مدلسازي تنيده ترموهيدرومكانيكي مخازن هيدروكربني

A fully coupled thermo-hydro-mechanical model for simulating hydro-carbon reservoirs

در يك مخزن نيروهاي ناشي از تنشهاي مكانيكي، تنشهاي حرارتي و فشار سيالات بر روي يكديگر اثر گذاشته و يك پديده كاملا بهمتنيده را ايجاد ميكنند. تغيير شكل‌هاي مخازن در اثر دما و تنشهاي مكانيكي سبب تغييرات تنش موثر شده و ميزان دبي توليد را تحت تأثير قرار مي‌دهد. به صورت مشابه فشارحفرهاي و تغييرات درجه حرارت سبب تغييرشكل در مخازن ميشود. از آنجا كه اين پديدهها به صورت دوطرفه در اندركنش با يكديگر قرار دارند، لحاظ كردن تأثيرهاي حرارت، فشارحفرهاي و تغييرشكل‌ها بر توليد مخزن در برنامه‌هاي شبيه سازي مخزن نيازمند حل همزمان معادلات حرارت، ژئومكانيك و جريان مي‌باشد. در اين تحقيق ابتدا به بررسي تاريخچه مدلسازي ترموهيدرومكانيك پرداخته ميشود. سپس معادلات حاكم شامل سه دسته معادلات توازن جرم، توازن مومنتوم و توازن انرژي براي يك محيط متخلخل تغييرشكل‌پذير غيرهم دما كه توسط سه فاز سيال آب، نفت و گاز اشباع شده است، ارايه ميشوند. اين معادلات به يكديگر وابسته بوده و بصورت دستگاه معادلات ديفرانسيل جزئي حل ميگردند. با توجه به تنيده بودن معادلات حاكم و پيچيده بودن شرايط مرزي آنها، اين دستگاه معادلات معمولا به روش عددي حل ميشوند. روشهاي عددي مختلفي براي حل بكار گرفته شده است كه داراي نقاط ضعف و قوت متفاوتي هستند. در اين مقاله حل عددي معادلات تنيده ترموهيدرومكانيكي حاكم بر مخازن هيدروكربني، به روش تركيبي اجزا محدود و احجام محدود مطرح شده و مثالهايي از شبيه سازي محيطهاي متخلخل ارايه ميگردد. مثالها توانايي مدل پيشنهادي را نشان ميدهند.

In 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