Modeling of a geothermal doublet using the DARTS simulator

Abstract

Na rynku funkcjonuje szereg narzędzi oferujących możliwości modelowania zjawisk przepływu masy i energii, wśród których można wymienić symulatory TOUGH, AD-GPRS czy Eclipse. W artykule przedstawiono wyniki modelowania pracy dubletu geotermalnego z wykorzystaniem symulatora DARTS, przy czym jako benchmark wykorzystano symulator Eclipse 100 z opcją TEMP, pozwalającą na modelowanie efektów temperaturowych w sytuacji zatłaczania zimnej wody do złoża. DARTS, który został zbudowany na uniwersytecie w Delft, jest stosunkowo nową propozycją na rynku narzędzi symulacyjnych, oferującą jednak szeroki zakres możliwości modelowania. W szczególności bardzo dokładnie modelowane są właściwości wody i pary, dla których korelacje charakterystyk termodynamicznych zbudowane są na podstawie IAPWS-IF97. Ponadto możliwe jest uruchamianie symulacji bazujących na siatkach nieregularnych (ang. unstructured grid) pozwalających na dowolne zagęszczanie siatki w zadanym obszarze. Symulator DARTS bazuje na nowej metodzie rozwiązywania nieliniowych równań przepływu – OBL (ang. operator-based linearization), która umożliwia skrócenie czasu obliczeń o około 1/5 (test na modelu składającym się ze 192 tys. bloków dla 500 kroków symulacji). Symulator DARTS, który jest rozpowszechniany na zasadach open source, zbudowano w języku wysokiego poziomu C++, lecz interfejs pozwalający na budowanie modeli został napisany w języku Python 3.9. Przeprowadzone na modelach analitycznych testy porównawcze wskazują na bardzo dobrą zgodność wyników uzyskiwanych przez wybrane symulatory. Błąd względny dla ciśnień dennych oraz wydajności wypływu wody dla odwiertów dubletu geotermalnego nie przekracza 1%, podczas gdy maksymalne różnice w rozkładach ciśnień i temperatur uzyskane w czasie testów zgodności nie przekraczają 2,5%. Istotną niedogodnością w stosowaniu DARTS jest brak dokumentacji oraz opisu technicznego, co powoduje, że pomimo szerokich możliwości modelowania zjawisk przepływu może on obecnie znaleźć zastosowanie bardziej w projektach badawczych niż komercyjnych.