شبیه سازی سه بعدی جریان نفت درون شکستگی های سنگی دارای سطوح زبر و مقایسه آن با روابط هندسی کلاسیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه استخراج دانشکده مهندسی معدن، نقت و ژئوفیریک، دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

بخش عمده جریان هیدروکربن در مخازن شکافدار از طریق (داخل) شکستگی های دارای دیوارهای زبر حادث شده و بنابراین، ارائه مدل های با کارآیی مناسب از رفتار مخازن هیدروکربن، نیازمند فهم عمیق تر از رفتار هیدرولیکی و هیدرومکانیکی شکستگی های سنگی خواهد بود. در این، مقاله رفتار جریان نفت درون شکستگی های سنگی زبر و با هدف بررسی تاثیر زبری و اعتبارسنجی روابط هندسی کلاسیک مطالعه شده است. بدین منظور، جریان نفت در داخل شکستگی های سه بعدی با سطوح زبر با روش عددی حجم محدود شبیه سازی و نتایج حاصل از دیدگاه های مختلفی مورد تحلیل قرار گرفته است. در نهایت، نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با روابط هندسی کلاسیک جریان در شکستگی های سنگی و با هدف اعتبارسنجی این روابط مقایسه شده است. نتایج حاصل از این مطالعات نشان می دهد، 1- برای شکستگی های باز، تاثیر زبری سطوح بر روی افت فشار استاتیک بیشتر از چیدمان دهانه مکانیکی است، 2- با افزایش عدد رینولدز، مقدار نفوذپذیری شکستگی ها کاهش می یابد، 3- روابط کلاسیک هندسی دارای خطای نسبی بین 5 تا 35% بوده و هرچه نفوذپذیری شکستگی ها کمتر باشد (فزایش زبری و تغییرات فضایی دهانه) از اعتبار روابط هندسی کلاسیک کاسته می شود.

کلیدواژه‌ها


Bear, J. (1972). Dynamics of Fluids in Porous Media. New York: Elsevier.
Brown, S. R. (1987). Fluid flow through rock joints: the effect of surface roughness. Journal of Geophysical Research , 1337-1347.
Brown, S., Stockman, H., & Reeves, S. (1995). Applicability of the Reynolds equation for modeling fluid flow between rough surfaces. Geophys. Res. Lett., 2537–2540.
Brush, D., & Thomson, N. R. (2003). Fluid flow in synthetic rough-walled fractures: Navier-Stokes, Stokes, and local cubic law simulations. Water Res. Res., 1085-1099.
David, C. (1993). Geometry of flow paths for fluid transport in rocks. Journal of Geophysical Research, 267-278.
Elsworth, D., & Goodman, R. (1986). Characterization of Rock Fissure Hydraulic Conductivity Using Idealized Wall Roughness Profiles. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 233-243.
Ge, S. (1997). A governing equation for fluid flow in rough fractures. Water Resour. Res., 53–61.
Javadi, M., Sharifzadeh, M., & Shahriar, K. (2010). A New Geometrical Model for Non-Linear Fluid Flow through Rough Fractures. J. Hydrol., 18–30.
Javadi, M., Sharifzadeh, M., Shahriar, K., & Mehrjooii, M. (2012). Roughness effect on velocity domain through rock fractures. Sharif Journal of Science and Technology, Civil Engineering, 21-28.
Javadi, M., Sharifzadeh, M., Shahriar, K., & Mitani, Y. (2014). Critical Reynolds Number For Non-linear Flow Through Rough-walled Fractures: The Role of Shear Processes. Water Resources Research, 1789–1804.
Kitandis, P., & Dykaar, B. (1997). Stokes Flow in a Slowly Varying Two-Dimensional Periodic Pore. Transport in Porous Media, 89–98.
Koyama, T., Neretnieks, I., & Jing, L. (2008). A numerical study on differences in using Navier–Stokes and Reynolds equations for modeling the fluid flow and particle transport in single rock fractures with shear. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 1082–1101.
Liu, R., Li, B., & Jiang, Y. (2016). Critical hydraulic gradient for nonlinear flow through rock fracture networks: The roles of aperture, surface roughness, and number of intersections. Advances in Water Resources, 53–65.
Nelson, R. (2001). Geologic Analysis of Naturally Fractured Reservoirs. United States of America: Gulf Professional Publishing.
Neuzil, C., & Tracy, J. (1981). Flow through fractures. Water Resource. Res., 191–199.
Nicholl, M., Rajaram, J. H., Glass, R., & Detwiler, R. (1999). Saturated flow in a single fracture: Evaluation of the Reynolds equation in measured aperture field. Water Res., Res., 3361-3373.
Oron, A. P., & Berkowitz, B. (1998). Flow in rock fractures: the local cubic law assumption reexamined. Water Resources Research, 2811-2824.
Piggott, A. R., & Elsworth, D. (1993). Laboratory assesment of the equivalent apertures of a rock fracture. Geophysical Research Letters, 1387-1390.
Renshaw, C. E. (1995). On the relationship between mechanical and hydraulic apertures in rough-walled fractures. Journal of Geophysical Research, 629-636.
Sarkar, S., Toksöz, M., & Burns, D. (2002). Fluid Flow Simulation in Fractured Reservoirs. MIT Earth Resources Laboratory.
Sharifzadeh, M., & Javadi, M. (2017). Groundwater and underground excavations: From theory to practice.
In X.-T. Feng, Rock Mechanics and Engineering, Volume 3: Analysis, Modelling and Design; Editor (pp. 299-330). CRC.
Sharifzadeh, M., Javadi, M., & Shahriar, K. (2010). Evaluation of Non-linear fluid flow through roughwalled fractures. Amirkabir Journal of Science and Technology, Civil Engineering, 21-28.
Sharifzadeh, M., Mitani, Y., & Esaki, T. (2006). Rock Joint surfaces measurement and analysis of aperture
distribution under different normal and shear loading using GIS. Rock Mechanics and Rock Engineering, 299–323.
Thompson, M. E., & Brown, S. R. (1991). The effect of anisotropic surface roughness on flow and transport in fracture. Journal of Geophysical Research , 923–932.
Tsang, Y. W., & Tsang, C. F. (1987). Channel Model of Flow through Fractured Media. Water Resour. Res., 467–479.
Tsang, Y., & Witherspoon, P. (1981). Hydromechanical Behavior of a Deformable Rock Fracture Subject to Normal Stress. J. Geophys. Res., 9287-9298.
Wang, L., Cardenas, M., Slottke, D., Ketcham, R., & Sharp, J. (2015). Modification of the Local Cubic Law of fracture flow for weak inertia, tortuosity, and roughness. Water Resour. Res., doi:10.1002/2014WR015815.
Wilson, C. R., & Witherspoon, P. A. (1974). Steady state flow in rigid networks of fractures. Water Res. Res., 328–335.
Witherspoon, P., Wang, J., Iwai, K., & Gale, J. (1980). Validity of Cubic Law for Fluid Flow in a Deformable Rock Fracture. Water Resour. Res., 1016–1024.
Yeo, I. W., & Ge, S. (2005). Applicable range of the Reynolds equation for fluid flow in a rock Fracture. Geosciences Journal, 347-352.
Yu, L., Liu, R., & Jiang, Y. (2017). A Review of Critical Conditions for the Onset of Nonlinear Fluid Flow in Rock Fractures. Geofluids, Article ID 2176932. https://doi.org/10.1155/2017/2176932.
Zimmerman, R. W., Kumar, S., & Bodvarsson, G. S. (1991). Lubrication Theory Analysis of the Permeability of Rough-walled Fractures. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr., 233-243.
Zimmerman, R., & Bodvarsson, G. (1996). Hydraulic conductivity of rock fractures. Transport in Porous Media, 1−30.
Zou, L., Jing, L., & Cvetkovic, L. (2015). Roughness decomposition and nonlinear fluid flow in a single rock fracture. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 118-102.