مدلسازی جریان چند جزئی چند فازی در محیط متخلخل

شبیه سازی مخازن شکافدار یکی از مهمترین چالش ها در صنعت نفت و گاز است. این مخازن مقادیر قابل توجهی از ذخایر نفت وگاز جهان را در خود جای داده اند. در این دسته از مخازن هیدروکربنی محیط متخلخل مخزن در اثر عوامل مختلف طبیعی و مصنوعی دچار شکست می شود. به طوری که شکاف های ایجاد شده در مخزن رفتار آن را در مقابل جریان چند فازی سیال درون مخزن به طور کلی تحت تأثیر قرار می دهند. بسیاری از مخازن عمده تولید کننده نفت خام ایران نیز در زمره مخازن شکافدار به شمار می روند. رایج ترین مدل های شبیه سازی ارائه شده برای مخازن شکافدار، مدل تخلخل دوگانه و مدل تراوایی دوگانه می باشند. در این مطالعه، یک مدل ریاضی برای شبیه سازی مخازن شکافدار ارائه شد و این مدل بر پایه مدل تخلخل دوگانه بسط داده شد. در مدل تخلخل دوگانه، محیط مخزن را به دو ناحیه شکاف و بلوک ماتریس تقسیم می کنند. ناحیه شکاف دارای تراوایی بالا و تخلخل کم می باشد و در مقابل بلوک های ماتریس از تراوایی کم و تخلخل بالا برخوردارند. بنابراین جریان سیال در داخل بلوک های ماتریس ذخیره شده و از طریق شکاف ها جریان می یابد و بلوک های ماتریس هیچ گونه ارتباطی با یکدیگر ندارند. نحوه ارتباط دینامیکی بین دو ناحیه ماتریس و شکاف به وسیله تابع انتقال بیان می-شود که بیشتر یک رابطه ی تجربی است. برای مدلسازی ریاضی مخزن معادلات مربوط به موازنه جرم و قانون دارسی در کنار یکدیگر بر مدل تخلخل دوگانه اعمال و سپس مدل عددی معادلات حاصل با استفاده از روش impes معرفی شد. برای تست اعتبار مدل، نتایج این مدل برای یک مورد خاص با نتایج مدل شکاف مجزا و همچنین نتایج آزمایشگاهی، مقایسه شد. نتایج مدل تخلخل دوگانه مطابقت خوبی با مدل شکاف مجزا و همچنین نتایج تجربی نشان داد. پس از اطمینان از دقت و صحت مدل، کاربرد این مدل برای تزریق آب در مخازن شکافدار نشان داده شد و جهت بررسی آنالیز حساسیت، اثر فشار موئینگی ماتریس، تراوایی ماتریس، گرانروی نفت و دبی تزریق بر روی میزان بازیافت نفت مطالعه شد. نتایج نشان داد که با دو برابر کردن تراوایی ماتریس، میزان بازیافت نفت 3% افزایش می یابد. همچنین با دو برابر کردن دبی تزریق آب، میزان بازیافت نفت به طور میانگین 5% افزایش می یابد که البته با ادامه برداشت نفت، افزایش دبی تزریق آب تاثیر کمتری بر میزان بازیافت نفت خواهد داشت. با بررسی تاثیر گرانروی نفت نتیجه شد که افزایش گرانروی نفت سبب کاهش میزان بازیافت نفت می شود. بررسی تاثیر فشار موئینه نیز نشان داد که در نظر نگرفتن فشار موئینه در ماتریس باعث کاهش بازیافت نفت به میزان 5% شده که منجر به خطای قابل ملاحظه ای می شود. بنابراین در نظر گرفتن فشار موئینگی در محیط ماتریس برای شبیه سازی مخازن شکافدار بسیار حائز اهمیت می باشد. مدل ارائه شده که توانایی شبیه سازی جریان سه فازی آب، نفت و گاز را در دو بعد داراست، مبنای توسعه یک شبیه ساز کلی برای مخازن شکافدار قرار خواهد گرفت. این مدل قادر است کلیه مکانیزم های شناخته شده در مخازن شکافدار را به خود اضافه کند و همچنین برای تزریق گاز در مخازن شکافدار توسعه یابد.