شبيه سازي سه بعدي جريان نفت درون شكستگي هاي سنگي داراي سطوح زبر و مقايسه آن با روابط هندسي كلاسيك

Tree-dimensional Crude Oil Flow Simulation through Rough-walled Fractures for Evaluating the Classic Geometrical Equations

بخش عمده جريان هيدروكربن در مخازن شكافدار از طريق (داخل) شكستگي هاي داراي ديوارهاي زبر حادث شده و بنابراين، ارائه مدل هاي با كارآيي مناسب از رفتار مخازن هيدروكربن، نيازمند فهم عميق تر از رفتار هيدروليكي و هيدرومكانيكي شكستگي هاي سنگي خواهد بود. در اين، مقاله رفتار جريان نفت درون شكستگي هاي سنگي زبر و با هدف بررسي تاثير زبري و اعتبارسنجي روابط هندسي كلاسيك مطالعه شده است. بدين منظور، جريان نفت در داخل شكستگي هاي سه بعدي با سطوح زبر با روش عددي حجم محدود شبيه سازي و نتايج حاصل از ديدگاه هاي مختلفي مورد تحليل قرار گرفته است. در نهايت، نتايج حاصل از شبيه سازي عددي با روابط هندسي كلاسيك جريان در شكستگي هاي سنگي و با هدف اعتبارسنجي اين روابط مقايسه شده است. نتايج حاصل از اين مطالعات نشان مي دهد، 1- براي شكستگي هاي باز، تاثير زبري سطوح بر روي افت فشار استاتيك بيشتر از چيدمان دهانه مكانيكي است، 2- با افزايش عدد رينولدز، مقدار نفوذپذيري شكستگي ها كاهش مي يابد، 3- روابط كلاسيك هندسي داراي خطاي نسبي بين 5 تا 35% بوده و هرچه نفوذپذيري شكستگي ها كمتر باشد (فزايش زبري و تغييرات فضايي دهانه) از اعتبار روابط هندسي كلاسيك كاسته مي شود.

This paper investigates the crude oil flow through open and rough-walled fractures. The aim of this paper is to evaluate the effects of surface roughness and spatial arrangement of aperture segment on fluid flow phenomenon through rough-walled fractures. In addition, the validity of classic geometrical equations of cubic law correction was explored by comparing the output results of numerical simulations (in terms of permeability). To reach this goal, the crude oil flow through three-dimensional rough-walled fractures was numerically simulated by simultaneous solving of Navier-Stokes and mass conservation equations and utilizing FLUENTTM computational software. The numerical crude oil flow simulation was performed for six different three-dimensional geometrical models of fractures whit different roughness and aperture arrangements and constant porosity. The results of fluid flow simulation were analyzed with different points of view and then compared with the classic geometrical equations of cubic law correction. The results of this study show that (i) for the open fractures, the effects of roughness on the pressure lose is higher than spatial arrangement of aperture segment, (ii) due to the nonlinearity of flow, the permeability of fractures decreases by increasing the Reynolds number, and (iii) with the classic geometrical equations of cubic law correction encounter with about 5 to 35% error and the accuracy of these equations will be decrease by decrease the permeability of fractures or increase of roughness and spatial variability of aperture. These findings prove useful in proper understanding of crude oil flow in fractures, or inclusions in computational simulation of large-scale flow in fractured petroleum reservoirs.