انجمن ژئومکانیک نفت ایراننشریه علمی ژئومکانیک نفت2538-46513شماره 2 (تابستان 1398)20190622Numerical modeling of roughness effect on fluid flow behavior in natural rock fracture with Fluent Softwareمدلسازی عددی اثر زبری بر رفتار جریان سیال در شکستگی طبیعی سنگ با استفاده از نرم افزار Fluent1119089210.22107/JPG.2019.165915.1082FAمحمد جواد نصریدانشکده معدن، نفت وژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایراناحمد رمضان زادهدانشیار، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود
رییس هیات مدیره انجمن ژئومکانیک نفت ایرانهومن جنابیشرکت پایانه های نفتی ایران تهران ایرانJournal Article20190111Rock fracture as a weakness plane in most cases determines the mechanical and hydraulic behavior of the rock mass. In many geomechanical projects such as exploitation of hydrocarbon reservoirs and storage of hydrocarbon materials, recognition of mechanical and hydraulic behavior of fractures is one of the most important issue of the study in design and implement. The most important parameter affecting fracture behavior is the geometry of features such as aperture and roughness. In this manuscript, these parameters are numerically studied.<br />Using the cloud points obtained by scanning the natural fracture surfaces, the digital geometry model is made. The fluid flow is simulated in a rock fracture by solving Navier-Stokes equations, in these geometric models, using fluent software.<br />The validity of this numerical modeling has been tested with the results of laboratory experiments, which suggests that the modeling method is correct.<br />fluid flow in a rock fracture was investigated for a wide range of fluid flow rates and different roughness using this numerical model. The results of this numerical modeling demonstrate that the Forchheimer's relation describes well the flow of nonlinear fluid in a rock fracture.<br />Also, the linear and nonlinear coefficients of the Forchheimer equation are estimated for each geometry. The results show that linear and nonlinear values increase with increasing the aperture.در بسیاری از پروژههای مهندسی ژئومکانیک، شناخت رفتار هیدرولیکی شکستگیهای سنگی به عنوان بخش تراوای تودهسنگ ضروری است. پارامترهای هندسی شکستگی، نظیر زبری دیوارهها و بازشدگی شکستگی تاثیر چشمگیری در رفتار هیدرولیکی و مکانیکی آن دارد، در این مقاله این پارامترها به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفتهاند. در تهیه مدل هندسی از اسکن سه بعدی دیوارههای شکستگی سنگ طبیعی استفاده شده و با استفاده از نرم افزار Fluent و حل معادلههای ناویر- استوکس در این مدل، جریان سیال در شکستگی سنگ شبیهسازی شده است. اعتبار مدلسازی عددی نیز با نتایج آزمایشگاهی کنترل شده که حاکی از صحت روش مدلسازی است. در ادامه برای محدوده وسیعی از نرخ جریان و زبریهای متفاوت با استفاده از این مدل عددی، جریان سیال در شکستگی سنگی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این مدلسازی نشان میدهد که رابطه ماکروسکوپی فورچمهیر به خوبی جریان غیرخطی سیال در شکستگی سنگی را توصیف میکند. مقادیر ضرایب خطی و غیرخطی معادله فورچمهیر برای هریک از مدلهای هندسی برآورد شده است. افزون برآن نتایج بدست آمده نشان میدهد که با افزایش بازشدگی، مقادیر ضرایب خطی و غیرخطی کاهش مییابد.http://www.irpga-journal.ir/article_90892_130c019627c17b6138952e51ace48d66.pdfانجمن ژئومکانیک نفت ایراننشریه علمی ژئومکانیک نفت2538-46513شماره 2 (تابستان 1398)20190622New Method of Generating and Clustering Pore Network Modelروش نوین ایجاد و خوشهبندی مدل شبکه حفرات محیط متخلخل12268607810.22107/jpg.2019.112968.1052FAفرزاد برزگرمهندسی نفت، مهندسی شیمی و نفت، شریف، تهران، ایرانمحمد آزادی تبارمهندسی نفت، مهندسی شیمی و نفت، شریف، تهران، ایرانمحسن مسیحیمهندسی نفت، مهندسی شیمی و نفت، صنعتی شریف، تهران، ایرانJournal Article20180103In this study, a method for generating a pore network model based on porous media static characteristics has been presented. The method with the aim of pore size, coordination number distribution and the porosity is developed to generate an irregular pore network model. Because the model uses probability functions, it has different answers. In order to optimize model, porosity is used as target function. This irregular model has all of the desired static properties such as pore size, coordination number distribution and porosity. The model coordination number can vary from 0 to 26. An effective pore network is extracted using a new clustering algorithm. Finally, the results of an extracted pore network from the CT scan image of a synthetic silica achieved from maximal ball algorithm were used as the model inputs. The outcome of the developed model was compared with the mentioned model and statically and structural agreement was found.هندسه محیط متخلخل از مهمترین عوامل تأثیرگذار در آنالیز خواص انتقالی است. مدل حفره-گلوگاه به منظور توصیف خواص انتقالی در محیط متخلخل استفاده میشود. در این مطالعه، روشی برای ایجاد شبکه حفره ها بر اساس مشخصههای استاتیک مربوط به محیط متخلخل ارائه شده است. در این روش، با استفاده از توزیع اندازه حفرهها، توزیع عدد همآرایی و تخلخل مشخص، یک مدل شبکه حفره ها نامنظم ایجاد میشود. مدل ارائهشده بر مبنای توابع احتمالی ایجاد میشود، به همین دلیل دارای جوابهای متنوعی است. با قرار دادن تخلخل بهعنوان تابع هدف، شبیهسازی تا رسیدن به نقطه تطابق میان تخلخل ورودی و مدل توسعه داده شده ادامه مییابد. این مدل نامنظم، شامل خواص استاتیک مدنظر از قبیل توزیع اندازه حفره ها، توزیع عدد همآرایی و تخلخل است. عدد همآرایی برای این مدل میتواند بین 0 تا 26 متغیر باشد. در این مدل، الگوریتم خوشهبندی به گونه ای است که شبکه مرتبط به تخلخل مفید بهصورت مجزا نمایش داده شود. در انتها، پارامترهای استخراجی از تصاویر سیتیاسکن مربوط به یک سنگ سیلیکا مصنوعی حاصل از الگوریتم حفره ها ماکسیمم اصلاحشده بهعنوان ورودی مدل، استفاده شده است. مقایسه نتایج حاصل از دو مدل نشان از انطباق مناسب میان مشخصههای استاتیکی و ساختاری است.http://www.irpga-journal.ir/article_86078_e88f2a482818054919eee5d76895d955.pdfانجمن ژئومکانیک نفت ایراننشریه علمی ژئومکانیک نفت2538-46513شماره 2 (تابستان 1398)20190622Gaussian process regression in seismic fault detectionارائه روش برازش فرآیند گوسی در شناسایی گسل در مقاطع لرزهنگاری27419089410.22107/jpg.2019.177272.1088FAمریم نوریدانشکده مهندسی نفت، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، تهران ، ایرانحسین حسنیدانشیار دانشکده مهندسی معدن و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیرعبدالرحیم جواهریاندانشکده مهندسی نفت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایرانسید علی معلمیپژوهشکده ازدیادبرداشت از مخازن نفت و گاز، شرکت ملی نفت ایران، تهران، ایرانJournal Article20190329Gaussian process regression, as a nonparametric probabilistic model based on Bayesian statistics, is highly capable of supporting sparse features such as global anomalies. Detecting abnormal behavior from normal behavior makes Gaussian process regression as an edges detector where faults may occur in the seismic data. In this study, the Gaussian process regression-based anomaly detection was applied to both synthetic and real data containing normal fault to detect the fault edge. To identify the fault edges, the geological layers are considered as normal interaction and the fault edge as a global anomaly which disrupts the normal behavior of layers. The error of regression is analyzed to separate the fault edge. To evaluate the proposed method, it was applied on a series of synthetic seismic data and a real 2D seismic section of F3 block of the North Sea containing the fault. The results show the ability of this method in fault detection.برازش فرآیند گوسی، به عنوان یک مدل احتمالاتی غیرپارامتری مبتنی بر آمار بیزین، در مطالعات ویژگیهای پراکنده مانند ناهنجاریهای کلی بسیار توانمند است. توانمندی بارز این فرآیند، شناسایی رفتارهای ناهنجار از رفتارهای هنجار می باشد. بنابراین می توان این فرآیند را به عنوان یک روش در شناسایی لبه های گسلی در اطلاعات لرزهنگاری معرفی کرد. در این مطالعه، شناسایی ناهنجاری مبتنی بر برآزش فرآیند گوسی بر روی دادههای لرزهای مصنوعی و دادههای واقعی بهکار بردهشدهاست. بهمنظور شناسایی لبههای گسلی، لایههای زمینشناسی به عنوان تعاملهای نرمال درنظر گرفته شدهاند. لبههای گسلی بهعنوان ناهنجاریهای عمومی درنظر گرفتهشدهاند که منجر به برهم ریختگی رفتار نرمال بازتابنده های لرزه ای میشود. درنهایت خطای برازش برای جداکردن گسلها از سایر ناهنجاری ها استفاده شدهاست. جهت بررسی عملکرد روش برازش فرآیند گوسی، این روش برروی یکسری مجموعه داده مصنوعی و یک مقطع دو بعدی از بلوک F3 بخش هلندی دریای شمال حاوی گسل اعمال شدهاست. نتایج نشان دهنده توانمندی این روش در بارزکردن محل گسل میباشد.http://www.irpga-journal.ir/article_90894_f62b73ab46f7348ee6835bcef3a0150a.pdfانجمن ژئومکانیک نفت ایراننشریه علمی ژئومکانیک نفت2538-46513شماره 2 (تابستان 1398)20190622Geostatistical multiple-point modeling of heterogeneous facies of petroleum reservoirs in order to control of the sand productionمدلسازی زمینآماری چندنقطهای رخسارههای ناهمگون مخازن نفتی بهمنظور کنترل تولید ماسه28438608010.22107/jpg.2019.151505.1072FAمجتبی باوند سوادکوهیدانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران.بهزاد تخم چیدانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران0000-0003-1516-0624اروان گلوآگوئنمرکز آب زمین محیط زیست، موسسه ملی تحقیقات علمی، دانشگاه کبک، کبک، کاناداعلیرضا عرب امیریدانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایرانJournal Article20181009Considering the geomechanical characteristics of the subsurface facies in well location can play an important role in reducing the sand production from reservoirs. The main step in the geomechanical characterization in the reservoirs is to create an accurate geomechanical zoning. Due to the intrinsic spatial variability and also the high heterogeneity of the facies making such geomechanical zoning is accompanied with high uncertainty without having a reliable structural model of the reservoir facies. In recent decades, multiple-point simulations (MPS) have been considered not only as an efficient gadget to estimate the geomechanical properties in the reservoirs but also as a tool for the modeling of the heterogeneous facies. The importance of generating an accurate model of the subsurface facies has led to the development of various algorithms to improve accuracy and computational efficiency. In this paper, a new algorithm is proposed for numerical modeling of heterogeneous facies in oil reservoirs. The proposed algorithm is based on Discrete Wavelet Transform (DWT) and the Cross Correlation (CC) function. For this reason, the proposed algorithm is called CCWSIM. The accuracy and computational efficiency of the proposed algorithm are compared with another well-known MPS algorithm, called MS-CCSIM, in a two-dimensional synthetic model of the reservoir. The results of the comparison show high accuracy of the proposed algorithm (CCWSIM) in the reproduction of heterogeneous reservoir facies. In addition, the proposed algorithm is more efficient than MS-CCSIM algorithm.انتخاب موقعیت مناسب چاههای تولید با در نظر گرفتن مشخصات ژئومکانیکی رخسارههای مخزن میتواند نقش بسیار مهمی در کاهش تولید شن و ماسه در فرآیند تولید نفت از مخازن ماسهسنگی داشته باشد.گام اصلی در تعیین مشخصات ژئومکانیکی رخسارههای مخزن، ایجاد منطقهبندی ژئومکانیکی است. با توجه به تغییرپذیری فضایی ذاتی و همچنین ناهمگونی شدید رخسارههای نفتی، ایجاد چنین منطقهبندی بدون داشتن یک مدل ساختاری مطمئن از رخسارههای مخزن، با عدم قطعیت نسبتاً بالایی همراه است. شبیهسازیهای چندنقطهای زمینآماری نه تنها به عنوان روشی قدرتمند در تخمین ویژگیهای ژئومکانیکی مخزن بلکه به عنوان ابزاری برای مدلسازی رخسارههای به شدت ناهمگون از چند دهه اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفتهاند. اهمیت ایجاد یک مدل دقیق از رخسارههای زیرسطحی موجب شده است تا الگوریتمهای متنوعی به منظور بهبود دقت و راندمان محاسباتی ارائه شوند. در این مقاله یک الگوریتم جدید برای مدلسازی عددی رخسارههای ناهمگون در مخازن نفتی پیشنهاد شده است. الگوریتم پیشنهادی مبتنی بر تبدیل موجک گسسته (Discrete Wavelet Transform) و تابع همبستگی متقابل (Cross Correlation) است. به همین دلیل الگوریتم پیشنهادی CCWSIM نامیده شد. دقت و راندمان محاسباتی الگوریتم پیشنهادی با یکی دیگر از الگوریتمهای شناخته شده شبیهسازی چندنقطهای بنام CCSIM، در مدلهای مصنوعی مختلف دوبعدی مخزن مقایسه میشوند. نتایج حاصل از مقایسه تحققها، دقت بالای الگوریتم پیشنهادی (CCWSIM) در بازتولید رخسارههای ناهمگون مخزن را به خوبی نشان میدهد. همچنین الگوریتم پیشنهادی دارای راندمان بسیار بالاتری نسبت به الگوریتم CCSIM است.http://www.irpga-journal.ir/article_86080_ebce7548741e5ed7ba55f7f4d53c131d.pdfانجمن ژئومکانیک نفت ایراننشریه علمی ژئومکانیک نفت2538-46513شماره 2 (تابستان 1398)20190622Non-linear Behavior of Crude Oil Flow through Rough-walled Fractures by Three-Dimensional Nevier-Stokes Numerical Simulationبررسی رفتار غیرخطی جریان نفت درون شکستگی های سنگی دارای زبری با تکیه بر شبیه سازی سه بعدی معادلات ناویه-استوکس44599089310.22107/jpg.2019.167591.1083FAمرتضی جوادی اصطهباناتیگروه استخراج دانشکده مهندسی معدن، نقت و ژئوفیریک، دانشگاه صنعتی شاهرودJournal Article20190113One of the most important aspects of governing physical processes through rough-walled fractures is the non-linear behavior of flow. The main aim of this paper is to investigate the effect of non-linear flow on the hydraulic parameters and deviation from Darcy’s law. To reach this goal, the three-dimensional simulation of crude oil flow inside rough-walled fractures was performed by numerical solving the Navier-Stokes equations supplemented by the continuity equation through application of finite volume technique. The crude oil flow through three-dimensional space of rough-walled fractures was numerically simulated for a wide range of inlet velocity of flow rates. Then, the regime of flow, the deviation of crude oil flow through rough-walled open fractures from Darcy’s law, nonlinear relationship between hydraulic gradient and flow rate, and the effect of non-linear flow on the hydraulic aperture and permeability of fractures were investigated by analysis of crude oil flow simulation. The results of this study indicate that the crude oil flow through rough-walled fractures is non-linear; therefore the hydraulic parameters such as hydraulic aperture and permeability are not constant and highly depend on the flow rate of crude oil. In fact, hydraulic aperture and permeability of fractures decrease non-linearly by increment of flow rate, where these parameters show 10% and 20% of relative decrement, respectively. In addition, the results of regression analysis show that the Forchheimer’s law appropriately describes the behavior of crude oil flow through rough-walled fractures than Darcy’s law. Moreover, the accuracy of Forchheimer’s law is much more than 98%, but the relative error of Darcy’s law reaches to 27%.در این مقاله، تاثیر جریان غیرخطی نفت درون شکستگی های سنگی بر پارامترهای هیدرولیکی و با هدف ارزیابی انحراف رفتار هیدرولیکی شکستگی ها از قانون دارسی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، جریان نفت در داخل شکستگی سه بعدی دارای دیواره های زبر برای دامنه وسیعی از دبی حجمی جریان عبوری و با استفاده از حل عددی همزمان معادلات ناویه-استوکس و پیوستگی به روش حجم محدود شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از این مقاله نشان می دهد که جریان نفت درون شکستگی های سنگی دارای رفتار غیرخطی بوده و به همین دلیل، دهانه هیدرولیکی و نفوذپذیری شکستگی پارامترهای ثابت (مستقل) نبوده و کاملا به میزان دبی جریان عبوری از شکستگی وابسته هستند. در حقیقت، با افزایش سرعت جریان در داخل شکستگی ها، مقادیر دهانه هیدرولیکی شکستگی و نفوذپذیری بطور غیرخطی کاهش می یابند که مقدار کاهش نسبی این دو پارامتر برای شکستگی های مورد مطالعه در این مقاله بترتیب در بازه 10 و 20 درصد بوده است. همچنین، نتایج حاصل از برازش قوانین دارسی و فورچی میر به نتایچ حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که رفتار جریان در شکستگی ها سنگی توسط قانون فورچی میر بخوبی توصیف می شود بگونه ای که دقت قانون فورچی میر برای توصیف رفتار جریان نفت در شکستگی مورد بررسی بیش از 98% بوده در حالی که خطای قانون دارسی به بیش از 27% نیز می رسد.http://www.irpga-journal.ir/article_90893_904f8448ab8154e453358e0f69bea7ff.pdfانجمن ژئومکانیک نفت ایراننشریه علمی ژئومکانیک نفت2538-46513شماره 2 (تابستان 1398)20190622A fully coupled thermo-hydro-mechanical model for simulating hydro-carbon reservoirsمدلسازی تنیده ترموهیدرومکانیکی مخازن هیدروکربنی60809089610.22107/jpg.2019.179581.1091FAحسن قاسم زادهدانشیار؛ دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی0000 -0001-6267-9619محمد صنایع پسنددانشکده مهندسی عمران دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسیJournal Article20190420In an oil reservoirs, the mechanical stresses, the thermal stresses and the fluid pressures can effect on each other and create a completely coupled phenomenon. Reservoir deformations due to thermal and mechanical stresses can cause the changes on effective stress and effect on the rate of production. Similarly, fluid pore pressure and temperature variations can effect on the deformation of reservoirs. Since these phenomena are mutually interacting with each other, considering the effects of temperature, fluid pore pressure and deformation on reservoir production requires the simultaneous simulation of heat, geomechanical and flow equations. In this article, first, the history of thermo-hydro-mechanical modeling is described. Then, the governing equations include three sets of mass equilibrium, momentum equilibrium and energy balance equations are presented for a non-isothermal deformable porous medium that is saturated by three phases of water, oil, and gas. These equations are related to each other and are solved in the form of partial differential equations. Due to being coupled of governing equations and the complexity of their boundary conditions, this equation is usually solved numerically. Different numerical methods have been used for solving which have different positive and negative points. Finally, the numerical solution of coupled thermo-hydro-mechanical equations is described in a finite volume and finite element methods and the examples of porous media simulation are presented. The examples show the ability of the proposed model.در یک مخزن نیروهای ناشی از تنشهای مکانیکی، تنشهای حرارتی و فشار سیالات بر روی یکدیگر اثر گذاشته و یک پدیده کاملا بهمتنیده را ایجاد میکنند. تغییر شکلهای مخازن در اثر دما و تنشهای مکانیکی سبب تغییرات تنش موثر شده و میزان دبی تولید را تحت تأثیر قرار میدهد. به صورت مشابه فشارحفرهای و تغییرات درجه حرارت سبب تغییرشکل در مخازن میشود. از آنجا که این پدیدهها به صورت دوطرفه در اندرکنش با یکدیگر قرار دارند، لحاظ کردن تأثیرهای حرارت، فشارحفرهای و تغییرشکلها بر تولید مخزن در برنامههای شبیه سازی مخزن نیازمند حل همزمان معادلات حرارت، ژئومکانیک و جریان میباشد. در این تحقیق ابتدا به بررسی تاریخچه مدلسازی ترموهیدرومکانیک پرداخته میشود. سپس معادلات حاکم شامل سه دسته معادلات توازن جرم، توازن مومنتوم و توازن انرژی برای یک محیط متخلخل تغییرشکلپذیر غیرهم دما که توسط سه فاز سیال آب، نفت و گاز اشباع شده است، ارایه میشوند. این معادلات به یکدیگر وابسته بوده و بصورت دستگاه معادلات دیفرانسیل جزئی حل میگردند. با توجه به تنیده بودن معادلات حاکم و پیچیده بودن شرایط مرزی آنها، این دستگاه معادلات معمولا به روش عددی حل میشوند. روشهای عددی مختلفی برای حل بکار گرفته شده است که دارای نقاط ضعف و قوت متفاوتی هستند. در این مقاله حل عددی معادلات تنیده ترموهیدرومکانیکی حاکم بر مخازن هیدروکربنی، به روش ترکیبی اجزا محدود و احجام محدود مطرح شده و مثالهایی از شبیه سازی محیطهای متخلخل ارایه میگردد. مثالها توانایی مدل پیشنهادی را نشان میدهند.http://www.irpga-journal.ir/article_90896_b62813dfafd2e38400a92bdae007b70b.pdf