske metoder og simuleringsverktøy for deformasjon og spenninger i geologiske formasjoner. Ekspertisen omfatter mekanikkberegninger på komplekse geometrier, kalibrering mot observasjoner og kobling til flerfasestrømning, med anvendelser innen reservoarproduksjon, CO₂-lagring og geotermisk energi.

Kontaktpersoner

Hva kan vi hjelpe deg med?

Hvordan påvirker bergartenes egenskaper, geologiske strukturer og ytre belastninger spenninger og deformasjon i undergrunnen? Vi utvikler numeriske metoder og simuleringsverktøy for geomekaniske beregninger, fra mekaniske analyser på komplekse geometrier til modeller som også tar hensyn til strømning og temperaturendringer.

Vi samarbeider med industri og forskningsmiljøer om å:

  • Beregne spenninger og deformasjon i geologiske formasjoner.
  • Utvikle og tilpasse numeriske metoder for komplekse geometrier og beregningsnett.
  • Kalibrere mekaniske egenskaper og spenningsforhold mot tilgjengelige observasjoner.
  • Koble geomekaniske modeller til flerfasestrømning og varmetransport.
  • Undersøke hvordan produksjon, injeksjon og lagring påvirker berggrunnen og omkringliggende formasjoner.
  • Utvikle, teste og sammenligne beregningsmetoder og integrere dem i simuleringsverktøy.

Ta kontakt med vår forskningsgruppe for Anvendt beregningsvitenskap for å diskutere en geomekanisk problemstilling, videreutvikling av en eksisterende modell eller behov for nye simuleringsverktøy.

Numeriske metoder for komplekse geologiske modeller

Geologiske modeller inneholder ofte uregelmessige lag, forkastninger og store variasjoner i materialegenskaper. Dette stiller krav til både beregningsnettet og metodene som brukes til å beregne forskyvninger og spenninger. Vår ekspertise omfatter særlig elastisitet og poroelastisitet, med vekt på metoder som kan brukes på hjørnepunktnett og generelle polyedriske nett.

Vi arbeider med virtuelle elementmetoder (VEM) og endelig-volum-metoder, blant annet Multi-Point Stress Approximation (MPSA) og Two-Point Stress Approximation (TPSA). Et sentralt mål er å kunne utføre mekanikkberegninger direkte på nett som beskriver geologien, og redusere behovet for å bygge om modellen til et separat mekanikknett.

Arbeidet omfatter diskretisering, implementasjon og vurdering av nøyaktighet, stabilitet og beregningskostnad. Vi undersøker blant annet hvordan metodene håndterer forkastninger, lag som kiler ut, og celler med krevende geometri.

Kalibrering av geomekaniske modeller

En geomekanisk modell krever informasjon om både materialegenskaper og belastningene som virker på formasjonen. I praksis er observasjonene ofte få og ujevnt fordelt. Vi utvikler metoder for å tilpasse modeller til slike data og undersøke hvilke parameterverdier og spenningsforhold som er forenlige med målingene.

Dette omfatter automatisk kalibrering av mekaniske egenskaper og regionale spenningsforhold. Arbeidet gir et bedre grunnlag for å vurdere modellens forutsetninger og hvordan begrenset datatilgang påvirker beregningene.

Kobling til strømning og temperatur

Produksjon og injeksjon endrer poretrykk og temperatur, og kan dermed påvirke spenninger og deformasjon i berggrunnen. De mekaniske endringene kan igjen påvirke porevolum og strømning. Vi utvikler koblede modeller som beskriver dette samspillet.

Vi arbeider med både fullt implisitte og sekvensielle løsningsmetoder for geomekanikk og flerfasestrømning. Valg av metode avhenger blant annet av hvor sterk koblingen er, hvilken nøyaktighet som kreves, og hvor store modeller som skal beregnes.

Termiske effekter er særlig relevante når kald væske injiseres i varme formasjoner, for eksempel ved CO₂-lagring og geotermisk energiutnyttelse. Vi undersøker hvordan slike temperaturendringer påvirker mekaniske forhold i reservoaret og omkringliggende bergarter.

For problemstillinger som krever mange simuleringer, har vi også utviklet metoder basert på forhåndsberegnede mekaniske responsfunksjoner. Disse kan redusere beregningskostnaden ved å gjenbruke responsberegninger innenfor den valgte modellens forutsetninger.

Anvendelser innen energi og lagring

Metodene våre brukes til å undersøke kompak­sjon og innsynkning ved reservoarproduksjon, trykk- og temperaturinduserte spenningsendringer ved injeksjon og mekaniske virkninger av lagring i porøse formasjoner. Beregningene kan inngå i vurderinger av injektivitet, takbergartens integritet og forhold som kan føre til oppsprekking eller reaktivering av forkastninger.

Vi tilpasser modellene til problemstillingen og datagrunnlaget, enten behovet er en selvstendig mekanikkanalyse eller en koblet simulering av strømning, varme og deformasjon.

Åpne simuleringsverktøy

En viktig del av arbeidet vårt er å gjøre numeriske metoder tilgjengelige i åpen programvare. Vi utvikler og tester geomekaniske modeller i MATLAB Reservoir Simulation Toolbox (MRST) og arbeider med geomekanikk koblet til reservoarsimulatoren OPM Flow.

Åpne implementasjoner gjør det enklere å undersøke metodevalg, sammenligne resultater og videreutvikle løsninger sammen med samarbeidspartnere. De gir også et grunnlag for etterprøvbare beregninger og opplæring.

Utvalgte publikasjoner

Les mer

Programvare

Open Porous Media (OPM)

Open Porous Media (OPM)

Open Porous Media (OPM) initativet tilbyr åpen kildekode-programvare for simulering, oppskalering og visualisering av prosesser i porøse medier, og spesielt rettet mot reservoarer.