Hydraulic and thermal fracturing techniques for successful stimulation in unconventional geothermal energy recovery

• Autores: W.G.P. Kumari, P.G. Ranjith, M.S.A. Perera, B. L. Avanthi Isaka
• Localización: Boletín geológico y minero, ISSN 0366-0176, Vol. 131, Nº 3, 2020, págs. 423-444
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Técnicas de fracturación hidráulica y térmica para la estimulación eficiente en la producción de energía geotérmica no convencional
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
• Resumen
  • español

    Los sistemas geotérmicos mejorados o no convencionales (EGSs) se han identificado recientemente como recursos geotérmicos potenciales que se pueden utilizar para extraer el calor atrapado en formaciones geológicas profundas. Sin embargo, debido a la baja porosidad de formación en estos sistemas, se debe crear artificialmente un intercambiador subterráneo de calor para aumentar la permeabilidad del reservorio. En EGSs se han adoptado un número de técnicas de estimulación del reservorio para aumentar su permeabilidad, incluyendo la fracturación hidráulica y la fracturación térmica. El objetivo de este trabajo es proporcionar una comprensión profunda de estas técnicas de estimulación del reservorio basada en nuestro actual trabajo de experimentos en laboratorio. Se ha hecho una revisión exhaustiva de la literatura reciente en dicha temática, y se han llevado a cabo ensayos avanzados de laboratorio para entender las técnicas de fracturación hidráulica y térmica bajo condiciones del reservorio. Se llevaron a cabo experimentos utilizando equipos triaxiales para rocas a altas presiones y altas temperaturas y se realizaron tratamientos de temple por inyección de agua fría en rocas graníticas calentadas a diferentes temperaturas. También se llevaron a cabo experimentos de flujo continuo sobre rocas graníticas fracturadas e intactas y los resultados se compararon con la producción predicha con estimulación. Se empleó tecnología de escaneo CT para determinar las característica a micro-escala que se derivaban de la estimulación. El trabajo experimental ha revelado que la propagación de trayectorias y aperturas de fracturas hidráulicas y térmicas está controlado por esfuerzos y temperatura in-situ así como la heterogeneidad de la matriz rocosa. Aunque las fracturas inducidad contrubuyen sustancialmente al aumento de la permeabilidad del reservorio, eran igualmente sensitivas a cambios en los esfuerzos y temperatura debido al mayor esfuerzo efectivo y a la expansión volumétrica inducida térmicamente

  • English

    Unconventional or enhanced geothermal systems (EGSs) have been recently identified as potential geothermal resources which can be utilized to extract the heat trapped in the deep geological formations. However, due to the low formation porosity in these systems, an underground heat exchanger must be artificially created to enhance reservoir permeability. A number of reservoir stimulation techniques are adopted in EGSs to enhance their permeability, including hydraulic fracturing and thermal fracturing. The aim of the present work is to provide an in-depth understanding of these reservoir stimulation techniques based on our current laboratory experimental work. Recent literature on the topic has been comprehensively reviewed, and advanced laboratory tests have been conducted to understand hydraulic and thermal fracturing techniques under reservoir conditions. Experiments were conducted utilizing the high-temperature high-pressure rock tri-axial apparatus and quenching treatments were performed by injecting cold water into granite rocks heated to different temperatures. Flow-through experiments were also conducted on intact and fractured granite rocks and the results were compared to predict production enhancement upon stimulation. CT scanning technology was employed to determine micro-scale characteristics following stimulation. Experimental work revealed that the propagation paths and apertures of hydraulic and thermal fractures are controlled by the in-situ stress and temperature and the heterogeneity of the rock matrix. Although the induced fractures contributed substantial enhancement of reservoir permeability, they were sensitive to stress and temperature changes due to the larger effective stresses and thermally induced volumetric expansion.