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Poroelastizität

Prinzip zur Poroelastizität
Verschiedene Arten der Porosität

Die Poroelastizität beschreibt das elastische Verhalten poröser Materialien (Gesteine). Hierbei spielt sowohl die Fluidfüllung der Poren (auch Klüfte) und das elastische Verhalten der Matrix gleichermaßen eine Rolle.

Die Einflüsse der Fluidfüllung und der Matrix auf das Systemverhalten sind dabei nicht voneinander zu trennen sondern sind, auch im mathematischen Sinn, 'gekoppelt' (gekoppelte Differentialgleichungen).

Beschrieben wird die Poroelastizität einerseits durch ein große Zahl von Parmetern der Matrix und der Fluidfüllung, wie Dichten, Elastizitätsmodulen, Poroperm und viele mehr, andererseits durch

Feldgrößen,

wie:

Wesenlich sind neben der statischen Zustandsbetrachtung

dynamische Vorgänge,

wie:

  • Temperaturausbreitung durch Wärmeleitung (Konduktion)
  • Druckausbreitung mit Berücksichtigung der Reibung im Falle von Fluidbewegung
  • Fließen der Fluide im Porenraum (Konvektion, mitgeführte Wärme)
  • Änderungen durch Fluidentnahme (Produktion) oder Injektion
  • Temperaturänderungen durch Entnahme oder Einspeisen von Wärme
  • Entstehung oder Reaktivierung von Rissen
  • Chemische Gestein-Fluid Interaktion
  • Vieles mehr

Die Modellierung dieser poroelastischen Vorgänge wird oft als z.B. THCM-Modellierung bezeichnet, mit T= Temperatur, H= Hydraulik, C=Chemie, M= Mechanik. Wobei sich die Buchstaben jeweils daraus ergeben, welche Teilprozesse berücksichtigt wurden.

Bedeutung in der Geothermie

In der hydrothermalen Geothermie werden die Aquifere grundsätzlich als poroelastisch beschrieben. Alle Vorgänge in den Aquiferen laufen unter den durch die Poroelastizität vorgegebenen Randbedingungen ab. Reservoirbeschreibung aber auch Reservoirmanagement sind letzlich Anendungen der Poroelastizität.

Literatur

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