[论文解读] Fracture Propagation Driven by Fluid Outflow from a Low-permeability Reservoir

Gennady Y. Gor, Howard A. Stone+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2012

CO2 Sequestration and Geologic Interactions被引用 3

一句话总结

本文提出一种解析模型，用于估算在深层咸水含水层中进行CO2封存时盖层中的裂缝长度，该模型基于压力扩散方程的自相似解。模型表明，裂缝长度随时间增加，由于随着高程升高，驱动力增大，解析解提供了保守（下限）估计。

ABSTRACT

Fracturing of the caprock during CO2 storage in deep saline aquifers can lead to leakage. Estimation of the rate of fracture propagation allows one to assess the leakage risk. Here we propose an analytical model for calculating the length of the fracture, which propagates due to the fluid outflow from a low-permeability aquifer. We present a self-similar solution of the pressure diffusion equation in the system of reservoir and fracture, allowing us to get the analytical expression for the fracture length as a function of time. We calculate the evolution of the fracture length for a characteristic aquifer. We show that the analytical solution provides an estimate from below for the fracture length, since the driving force for the fracture propagation grows with elevation.

研究动机与目标

• 通过建模低渗透性储层中的裂缝扩展，评估CO2封存的泄漏风险。
• 开发一种基于储层流体排出驱动的裂缝长度演化的解析解。
• 量化压力扩散对储层-盖层系统中裂缝扩展的影响。
• 通过考虑高程增加导致的驱动力增大，提供裂缝长度的保守估计。

提出的方法

• 推导了耦合储层-裂缝系统中压力扩散方程的自相似解。
• 该模型假设来自低渗透性储层的流体排出驱动裂缝扩展。
• 推导出基于压力扩散动力学的裂缝长度与时间关系的解析表达式。
• 该解考虑了驱动力的空间变化，其随高程升高而增大。
• 将该模型应用于代表性深层咸水含水层，以模拟裂缝演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 来自低渗透性储层的流体排出如何驱动盖层中的裂缝扩展？
• RQ2 在压力扩散作用下，裂缝长度如何随时间演变？
• RQ3 系统中裂缝扩展的驱动力如何随高程变化？
• RQ4 解析解能否提供裂缝长度的可靠下限估计？

主要发现

• 由于实际驱动力随高程升高而增大，解析解为裂缝长度提供了保守下限估计。
• 由于储层-盖层系统中流体排出和压力扩散的作用，裂缝长度随时间增加。
• 自相似解准确捕捉了在模拟条件下裂缝扩展的时间演化过程。
• 该模型表明，为实现准确的风险评估，必须考虑与高程相关的驱动力。