Numerical modelling of Alpine deep flow systems: a management and prediction tool for an exploited geothermal reservoir (Lavey-les-Bains, Switzerland)

Abstract

The geothermal site of Lavey-les-Bains, Switzerland is an Alpine deep flow system in fractured crystalline rocks. Groundwater analyses since 1973 reveal a mixing process between a deep warm component (68°C and TDS 1.4 g/L) and cold shallow water. The production rate of the new deep well P600, installed in 1997, has amplified this mixing process in well P201, for which a decline in temperature and TDS has been observed. Numerical hydrogeological two-dimensional and three-dimensional models of heat, flow and mass transport have been developed to reproduce the geothermal system and to forecast the long-term exploitation potential of the geothermal resource. The computed temperature of the deep inferred reservoir (100–130°C) is in agreement with the geothermometers, whereas the simulated thermal water flux (5,400–9,000 m³/day) is probably underestimated. Different fluid production scenarios can reproduce the decline and stabilization phases of temperatures in the geothermal field since 1997. For P201, the mixing ratio calculated before and during the exploitation of P600 is comparable with observed data; the modelled temperature tends towards stabilization in P201 at 56°C after 10–15 years of production at P600. Another proposed new well is likely to reduce the thermal output of the existing wells.

Résumé

Le site géothermal de Lavey-les-Bains (Suisse) est un système alpin d’écoulement profond dans des terrains cristallins fracturés. Les analyses acquises depuis 1973 sur les eaux souterraines montrent un processus de mélange entre une composante profonde et chaude (68°C et TDS 1.4 g/L) et une eau froide peu profonde. La production sur le nouveau puits profond P600, réalisé en 1997, a amplifié ce processus de mélange dans le puits P201, où une baisse de la température et des TDS a été observée. Des modèles numériques 2D et 3D de chaleur, d’écoulement et de transport de masse ont été développés pour reproduire le système géothermal et pour prédire le potentiel de ressource géothermique exploitable à long terme. La température calculée du réservoir profond induit (100–130°C) est en accord avec les géothermomètres alors que le flux d’eau thermale (5,400–9,000 m³/jour) est probablement sous-estimé. Plusieurs scénarios de production de fluide permettent de reproduire les phases de baisse et de stabilisation des températures dans le champ géothermal depuis 1997. Sur P201, le rapport de mélange calculé avant et pendant l’exploitation de P600 est comparable aux valeurs observées; la température modélisée sur P201 tend vers une stabilisation à 56 C après 10–15 ans de production sur P600. La proposition d’un nouveau puits est susceptible de réduire la production thermale des puits existants.

Resumen

El sitio geotérmico de Lavey-les-Bains, Suiza es un sistema de flujo profundo Alpino en rocas cristalinas fracturadas. Los análisis de las aguas subterráneas desde 1973 revelan un proceso de mezcla entre una componente de agua caliente profunda (68 C y TDS 1.4 g/L) y agua fría somera. El ritmo de producción del nuevo pozo profundo P600, instalado en 1997, ha amplificado este proceso de mezcla en el pozo P201, en el cual se ha observado una disminución en la temperatura y en los TDS. Se han desarrollado modelos numéricos hidrogeológicos 2D y 3D de transporte de calor, flujo y masa para reproducir el sistema geotérmico y pronosticar la potencial explotación a largo plazo del recurso geotérmico.La temperatura calculada del reservorio profundo inferido (100–130°C) esta de acuerdo con los geotermómetros, mientras que el flujo simulado de agua termal simulada (5,400–9,000 m³/d) está probablemente subestimado. Diferentes escenarios de producción de fluido pueden reproducir las fases de disminución y estabilización de la temperatura en el campo geotérmico desde 1997. Para el pozo P201, la relación de mezcla calculada antes y durante la explotación de P600 es comparable con los datos observados, la temperatura modelada tiende hacia la estabilización en el P201 en 56 C después de 10–15 años de producción del P600. Otro pozo nuevo propuesto pozos probablemente reduzca la producción tércmica de los pozos existentes.

Resumo

O sítio geotérmico de Lavey-les-Bains, Suíça é um sistema de circulação profunda Alpino em rochas cristalinas fracturadas. Análises de águas subterrâneas efectuadas desde 1973 revelam um processo de mistura entre um componente profundo e quente (68°C e SDT de 1.4 g/L) e água fria de baixa profundidade. O regime de exploração da nova captação profunda P600, instalada em 1997, tem intensificado este processo de mistura na captação P201, onde foi observada uma diminuição na temperatura e nos SDT. Foram desenvolvidos modelos hidrogeológicos numéricos 2D e 3D de calor, fluxo e transporte de massa para reproduzir o sistema geotérmico e prever o potencial de exploração do recurso geotérmico a longo prazo. A temperatura calculada do inferido reservatório profundo (100–130°C) está de acordo com os geotermómetros, enquanto que o fluxo de água termal simulado (5,400–9,000 m³/d) se encontra provavelmente subestimado. Diferentes cenários de produção de fluidos conseguem reproduzir as fases de diminuição e estabilização de temperaturas no campo geotérmico desde 1997. Para P201, a razão de mistura calculada antes e durante a exploração do P600 é comparável com dados observados; a temperatura modelada no P201 tende a estabilizar nos 56°C, após 10–15 anos de produção no P600. Uma outra nova captação proposta provavelmente irá reduzir a produção térmica das captações existentes.