Madame Lelica

Mikromechanische Interpretation

Wir haben gezeigt, dass der Rotokawa-Andesit ein durchdringendes Netzwerk isotroper Mikrorisse enthält., Aufgrund ihrer isotropen Verteilung stimmen die meisten dieser Mikrorisse mit den Ergebnissen der thermischen Belastung überein (Fredrich und Wong ; Reuschlé et al. ; Wang et al. ; David et al. ; Heap et al. ). In der Tat hat der Rotokawa-Andesit mehrere Zyklen des Erhitzens und Abkühlens erlebt: den anfänglichen Ausbruch des Andesits, die Bestattung in einem fehlerhaften Graben, die hydrothermale Veränderung und die eventuelle Exhumierung während der Kernwiederherstellung (Rae ; Lim et al. )., Unsere Mikrostrukturanalyse hat gezeigt, dass das durchdringende Mikrorissen unabhängig von Lithologie, ursprünglicher Mineralogie und sekundärer (hydrothermaler Veränderung) Mineralogie erscheint.

Das intensive Mikrorissen in unseren Proben hat sich als signifikanter Faktor für alle gemessenen physikalischen Eigenschaften erwiesen. Erstens hat Mikrorisse die Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen durch das Andesit stark reduziert., Wir sehen eine klare Korrelation der Rissfläche pro Volumeneinheit (Sv) mit den beobachteten Kompressionswellengeschwindigkeiten (Abbildung 8D) und interpretieren dies als Dämpfung der Kompressionswelle durch die im Andesit reichlich vorhandenen rissigen intrakristalline und interkristalline Grenzen (z. B. Abbildungen 3 und 4). Viele Autoren (z.B., Vinciguerra et al. ; Keshavarz et al. ; Blake et al. ; Heap et al. ) haben auch gezeigt, dass die elastischen Wellengeschwindigkeiten durch das Vorhandensein von Mikrorissen stark gedämpft werden können.,

Zweitens haben die Rissoberfläche und das UCS eine ausgezeichnete Korrelation ergeben (Abbildung 11B). Wie bereits von Walsh (, ), David et al. (), und Chaki et al. () ist die Dichte der Risse innerhalb einer Probe entscheidend, um ihre Festigkeit zu bestimmen. Die Entwicklung von Mikrorissen während der einachsigen Kompression und die Koaleszenz dieser Risse (neu gebildet und bereits vorhanden) führt zum Versagen der Probe (Brace et al. ; Bieniawski ). In Proben, die bereits relativ hohe Rissdichten aufweisen, wird weniger Energie benötigt, um vorhandene Risse zu koaleszieren, und somit sind sie von Natur aus schwächer (David et al., ; Ferrero und Marini ; Keshavarz et al. ). Durch die Verwendung der AE-Überwachung während unserer UCS-Tests beobachten wir, dass bei der einachsigen Kompression in schwächeren Proben weniger Ereignisse auftreten als bei solchen mit höherer Festigkeit (Abbildung 10), was darauf hinweist, dass in den schwächeren Proben weitaus mehr Risse vorhanden sind (Hardy ; Eberhardt et al. ; Nicksiar und Martin ). Somit wird gezeigt, dass das Vorhandensein bereits vorhandener Mikrorisse im Rotokawa-Andesit eine starke Kontrolle über ihre einachsige Druckfestigkeit ausübt.

Die Permeabilität ist eine der wichtigsten Eigenschaften eines geothermischen Systems., In dieser Studie haben wir gesehen, dass Porosität (und Schüttprobendichte) und Festigkeit mit dem Ausmaß des Mikrorisses im Andesit zusammenhängen. Wir haben die Rissoberfläche in den Proben, die für unsere Permeabilitätsmessungen verwendet wurden, nicht gemessen (die Proben werden für zukünftige Studien verwendet; Berechnung der Rissoberfläche, die für die Dünnschnittvorbereitung erforderlich ist). Wir können jedoch durch Proxy eine Korrelation zwischen Permeabilität und dem Ausmaß des Mikrofrakturnetzes annehmen., Wir zeigen, dass es eine klare umgekehrte Beziehung zwischen der Permeabilität der Probe und der P-Wellengeschwindigkeit gibt, so dass mit zunehmender Permeabilität die Kompressionswellengeschwindigkeit abnimmt (Abbildung 11F). Diese Ergebnisse stimmen mit den vielen Untersuchungen überein, die einen klaren Zusammenhang zwischen reduzierten elastischen Wellengeschwindigkeiten und erhöhter Permeabilität gezeigt haben (David et al. ; Vinciguerra et al. ; Chaki et al. ; Nara et al. ; Faoro et al. ; Heap et al. )., Obwohl wir die Beziehung der Rissdichte zur Permeabilität nicht direkt in unserem Datensatz gemessen haben, zeigen wir, dass Sv und Vp umgekehrt verwandt sind (Abbildung 8D) und eine ähnliche Beziehung zwischen Vp und Permeabilität besteht. Daher können wir schließen, dass diese Proben mit höheren Rissoberflächen von Natur aus durchlässiger sind.,

Key empirical relationships

In diesem Abschnitt stellen wir Beziehungen von singulären Variablen, die leicht und leicht entweder mit Photomikrographie oder geophysikalische Protokollierung Tools und deren Korrelation zu komplizierteren und relevanten physikalischen Eigenschaften gemessen werden könnten. Alle diese Parameter sind einzeln messbare Variablen, die für ihre Ableitung nicht auf komplexen Formeln beruhen (wie dynamischer Young-Modul oder Poissonverhältnis) und daher als Schlüsselbeziehungen ausgewählt wurden, die wir mit Relevanz für den Rotokawa-Andesit darstellen.,

Porosität und UCS

Es besteht eine exponentielle Korrelation zwischen Probenporosität und UCS (Abbildung 11A). Solche Korrelationen wurden von mehreren Autoren verwendet (z. B. Vernik et al. ; Li und Aubertin ; Palchik und Hatzor ; Kahraman et al. ; Chang et al. ; Palchik ; Pola et al. ) für eine Vielzahl von klastischen und vulkanischen Gesteinen und Betonmaterialien. Diese Autoren präsentieren empirische passt für die Korrelation der physikalischen Eigenschaften gegenüber UCS und zeigen eine Breite Palette von Korrelation innerhalb Ihrer jeweiligen Datensätzen mit R2-Werten von in der Nähe von 0,6 bis so hoch wie 0.95., Wir schlagen vor, dass unsere empirische Anpassung zwischen Porosität und UCS (eine exponentielle Anpassung mit einem Korrelationsfaktor von 0,82, Abbildung 11A) nützliche Schätzungen der Stärke der Reservoirgesteine innerhalb des Rotokawa Andesitreservoirs liefern kann. Durch die Verwendung von Schätzungen von UCS, die aus der Korrelation der Porosität abgeleitet sind, kann die Mindestfestigkeit der Gesteine auf wichtige technische Probleme wie Wellbore-Stabilität angewendet werden (Chang et al. ; Schöpfer et al. ).

Vp und UCS

Es besteht eine exponentielle Korrelation zwischen Stärke und Vp mit einem R2-Wert von 0,74 (Abbildung 11C)., Wie von Kahraman () festgestellt, ist die Beziehung zwischen Vp und UCS im Allgemeinen nichtlinear und je höher die Festigkeit des Materials ist, desto stärker sind die Datenpunkte verstreut. Heap et al. () kam zu ähnlichen Schlussfolgerungen nach Messungen an Anden-Gesteinen aus Volcán de Colima (Mexiko). In unserer Studie gibt es einen zunehmenden Trend der Stärke mit zunehmendem Vp, aber wie in Abbildung 9 gezeigt, gibt es einen hohen Grad an räumlicher Anisotropie in Bezug auf Vp, so dass eine robuste Korrelation der Stärke mit der elastischen Wellengeschwindigkeit schwer zu erhalten ist., Vp ist jedoch ein weit verbreitetes Protokollierungswerkzeug in der Bohrlochgeophysik (Chang et al. ), und mit dem Zusammenhang, den wir erhalten haben, eine Mindest-Stärke Kriterien festgestellt werden konnte aus der Antwort des logging-tool. Dies ist eine wichtige Korrelation, da die geophysikalische Protokollierung viel einfacher, schneller und effizienter ist als das Schneiden von Punktkernen (wie der Kern für diese Studie erhalten wurde), und daher die Entwicklung empirischer Korrelationen zur Begrenzung der Festigkeit wie in Abbildung 11B kann dazu beitragen, das Risiko zu verringern und die mit geothermischen Bohrprogrammen verbundenen Kosten zu senken.,

Vp und Porosität

Korrelationen zwischen Vp und Porosität zeigen einen zunehmenden Trend der Porosität mit abnehmendem Vp (Abbildung 11D, ebenfalls beobachtet von Al-Harthi et al. ; Rajabzadeh et al. ; Tugrul und Gurpinar ; Heap et al. ). Dies kann sowohl der Porenstrukturverteilung als auch dem Grad der Mikrorissbildung innerhalb der Anden zugeschrieben werden. Aus der Mikrostrukturanalyse (sowohl unter Verwendung optischer als auch rasterelektronenmikroskopischer Analysen) geht hervor, dass ein großer Teil der Porosität im Rotokawa-Andesit wahrscheinlich aus (makro – und mesoskaligen) Frakturen und Mikrorissen (z.,, Abbildungen 6 und 7).

Eine Erklärung für die Variation und weite Verteilung der elastischen Wellengeschwindigkeitsdaten für Proben mit ähnlichen Porositäten (insbesondere im Hinblick auf die Daten im Bereich von 4.000 bis 4.400 m/s) ist, dass zwischen den Proben ein variabler Porengehalt (Vug/Vesikel) oder eine hydrothermale Veränderung vorliegen muss. Das Vorhandensein von Poren wird die Porosität (aufgrund ihres Seitenverhältnisses) stark erhöhen, aber im Vergleich zu den Mikrorissen einen vergleichsweise geringen Einfluss auf die P-Wellengeschwindigkeit haben., Die Anwendung unserer exponentiellen Beziehung (Abbildung 11D) kann eine grobe Näherung für seismische Geschwindigkeiten ergeben, die von der verbundenen Porosität abgeleitet sind, oder umgekehrt. Dies kann beim Bohren zusätzlicher Bohrlöcher in Rotokawa nützlich sein, wo die Porosität am Bohrlochstandort gemessen werden kann und eine grobe Näherung für P-Wellengeschwindigkeiten ergibt und als solche an unsere empirischen Festigkeitskorrelationen zurückbindet (Abbildung 11C).,

Permeabilität und Porosität

Unsere Permeabilität und Porosität Daten zeigen, dass es einen klaren Trend der zunehmenden Porosität mit erhöhter Permeabilität für die Rotokawa Andesit (Abbildung 11E), eine gemeinsame Beobachtung in mehreren Lithologien (zB Heard und Page ; Géraud ; Stimac et al. ; Chaki et al. ; Watanabe et al. ; Heap et al. )., Wir stellen fest , dass unsere Beziehung zwischen Porosität und Permeabilität durch eine Leistungsgesetzkorrelation beschrieben werden kann und mit der Kozeny-Carman-Beziehung übereinstimmt (Guéguen und Palciauskas, siehe Abschnitt „Anwendung mikromechanischer und geometrischer Permeabilitätsmodelle“). Die Abhängigkeit der Permeabilität von der Porosität wird im Allgemeinen durch die Annahme erklärt, dass ein stärker verbundener Porenraum (Risse und Poren) effizientere Wege für die Fluidmigration bietet (z. B. Costa ; Chaki et al. )., Wir müssen jedoch diejenigen Datenpunkte berücksichtigen, die einen sehr ähnlichen Permeabilitätswert haben (ungefähr 3.2 × 10-17 m2, Tabelle 4), mit einem Porositätsbereich von 7.6 bis 10.3 vol%, die anzeigen, dass eine Variabilität der Proben in Bezug auf die Permeabilität vorliegt, die sich in der Tortuosität des porösen Netzwerks widerspiegeln kann. Dies steht im Einklang mit den Ergebnissen von Bernard et al. () und Heap et al. () so dass die Permeabilität in vulkanischen Gesteinen stark von der Konnektivität der Mikrostruktur abhängt.,

In Bezug auf die Mikrostruktur haben wir gezeigt, dass die Porosität sehr eng mit der Rissoberfläche verbunden ist (Abbildung 8D) und somit, dass eine zunehmende Rissdichte einer Probe mit einer höheren Permeabilität entspricht. Die drei Proben, die etwas außerhalb des Trends des Datensatzes liegen,zeigen unterschiedliche Mesofrakturen (schwarze Sterne in Abbildung 11E, F) und dass diese Mesofrakturen die Durchlässigkeit der Proben erheblich verbessern, ohne ihre Porosität signifikant zu erhöhen. Diese Proben zeigen eine überdurchschnittliche Permeabilität für ihre Porosität, was die Schlussfolgerungen von Stimac et al., () dass Meso – und Makrofrakturen entscheidend für die Kontrolle der Durchlässigkeit geothermischer Reservoirsysteme sind. Im großen Maßstab sind Makrofrakturen für die Flüssigkeitsproduktion aus geothermischen Reservoirs erforderlich, aber die mikrostrukturellen Eigenschaften der Wirtsgesteine können nicht vernachlässigt werden, wenn man den Flüssigkeitsfluss, die Speicherkapazität und die Gesamtpermeabilität des Reservoirs (Jafari und Babadagli) betrachtet.,

Die robuste Beziehung zwischen Porosität und Permeabilität hat breitere Reservoiranwendungen, bei denen die Notwendigkeit besteht, die Permeabilität des Reservoirs zu verstehen (die Masse selbst, nicht die Teile mit stark makroskopischen Frakturen, z. B. Massiot et al. ) ist wichtig für die Vorhersage und Modellierung von Reservoirs. Messungen der Porosität können dann eine gute Annäherung an die Permeabilität des intakten Reservoirgesteins bei Rotokawa durch unsere Leistungsgesetzkorrelation ergeben (Abbildung 11E). Wir sind jedoch vorsichtig, wenn die Porosität außerhalb unseres gemessenen Bereichs liegt., Da die Porosität eine leicht messbare Eigenschaft von geophysikalischen Protokollierungswerkzeugen (Ellis und Singer) ist, kann die Reaktion eines solchen Werkzeugs zusammen mit unserer empirischen Anpassung Ingenieuren und Geowissenschaftlern eine Annäherung an die Matrixpermeabilitäten im Rotokawa-Andesit geben.

Permeabilität und akustische Geschwindigkeiten

Es besteht eine klare umgekehrte Beziehung zwischen unseren Messungen der Permeabilität und der P-Wellengeschwindigkeit (Abbildung 11F), so dass je durchlässiger die Probe ist, desto langsamer ist die Kompressionswellengeschwindigkeit. Diese Ergebnisse stimmen mit den Ergebnissen vieler anderer Autoren überein (z.,, Vinciguerra et al. ; Chaki et al. ; Nara et al. ; Heap et al. ). Die Korrelation solcher Eigenschaften ist ein hervorragendes Werkzeug, um die mikro – und mesoskopischen Bruchnetze und ihre Beziehung zur Permeabilität im Rotokawa-Andesit wie folgt zu verstehen: (1) Wir haben gezeigt, dass Porosität und Rissdichte eng miteinander verbunden sind (Abbildung 8A), (2) akustische Geschwindigkeit und Rissdichte eng miteinander verbunden sind (Abbildung 8D) und (3) Es besteht eine Leistungsgesetzkorrelation von Vp und Permeabilität (Abbildung 11F)., Somit besteht eine direkte Verbindung der P-Wellengeschwindigkeit mit der Permeabilität, die von den Rissdichten der Proben abhängt. Die Beziehung, die wir in Abbildung 11F darstellen, zeigt eine Kraft-Gesetz-Passung, die darauf hindeuten würde, dass die hydraulischen Radien des Porenraums (Poren und Risse) ähnlich groß sind, aber je höher die Konzentration von Rissen ist, desto höher ist die Permeabilität, die wir beobachten (Bourbie und Zinszner ).

In ähnlicher Weise gibt es gelegentlich Mesofrakturen (mit Öffnungen von weniger als 1 mm Breite; Wir stellen fest, dass diese Frakturen viel kleiner sind als die in Massiot et al., ) in den Stichproben, die vom Rest des Datensatzes abweichen (schwarze Sterne, Abbildung 11F). Das Vorhandensein dieser Makrofrakturen erhöht die Permeabilität (um den Faktor 2) und erscheint auch schädlich für die Ausbreitung elastischer Wellen (alle drei Mesofrakturen enthaltenden Proben weisen niedrige elastische Wellengeschwindigkeiten auf, obwohl wir den Einfluss von Meso – und Mikrorissen auf die Geschwindigkeiten dieser Proben nicht trennen können). Ferner sind elastische Wellen nützlich für den Nachweis von Rissen in Gestein und Beton (Chaki et al. ; Heap et al., ), und eine verringerte elastische Wellengeschwindigkeit korreliert gut mit durchlässigeren Medien, die von den drei abgelegenen, höheren Permeabilitäts -, niedrigeren elastischen Wellengeschwindigkeitsproben beobachtet werden.

Die Korrelation zwischen elastischer Wellengeschwindigkeit und Permeabilität außerhalb des Labors hat einen potenziell weitreichenden Wert für die Vorhersage von Reservoirpermeabilitätswechselwirkungen aus Drahtlinienprotokollierung und größeren seismischen und mikroseismischen Untersuchungen., In Rotokawa ist ein komplexes mikroseismisches Netzwerk installiert, und der Ort der Erdbebenaktivität ist eng mit der makroskopischen Permeabilität innerhalb des Reservoirs verbunden (Sewell et al. ; Sherburn et al. ). Das vorhandene Modell der Geschwindigkeitsstruktur in der Tiefe könnte dann mithilfe unserer akustischen Geschwindigkeits-und Permeabilitätsdaten für die Reservoir Rock Matrix weiter verfeinert werden. Dies kann ein tieferes und genaueres Verständnis der Verteilung der Permeabilität in der Tiefe ermöglichen.,

Zusätzlich können die Daten, die wir vorgestellt haben, auch verwendet werden, um Werte der Matrixpermeabilität aus akustischen Drahtprotokollen (Dipol sonic) abzuleiten, die während der Exploration im nahe gelegenen geothermischen Feld Ngatamariki verwendet wurden (Wallis et al. ). Sollte in zukünftigen Bohrlöchern, die in Rotokawa gebohrt werden, eine ähnliche geophysikalische Protokollierung verwendet werden, kann die Matrixpermeabilität anhand der hier vorliegenden Beziehung geschätzt werden. Darüber hinaus könnte die Kopplung dieser Daten mit mikroseismischen Daten eine signifikante Steigerung des Verständnisses der Komplexität des Rotokawa-Andesitreservoirs ermöglichen., Während wir uns bewusst sind, dass Makrofrakturen die elastische Wellengeschwindigkeit während der routinemäßigen akustischen Profilierung (z. B. Barton und Zoback) erhöhen, zeigen unsere Labordaten, dass Proben, die Mesofrakturen enthalten (dh auf der Probenskala), zwar zu höheren Permeabilitäten und elastischen Wellengeschwindigkeiten verschoben werden, aber nicht zu weit von dem aus unserer Leistungsgesetzbeziehung extrapolierten Trend abweichen. Trotzdem fordern wir ein gewisses Maß an Vorsicht, basierend auf dem potenziellen Vorhandensein von großflächigen Brüchen, bei der Schätzung der Permeabilität unter Verwendung unserer abgeleiteten Permeabilität-elastischen Wellengeschwindigkeitsbeziehung.,

Die Anwendung von mikromechanischen und geometrischen Permeabilitätsmodellen

Die Extraktion empirischer Beziehungen zwischen laborgestützten Gesteinseigenschaften ist nützlich; Die Parameter sind jedoch nicht leicht mit unabhängig messbaren Größen verwandt (d. h. Es fehlt ihnen eine physikalische Grundlage). Mikromechanische (z. B. das Flügelrissmodell von Ashby und Sammis ) und geometrische Permeabilitätsmodelle (z. B. die Kozeny-Carman-Beziehung, Guéguen und Palciauskas ) können besser eingeschränkt werden, da die in solchen Modellen verwendeten Parameter eine klare physikalische Bedeutung haben., In diesem Abschnitt versuchen wir sowohl die Gleitflügelrissmodellierung als auch die Kozeny-Carman-Permeabilitätsmodellierung, um die Mikrostrukturkontrollen der Verformung bzw. des Fluidflusses zu untersuchen.

Mikromechanische Modellierung

Mikromechanische Modellierung kann nützliche Einblicke in die Mechanik des Druckversagens in sprödem Gestein (Wong und Baud) geben. Da die Gesteine dieser Studie hohe Mikrorissdichten enthalten, werden wir das Gleitflügelrissmodell von Ashby und Sammis () verwenden., Dieses Modell idealisiert die Gesteinsmikrostruktur als elastisches Kontinuum eingebettet in geneigte (45°) Mikrorisse (der Länge 2c). Diese Mikrorisse wirken als Spannungskonzentratoren für die Einleitung von „Flügelrissen“, wenn der Reibungswiderstand des geschlossenen Risses überwunden ist und die Spannung an der Spitze des Risses den kritischen Spannungsintensitätsfaktor (KIC) überschreitet. Die Risse können sich dann in Richtung der maximalen Hauptspannung ausbreiten. Schließlich verschmelzen die Risse, was zum Ausfall des elastischen Mediums führt. Im Falle der einachsigen Kompression, Baud et al., () eine analytische Annäherung zur Schätzung von UCS abgeleitet:

wobei μ der Reibungskoeffizient des Gleitrisses ist und D0 ein anfänglicher Schadensparameter ist, der eine Funktion des Winkels des anfänglichen Mikrorisses in Bezug auf die maximale Hauptspannung und die anfängliche Anzahl von Gleitrissen pro Flächeneinheit ist (Ashby und Sammis ).

Die oben dargestellte analytische Lösung (die einen anfänglichen Risswinkel von 45° annimmt) enthält fünf Parameter., Wir haben durch experimentelle Daten und Beobachtungen drei der Parameter gut im Griff: (1) Wir haben das UCS von 22 Proben gemessen (Tabelle 3), (2) μ weicht selten von 0,6 bis 0,7 (Byerlee) ab, und (3) c kann durch optische Mikroskopie bestimmt werden (wir haben c durch Messen der ungefähren durchschnittlichen Länge der Mikrorisse unter dem Mikroskop bestimmt). Wir haben keinen laborbestimmten Wert für KIC. Während der KIC von Andesit zuvor auf etwa 1,5 MPam0, 5 gemessen wurde (Ouchterlony ; Obara et al. ; Tutluoglu und Keles ; Nara et al., ) gibt es keine Garantie dafür, dass dieser Wert repräsentativ für das Rotokawa-Andesit ist, das aufgrund einer hydrothermalen Veränderung wahrscheinlich niedriger als diese Werte ist. Wir haben daher für unsere Analyse einen etwas niedrigeren KIC von 1.0 MPam0.5 gewählt. Mit unseren UCS-Daten können wir Gleichung 10 lösen, um jedem Experiment einen Wert von D0 zuzuweisen (mit μ = 0,6; KIC = 1,0; c = 0,001 m)., Das Ziel einer solchen Analyse, unter der Annahme, dass die anderen Parameter zwischen verschiedenen Proben/Kernen ungefähr konstant bleiben, ist die Schätzung von D0 unter Verwendung einer leicht gemessenen physikalischen Eigenschaft wie Vp (daher können wir die Gesteinsstärke anhand des mikromechanischen Modells anhand von Vp-Messungen allein vorhersagen). Unsere Analyse zeigt, dass D0 für die 22 gemessenen Proben von 0,0019 bis 0,26 reicht (mit einem Durchschnitt von 0,039). D0 ist in Abbildung 12 gegen die Rissfläche pro Volumeneinheit (Sv) und Vp aufgetragen und zeigt an, dass D0 mit zunehmendem Sv zunimmt (Abbildung 12A)., Während dies logisch erscheinen mag (D0 ist eine Funktion der anfänglichen Rissdichte), dient es als ermutigender Beweis für das Konzept. Die Zunahme von D0 mit Rissdichte ist nicht linear; D0 steigt schneller über 10 mm−1 hinaus (Abbildung 12A). Wir sehen auch, dass Vp mit zunehmendem D0 abnimmt; Im Detail nimmt Vp schnell ab, wenn D0 von 0 auf 0,05 ansteigt und dann allmählich über 0,05 abnimmt., Leider ist die Beziehung zwischen D0 und Vp etwas getrübter (die Daten sind stärker verstreut, Abbildung 12B) und stellt wahrscheinlich eine variable Vesikeldichte dar (das Modell geht davon aus, dass Vesikel bei der Kompression keine Rolle spielen) und hydrothermale Veränderung (wir gehen davon aus, dass KIC und die durchschnittlichen Risslängen konstant sind). Den Abschluss dieser pilot-Analyse ist, dass die Variabilität innerhalb der Rotokawa Andesit ist möglicherweise zu groß, um zu ermöglichen, sinnvolle mikrostrukturellen wing-crack-Modellierung, aber größere Erfolge konnten erzielt werden mit den im Labor ermittelten Werte für KIC., Wenn daher die mikromechanische Modellierung als machbare Methode zur Vorhersage der Stärke von Rotokawa-Andesitreservoirgesteinen eingesetzt werden soll, sollten die Proben/Kerne nach ihrer Veränderung gruppiert und die KIC für jede Änderungsgruppe gemessen werden.

Permeabilitätsmodellierung

wobei kKC die Permeabilität ist, φ die verbundene Porosität ist, b ein geometrischer Faktor ist, τ die Tortuosität des äquivalenten Kanals ist (dh das Verhältnis seiner tatsächlichen zu nominalen Länge), und rH ist der hydraulische Radius (d. H. Das Volumen der Poren geteilt durch die Oberfläche der Poren). Der Leistungsgesetz-Exponent für unsere Daten (mit Ausnahme der Proben mit Makrofrakturen) beträgt etwa 2.,2 (Abbildung 11E) und steht daher im Einklang mit dem Kozeny-Carman-Modell (Bourbie und Zinszner ; Doyen). Im Detail würde man einen Potenzgesetzexponenten von 2 oder 3 erwarten, wenn die Elemente, die die Permeabilität steuern, Rohre oder Risse sind (Guéguen und Palciauskas ). Unser Potenzgesetz-Exponent liegt zwischen diesen beiden Werten. Dies ist angesichts des durchdringenden Bruchnetzwerks in diesen Materialien etwas überraschend, könnte jedoch die Strömung durch eine Kombination von Rissen und Rohren oder unseren begrenzten Porositätsbereich widerspiegeln., Da der gesamte Datensatz durch einen einzelnen Potenzgesetz-Exponenten beschrieben werden kann, schließen wir, dass es innerhalb unseres begrenzten Bereichs verbundener Porositäten keine dramatische Verschiebung der Porenraumkonnektivität oder Tortuosität gibt, wie dies bei Fontainebleau-Sandstein der Fall war eine Porosität von 9 vol% (Bourbie und Zinszner ) und Andesitproben von Volcán de Colima (Mexiko) bei einer Porosität von etwa 11 vol% (Heap et al. ). Die Extrapolation auf Porositäten außerhalb dieses Bereichs kann tückisch sein, insbesondere auf niedrigere Porositäten, bei denen Proben einem Exponenten eines höheren Leistungsgesetzes unterliegen können., Innerhalb des Datensatzes prognostiziert das Modell jedoch eine Erhöhung der Permeabilität um den Faktor 1,5 für eine Erhöhung der Porosität von 1 vol% (eine Zunahme, die für Gestein nach einer thermischen Belastungsepisode nicht ungewöhnlich ist; z. B. Chaki et al. ).

Anwendung der Ergebnisse auf geothermische Exploration und Nutzung

Die Beziehungen zwischen Porosität, Schallwellengeschwindigkeiten, Stärke und Permeabilität sind für das Verständnis eines geothermischen Reservoirs wertvoll. Unsere Daten weisen auf starke Korrelationen zwischen diesen Parametern hin, wie von Stimac et al. (, ) unter anderem., Die Daten, die wir erhalten haben, stammen aus Kernen, die aus drei Produktionsbrunnen stammen. Solche Materialien sind sehr teuer zu erhalten, zeitaufwendig und können, wenn die Entkernung nicht wie geplant verläuft, ein großes Risiko darstellen, den Brunnen zu verlieren (Finger und Blankenship ; Loch ). Die in dieser Studie vorgestellten mikrostrukturellen und empirischen Korrelationen können auf neue Brunnen angewendet werden, die in geothermischen Umgebungen gebohrt werden, und können dazu beitragen, Studien an bereits vorhandenen Brunnen zu verfeinern, wenn unsere Korrelationen auf der Reservoirskala zutreffen., Einige physikalische Parameter, wie Porosität und elastische Wellengeschwindigkeiten, sind leicht durch die Verwendung von Down-Hole Geophysical Logging Suites erhältlich. Die empirischen Korrelationen in dieser Studie gezeigte (gestärkt durch unsere Anwendung der klassischen Modelle) zeigen, dass leicht messbare physikalische Eigenschaften können daher benutzt werden, um Vorhersagen mehr komplexe und wichtige Eigenschaften wie Festigkeit und Durchlässigkeit. Solche Korrelationen und Kalibrierungen sind in der Kohlenwasserstoffindustrie insbesondere bei Explorationsbohrungen üblich (z. B. Vernik et al., und Referenzen darin), und wir sind der Ansicht, dass unser Datensatz dazu beitragen kann, das Verständnis des Rotokawa-Reservoirs zu verbessern und gleichzeitig das Risiko für zukünftige Bohrvorgänge zu minimieren.

Ein klares Verständnis der Faktoren, die die Durchlässigkeit von Reservoirgestein steuern, ist von grundlegender Bedeutung für die Planung von Stimulations-und Verbesserungsvorgängen, die erforderlich sein können, wenn sich das Rotokawa-Feld und die Reservoirdynamik mit fortgesetzter Produktion ändern. Die Notwendigkeit, zusätzliche Bohrlöcher zu bohren oder bereits vorhandene Bohrlöcher zu bearbeiten, kann offensichtlich werden und die Leichtigkeit, mit der das Reservoir Flüssigkeiten aufnehmen und abgeben kann (d. H.,, seine Durchlässigkeit) wird von größter Bedeutung sein. Die thermische Stimulation von Injektionsbrunnen erfolgt bei Rotokawa seit einiger Zeit durch die Injektion von Kraftwerkskondensaten und verbrauchten Solen (Siega et al. ), aber die Technik kann eine bedeutende Rolle bei der Verbesserung der Produktionsbohrungen in einem zukünftigen Stadium spielen.

Daher ist ein tieferes Verständnis dafür wichtig, wie die Durchlässigkeit durch Stimulation erhöht werden kann. Die Anwendung von Modellen wie dem Kozeny-Carman kann Einblicke in die Permeabilitätsverbesserung geben., Eine Erhöhung der Porosität des Reservoirgesteins um 1 vol% sollte nach dem geometrischen Modell die Permeabilität um den Faktor 1,5 erhöhen. Im Falle eines alternden Feldes und alternden Wellbores könnte eine solche Erhöhung die Lebensdauer des Feldes erheblich verlängern. Um geothermische Projekte wirtschaftlich zu halten, wird das grundlegende Verständnis der Eigenschaften des Reservoirs für die weitere Nutzung und Bewirtschaftung des Feldes unerlässlich.