An analytical algorithm of porosity–permeability for porous and fractured media: extension to reactive transport conditions and fitting via flow-through experiments within limestone and dolomite

Accurate prediction of permeability evolution is essential for forecasting the long-term performance and lifetime of hydrothermal reservoirs, an important goal in the geothermal, ore, and petroleum industries. Erol et al. (Transp Porous Media 120(2):327–358, 2017. https://doi.org/10.1007/s11242-017-0923-z) introduced a general (non-empirical) analytical Kozeny–Carman type equation for predicting matrix and fracture permeability during single-phase, non-reactive flow. Here we incorporate the equation into an algorithm for addressing the influence on porous and fractured media permeability of the transient reactive processes of mineral dissolution and precipitation. Analytical algorithm predictions are identical to permeability values measured during fluid circulation through limestone and dolomite core samples from the Campine Basin deep geothermal system in Belgium. Benchmarking used identical values for initial hydraulic aperture dimension and porosity, measured during fluid circulation based on nondestructive micro-CT imaging. Analytical algorithm predictions of reactive surface area and fracture porosity are similar to results based on the TOUGHREACT reactive transport code. TOUGHREACT implements several well- established power-law models for predicting permeability, notably Civan (AIChE J 47(2):1167–1197, 2001. https://doi.org/10.1002/aic.690470206) and Verma and Pruess (J Geophys Res Solid Earth 93:1159–1173, 1988. https://doi.org/10.1029/jb093ib02p01159). However, these models rely on specification of empirical exponents, which are not straightforward to measure. Our results suggest that a more general, computationally inexpensive analytical method can lead to accurate permeability calculation

Géothermie minière sur Liège associée à un réseau de chaleur (Glain-Mont-Légia) : projet pilote de faisabilité

La recherche consiste à utiliser les eaux souterraines des mines abandonnées pour alimenter un réseau de chaleur et de froid avec des pompes à chaleur et un circuit ouvert impliquant le pompage en profondeur et la réinjection proche de la surface. Une étude de faisabilité dans le bassin de Liège en vue de lancer un projet pilote est réalisée. Ce projet est financé par le SPW Energie, est coordonné par le VITO, et a comme partenaire UMons et ULiège. En partant des résultats de l’ « Étude du potentiel de la géothermie des eaux des mines en Région Wallonne » (2019-2020) VITO – UMons – Mijnwater NV – ABO, les zones où le potentiel est le plus intéressant ont été délimitées dans les zones de Mons, du Centre et de Liège. Pour Liège, ceci a amené à étudier les demandes en énergies pour 3 zones, dont la plus prometteuse est celle de St Nicolas-Ans approximativement centrée sur l’hôpital du Mont Legia. L’évaluation est réalisée sur base de la définition des réseaux de chaleur et climatisation de 5ème génération (5GDHC = 5th Generation District Heat and Cold grid). Pour l’évaluation du potentiel du sous-sol, les valeurs de conductivité hydraulique des zones rocheuses exploitées ont été artificiellement augmentées. Cependant, l'efficacité à long terme et les impacts possibles des doublets géothermiques doivent être étudiés en tenant compte d'une série de défis hydrogéologiques. L'eau chaude serait pompée dans les parties profondes des travaux miniers et l'eau froide réinjectée dans une galerie moins profonde ou dans des roches fracturées peu profondes, avec une inversion saisonnière du flux pour le refroidissement des bâtiments pendant la saison chaude. Il faut s’assurer cependant qu’il n’y ait pas de circulation rapide des eaux souterraines entre les parties profondes et les parties peu profondes de la mine. La géométrie réelle du réseau interconnecté de galeries et de puits ouverts peut être très complexe et doit être conceptualisée de manière réaliste pour garantir la faisabilité et la fiabilité du modèle (partie réalisée par UMons). Ensuite la modélisation doit impliquer l'écoulement des eaux souterraines et le transport de la chaleur, avec une densité et une viscosité dépendant de la température, dans un domaine hétérogène 3D complexe composé de roches très fracturées et de zones d'exploitation, de galeries et de puits partiellement effondrés. Un tel modèle est néanmoins largement recommandé pour concevoir et optimiser l'efficacité à court, moyen et long terme du système géothermique, ainsi que pour évaluer les éventuels impacts environnementaux. Des exemples de simulations sur des cas synthétiques de complexité croissante montrent que l’équipe (ULiège) est prête pour la simulation de différents scénarios sur le cas réel.L’étude de faisabilité dans le bassin de Liège en vue de lancer un projet pilote en géothermie minière7. Affordable and clean energ

Détermination du potentiel de la géothermie peu profonde (moins de 500m) pour la production de chaleur et de froid en Wallonie.

7. Affordable and clean energ