KFUPM ePrints

A MODIFIED BOUSSINESQ-BASED APPROACH FOR NUMERICAL INVESTIGATION OF THERMAL FLOODING PROCESS WITH EXPERIMENTAL VERIFICATION

l A MODIFIED BOUSSINESQ-BASED APPROACH FOR NUMERICAL INVESTIGATION OF THERMAL FLOODING PROCESS WITH EXPERIMENTAL VERIFICATION. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

This is the latest version of this item.

[img]PDF - Submitted Version
Restricted to Abstract Only until 22 November 2017.

3461Kb

Arabic Abstract

ونقل الحرارة؛ للحث على إزاحة النفط. إن الإرتفاع الناتج في درجة حرارة الخزان ينتج منحنى ذاتي لدرجات حرارة غير خطية، عابرة والتي تعتبر معامل أساسي في تقدير كفاءة هذه العملية. كما أنه يسبب أيضا تغييرا مستمرا في الخصائص الحرارية في كل من صخور المكمن والسوائل التي نادرا ما تمثل في معادلات نقل الحرارة وقوة الدفع. وقد أجريت دراسة رقمية وتجريبية لعملية حقن سائل ساخن (HFI) في وسط مسامي، مع التركيز على الظواهر الفيزيائية الكامنة. في هذه الدراسة، لقد صممت أربعة نماذج رقمية والتي تصف عمليات حقن السوائل الساخنة، وإزاحتها (1D HFI) خلال عينة أسطوانية الشكل مع الأخذ بعين الإعتبار التعديلات في نفاذية الصخور ومساميتها، التشتت، وفقدان الحرارة إلى المناطق المحيطة عن طريق الحمل الحراري القسري. لقد اقترحت صيغتين رياضيتين تعتبر كل منهما كلا الإتزان الحراري المحلي (LTE) والاتزان الحراري غير المحلي (NOLTE). يوظف النهج الأول الشكلية القائمة على الذاكرة (أي استخدام مفهوم مبدأ الاشتقاق الجزئي) لربط التدفق الحجمي للسائل مع ضغط السائل / المحتمل. أما النهج الثاني فإنه يوظف دمج تقريب أوبربك -بواسانسك (OB) للحد من تعقيدات مشكلة التدفق. على أية حال، فقد أخذ في الإعتبار تأثير الاختلاف في الخواص الطبيعة للصخر، والتي عادة ما تكون غير محسوبة في النموذج الكلاسيكي لتقريب OB. لذلك، فقد تمت تعديل تقريب OB على أساس نموذج رياضي يصف عملية حقن السوائل الساخنة HFI باستخدام معادلة دارسي (Darcy) في ظل الظروف التي وضعت لوصف صيغتي LTE وNOLTE. لقد تأسست دقة المحاكي الرقمي من خلال التحقق من الحل التحليلي للمشكلة المبسطة، والتحقق من صحة البيانات التجريبية المنشورة لضخ الماء الساخن خلال الحجر الرملي بيريا. وعلاوة على ذلك، فقد أجريت تجارب رقمية لفهم تأثير الصخر وذاكرة السائل على: ضغط المسام، السرعة، ودرجة الحرارة. لقد كشفت النتائج من المحاكي الرقمي باستخدام NOLTE أن نوع الصخر ودرجة حرارة السائل تكاد تكون متطابقة، وأن صياغة LTE هي كافية لتوقعات أداء المكمن.

English Abstract

Thermal recovery process involves the injection of heat energy into the reservoir. It relies on both momentum and heat transport mechanisms to induce oil displacement. The resulting elevation of reservoir temperature produces a nonlinear, transient temperature profile which is a key parameter in estimating the efficiency of the process. It also causes continuous alteration of the thermal characteristics of both reservoir rock and fluids that are seldom modeled in the heat and momentum transfer equations. A numerical and experimental study of Hot Fluid Injection (HFI) process in a porous medium was conducted, focusing on the underlying physical phenomena. In this study, four numerical models describing a 1D HFI process in a cylindrical core was formulated taking into account the alterations of rock permeability and porosity, dispersion, and heat loss to the surrounding via forced convection. Two mathematical formulations each considering both the Local Thermal Equilibrium (LTE) and No Local Thermal Equilibrium (NOLTE) are proposed. The first approach employs a memory-based formalism (i.e. the use of fractional derivative concept) to relate the fluid volumetric flux to the fluid pressure/ potential. The second approach employs incorporating the Oberbeck-Boussinesq (OB) approximation to reduce the complexity of the flow problem. However, the effect of variation of rock physical property is considered which is usually not accounted for in the classic OB approximation approach. Therefore, a modified OB based mathematical model describing the HFI process using Darcy equation under LTE and NOLTE conditions was also formulated. Through verification against the analytical solution of the simplified problem, and validation against published hot water flooding experimental data based on Berea sandstone the accuracy of the numerical simulators was established. Furthermore, numerical experiments were carried out to understand the effect of rock and fluid memory on the pore pressure, velocity, and temperature. The results from the NOLTE numerical simulators reveal that the rock and fluid temperatures are almost identical and that the LTE formulation is sufficient for reservoir performance predictions



Item Type:Thesis (PhD)
Subjects:Engineering
Petroleum > Reservoir Engineering and Management
Petroleum > Reservoir Modelling and Simulation
Divisions:College Of Engineering Sciences > Petroleum Engineering Dept
Committee Advisor:Hossain, M.Enamul
Committee Co-Advisor:Abu-Khamsin, Sidqi A.
Committee Members:Mustapha, Kassem A. and Al-Yousef, Hasan Y. and Rached, Ben-Mansour
ID Code:140317
Deposited By:ABIOLA OBEMBE (g201106810)
Deposited On:21 May 2017 16:00
Last Modified:21 May 2017 16:00

Available Versions of this Item

Repository Staff Only: item control page