Kopplung multi-physikalischer Prozesse zur Simulation von Gasbohrungen

01.08.2015 -

Prof. Dr. Stefan Hartmann (Institut für Technische Mechanik)

Prof. Dr. Leonhard Ganzer

Übergeordnetes Projektziel ist die Erstellung eines gekoppelten numerischen Modells, welches die hydrodynamischen, bio- und geochemischen, thermischen und geomechanischen Prozesse in der Nähe von Speicherbohrungen beschreiben kann. Dafür soll die Bohrung inklusive der Zementschicht und geologischen Formationen (Speicher- und Deckgesteine) in ein numerisches Modell eingebaut werden. Über eine Oberflächenkopplung soll diese mit einer Materialmodellierung der Verrohrung verbunden werden. Das gesamte gekoppelte Modell soll anschließend genutzt werden, um verschiedene Problemstellungen bei der Speicherung von Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Gasgemischen zu untersuchen. Hierzu wird in einem ersten Schritt das Programm DuMuX (Flemisch et al., 2011), welche das hydraulische und chemische Verhalten im Untergrund beschreibt, mit der instationären Thermomechanik, implementiert im Programm TASAFEM (Hartmann, 2003), verbunden. Anschließend, d.h. im dritten Jahr, wird ein Modell der Geomechanik mit druckabhängiger Fließfläche in TASAFEM implementiert, um eine gekoppelte Berechnung  thermischer, geomechanischer, hydraulischer und chemischer Prozesse während der Ein- und Ausspeicherung zu erhalten. Das Kopplungstool muss dabei die Zeitintegration, die Interpolation der Daten des einen Programms auf das Gitter des anderen Programms steuern, sowie Beschleunigungsverfahren der Block-Gauss-Seidel Iterationen umfassen. Hierzu werden zwei Techniken implementiert. Innerhalb der Zeitintegration sollen die Vorgehensweisen unter Verwendung von schrittweitengesteuerten, diagonal-impliziten Runge-Kutta-Verfahren auf unterschiedliche Zeitskalen erweitert werden.
Es soll in diesem Projekt eine moderne und effiziente Vorgehensweise herangezogen werden, um ein Kopplungstool für die vorliegende multi-physikalische Mehrfeldproblematik zu entwickeln. Ziel dabei ist es auch, Vorarbeiten für den in Celle entstehenden Drilling-Simulator zu leisten, damit diese dann in dem dort experimentell orientierten Forschungsbau verwendet werden können und damit eine Verflechtung aus Experiment, Anwendung, Theorie und Simulation zu erreichen.