Thema 3: Computergestützte Modellierung von hydraulischem Bruch

Figure 5: Evolution der Schadensvolumina unter verschiedenen Anfangsspannungsfeldern, Kontrast von Youngs Modul und Schichtungsplanwinkeln (Engineering with Computers, doi:10.1007/s00366-022-01664-z, 2022)

Dieses Thema steht im Zusammenhang mit meinem europäischen RISE-Projekt zum hydraulischen Fracking. Aktuelle Modellierungsstudien zur Kombination von Phasenfeldmethode (PFM) und hydraulischem Fracking (HF) berücksichtigen selten den Einfluss des Anfangsspannungsfelds auf die Vorhersage von hydraulischen Rissen in natürlichen Schichtgesteinen. In meinem Team haben wir den Einfluss von tektonischem Stress auf das 3D-Phasenfeldmodell für die Simulation der quasi-statischen longitudinale hydraulische Rissausbreitung in natürlichen porösen Schichtgesteinen unter Spannungsgrenzbedingungen untersucht. Der Effekt des Anfangsspannungsfelds wird in einer neuen Energiefunktional vorgeschlagen, und wir haben ihn mit dem Variationsansatz gekoppelt, um die grundlegenden Gleichungen für die Verschiebungs- und Phasenfelder zu erhalten. Diese Arbeit kann in Zukunft zur Leitung und Optimierung von HF-Designs verwendet werden, um die Effizienz der Ausbeutung von Öl und Gas in unkonventionellen Lagerstätten zu verbessern und die Kontamination von Wasser und potenzielle Erdbebengefahren zu vermeiden.