Тема 2. Моделирование многофазной неизотермической геофильтрации. «Быстрый старт» с использованием программы PetraSim v.5. Решение тестовых задач (16 часов).

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Учебный план курса «TOUGH2-геофлюидодинамика с элементами геомеханики» Разработчик - д.г.-м.н., проф. Алексей Владимирович Кирюхин Цели обучения: 1. Изложение теории неизотермических геофильтрационных процессов многофазных многокомпонентных флюидов, приложения геофлюидодинамических моделей для выяснения условий формирования и прогноза эксплуатации гидрогеологических, геотермальных, нефтяных и газовых резервуаров; 2. Изложение теории тектонических напряжений и роли порового давления, фрикционного равновесия, условий гидроразрыва с активизацией сдвиговых трещин; приложения для прогноза продуктивности резервуаров и их деформаций в процессе эксплуатации; анализ сейсмичности, вызванной инжекцией в геофлюидные резервуары. Категория слушателей: бакалавры 3 курс. Продолжительность обучения: 80 ауд. часов Режим занятий: 08 ноября – 25 ноября 2017 г, аудиторные занятия и необходимая самостоятельная работа.

Содержание курса

Тема 1. Введение в многофазную многокомпонентную неизотермическую фильтрацию в трещиновато-пористой среде (6 часов).

История TOUGH2-моделирования. Концептуальные модели. Физические основы и управляющие математические уравнения, вывод уравнений массового и энергетического баланса. Закон Дарси для многофазной неизотермической фильтрации, функции относительной проницаемости (линейная, Кори, Гранта), функции капиллярного давления (линейная, Ван-Генухтена).

Управляющие уравнения неизотермической многофазной геофильтрации (уравнения сохранения массы и энергии в TOUGH2)

(1.1)

- где V_n – произвольный объем в геофильтрационном пространстве с границей Г_n, t – время, М – аккумулятивный член, k – компонент (примеры: H₂O, CO₂, CH₄, нефть и т.д) k = 1, 2…..NK; k=NК+1 – тепловой член, F^k – массовый поток компонента k, q^k – внутренние источники и стоки.

Аккумулятивные члены:

(1.2)

- где – пористость, S_β – насыщение фазы β, ρ_β – плотность фазы β, – массовая доля компонента k в фазе β. Пористая среда сжимаемая, зависимость пористости от давления определяется следующим соотношением: δ = С∙δР, где С – сжимаемость (Pa^-1).

(1.3)

- где ρ_R- минеральная плотность (kg/m³), C_R – удельная теплоемкость (J/kg^оС),T – температура (^оС).

Потоковые члены:

(1.4)

-где F_β – конвективные массовые потоки (рассчитываются по закону Дарси):

(1.5)
- где k – проницаемость (м²), k_rβ – относительная проницаемость, µ_β – вязкость Па∙с, давление фазы β равно сумме давления газовой фазы и капиллярного давления: P_β = P_g + P_ср , g – ускорение свободного падения (m/s²)

(1.6)

-где λ – теплопроводность (W/m·С⁰), T – температура С⁰, h_β – энтальпия фазы β (J/kg).

Замечание 1. Исходя из (1.4) закон Дарси для однофазной фильтрации записывается следующим образом:

(1.7)

где P – давление, Ñ P – градиент флюидного давления , F – массовый поток флюида ( kg / s · m ² ), k – проницаемость ( m ² ), ρ – плотность флюида ( kg / m ³ ), μ – вязкость ( Pa · s ), g – ускорение свободного падения ( m / s ² )

Замечание 2. Удельная энергия потока флюида: (1) Удельная (1 кг) работа потока жидкости в канале: Flow work = Force x Distance = P x Area x Distance = P x V = P / ρ; (2) Внутренняя энергия потока U , энтальпия h = U + P /ρ; (3) Работа против силы тяжести ( g , Distance ).

Шестаков В.М. Динамика подземных вод. МГУ, 1979, 368 с.

LBNL_43134.pdf

Тема 2. Моделирование многофазной неизотермической геофильтрации. «Быстрый старт» с использованием программы PetraSim v.5. Решение тестовых задач (16 часов).

Алгоритм сборки моделей многофазной геофильтрации с использованием программы PetraSim . Решение тестовых задач 1-9.

PetraSim v.5 является препроцессором и постпроцессором, а также включает выполняемые программы, соответствующие различным уравнениям состояния флюидов, описываемых в семействе программ TOUGH2. Благодаря наглядной визуализации основных процедур, сборка геофильтрационной модели становится доступной не только для узкого круга специалистов с большим опытом применения численного моделирования, но и для специалистов, представляющих процесс, который они собираются смоделировать, только на концептуальном физическом уровне. Тестовые примеры объединяются логикой и последовательностью шагов при создании моделей: 1. Концептуальная модель; 2. Определение геометрии области моделирования; 3. Определение модуля состояния; 4. Генерация вычислительной сетки; 5. Определение начальных условий; 6. Определение материальных свойств элементов модели; 7. Определение граничных условий и источников; 8. Задание параметров прогона модели; 9. Анализ полученных при прогоне модели результатов. Эволюция девяти тестовых примеров происходит от простых к более сложным (PetraSimExamples.pdf), что позволяет слушателям постепенно углублять понимание технологии моделирования и создавать модельные шаблоны для решения своих собственных задач.

В частности схема разработки геотермального резервуара рассматривается на последовательности из 4-х тестовых задач (Задачи 1-4) с усложнением геометрии модельного объекта (однослойный пласт, многослойный пласт, 3D резервуар, вертикальная проницаемая зона), источников и граничных условий, при этом для описания уравнения состояния флюида используется модуль состояния EOS1 (одна компонента - вода, две фазы – жидкая и паровая).

Возможно также использование модулей EOS2 (дополнительная компонента – СО2), EWASG (три фазы: водная l, газовая g и твердая s; и три компонента H2O, NCG (CH4),NaCl), T2VOC (описание трехфазного (жидкая, газовая, VOC), трехкомпонентного (вода, воздух, VOC) флюида). Таким образом модельный анализ распространяется на газовые и нефтяные продуктивные резервуары.

Задача 5 показывает технологию создания радиальных сеток, демонстрирует особенности разогрева в зоне неполного водонасыщения (модуль состояния EOS3, включающий дополнительный компонент – воздух, распределенный в жидкой и газовой фазах), где разнонаправленная фильтрация жидкой и газовой фаз между горячей и холодной границами модели (тепловая труба) поддерживается за счет капиллярных давлений.

В задаче 6 флюид представлен рассолом NaCl и газом СО2, при этом учитывается возможность минералообразования. Используемый модуль состояния EWASG включает три фазы: жидкую, газовую и минеральную, и три компонента: вода, СО2 и NaCl. Анализируется процесс продукции из скважины с быстрым закупориванием минеральной фазой порового пространства, выкипанием и снижением проницаемости прискважинной зоны. В модуле состояния EWASG может использовать помимо CO2 - воздух, CH4, H2, N2. В противоположность этому, в задаче 8 рассматривается закачка СО2 в подземный резервуар, при этом используется более совершенный модуль состояния ECO2N (более поздняя версия EWASG), неожиданный результат этой модели – выкипание жидкой фазы и минералообразование в прискважинной зоне – необходимо учитывать при проектировании ПХГ.

Задача 7 интересна тем, как применяется модуль состояния EOS7R (включающий пять компонент: воду, NaCl, воздух, Rn1 и Rn2(два радионуклида); и две фазы: жидкую и газовую) для прогноза загрязнения зоны аэрации летучими органическими веществами (VOC, volatile organic chemicals)). Эта задача полезна для преодоления слушателями барьера узкой специализации, понимания и использования фундаментальных свойств программного продукта TOUGH2. Хорошим упражнением для понимания технологии генерации вычислительных сеток является доопределение модели дополнительными элементами (extra cells). Тема загрязнения продолжается в задаче 9, где используется модуль состояния T2VOC (описание трехфазного (жидкая, газовая, VOC), трехкомпонентного (вода, воздух, VOC) флюида) и анализируется процесс горизонтальной диффузии VOC.

http://www.petrasim.com; PetraSimExamples.pdf, http://www.thunderheadeng.com/petrasim/petrasim-resources/

Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 298; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!