KFUPM ePrints

SIMULATION OF FLUID FLOW WITH TEMPERATURE GRADIENTS IN KARST RESERVOIRS

l SIMULATION OF FLUID FLOW WITH TEMPERATURE GRADIENTS IN KARST RESERVOIRS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF - Accepted Version
Restricted to Abstract Only until 16 January 2019.

5Mb

Arabic Abstract

إن محاكاة تدفق السوائل في الخزانات المتشققة و المجوفه هي مهمة صعبة. وجود مناطق التدفق الحر (الكسور، والفجوات، والكهوف) على مستويات متعددة يقدم أنظمة تدفق غير دارسية ويؤثر بشكل كبير على مسارات التدفق في الخزان. وجود هذه التعقيدات المختلفة في خزان الكارست يستلزم استخدام تقنيات النمذجة غير تقليدية للخزان. ويعتبر تعيين نفاذية عالية لمناطق التدفق الحر نهجا مناسبا في حالة وجود مائع واحد و تدفق متساوي الحرارة. ولكن فإن استخدام هذا النهج يؤدي إلى نموذج غير دقيقة في حالة تدفق غير متساوي الحرارة في الخزانات الكارستية. النقطة الأولى التي تم تناولها في هذه الدراسة هي محاكاة تدفق سائل أحادي الطورغير متساوي الحرارة داخل خزانات الكارست يحتوي على سمات ضخمه مثل الكهوف. تم استخدام اثنين من نماذج الخزانات الكارستية المفترضه لهذه الدراسة. يتم استخدام معادلة ستوكس-برينكمان لربط آليات التدفق في النسيج الصخري و مناطق التدفق الحر. يتم محاكاه توزيع درجة الحرارة في الخزانات المقترحه. يتم حل معادلة يقاء الكتله و معادله ستوكس-برينكمان في وقت واحد للحصول علي الضغط ومعدل التدفق. ثم يتم حل معادلة بقاء الطاقة بالتتابع للحصول علي لتوزيع درجة الحرارة في الخزان. ثم تتم مقارنة النتائج مع حالة تبسيط مناطق التدفق الحر كمنطقة نفاذية عالية للغاية باستخدام معادلة دارسي. الوقت المستهلك لاجراء العمليات الحسابية المرتبطة باستخدام ستوكس-برينكمان هي أعلى بكثير بالمقارنة مع استخدام نموذج دارسي في حين أن دارسي-ستوكس يتطلب وجود شروط السطح الفاصل بين النسيج الصخري و المناطق حرة التدفق. الهدف الثاني من هذا البحث هو إدخال تقنية تقريبية تقوم علي تعين قيم نفاذية مختلفة للخلايا في منطقة التدفق الحر. وتحسب هذه التقنية قيم النفاذية الظاهرية (لمواقع الخلايا المختلفة في مناطق التدفق الحر) التي تجعل من الممكن لنموذج دارسي أن يقترب بشكل جيد من نموذج ستوكس برينكمان. وهذا يجعل من الممكن استبدال نموذج ستوكس برينكمان مع نموذج دارسي دون فقد كبير من الدقة في نمذجة جبهات الاغراق. يتم حساب قيم النفاذية الظاهرة للخلايا داخل منطقة التدفق الحر والنسيج الصخري المسامي المحيط من الحل التحليلي لمعادلة ستوكس برينكمان. يتم عرض أربعة أمثلة لنماذج خزانات مفترضه لتوضيح فعالية هذه التقنية. في الأمثلة الثلاثة الأولى، المحاور الرئيسية للكهف (منطقة التدفق الحر) تتماشى مع محاور النسيج الصخري و النموذج. المثال الرابع يتكون من سيناريو أكثر تعقيدا حيث المحاور الرئيسية للكهف ليست في مواءمة مع تلك الخاصه بالنسيج الصخري.

English Abstract

The simulation of fluid flow in fractured-vuggy reservoirs is a challenging task. The presence of free-flow media (fractures, vugs, and caves) at multiple scales introduces non-Darcian flow regimes and significantly affects the flow paths in the reservoir. The presence of these different complexities in a karst reservoir necessitates the use of non-traditional reservoir modelling techniques. Assigning high permeability to the free-flow regions is considered to be a suitable approach in the case of single-phase, isothermal flow. However, using this approach leads to inaccurate model response in the case of non-isothermal flow in karst reservoirs. The first point that is tackled in this study is the simulation of a single-phase, non-isothermal flow within karst reservoirs containing macro features such as caves. Two synthetic karst reservoir models are used for this study. The Stokes-Brinkman’s equation is used to couple the flow mechanics in the porous media to the flow in the free-flow media. The temperature distribution in the proposed reservoir is modeled. The conservation of mass and Stokes-Brinkman’s equations were solved simultaneously for pressure and flow rate. The energy equation was then solved sequentially for the temperature distribution in the reservoir. The results are then compared with a control case that simplifies the free-flow regions as extremely high permeable region and is modelled using Darcy’s equation. The computational costs associated with the use of Stokes-Brinkman (or single domain approach) is much higher when compared with the use of Darcy model while Darcy-Stokes (known as double domain approach) requires the implementation of the interface conditions. The second target of this research is introducing an approximation technique that assigns different permeability values to the grids in the free-flow region. The technique computes (apparent) permeability values (for different grid locations in the free-flow regions) that make it possible for the Darcy model to closely approximate the Stokes-Brinkman’s model. This makes it possible to replace the Stokes-Brinkman model with the Darcy model without significant loss of accuracy in modelling flood fronts. The values of the apparent permeability of the grids inside the free-flow region and the surrounding porous media are calculated from the analytical solution of Stokes-Brinkman’s equation. Four examples using synthetic reservoir models are presented to illustrate the effectiveness of this technique. In the first three examples, the principal axes of the cave (free-flow region) align with those of the porous media. The fourth example consists of a more complex scenario in which the principal axes of the cave are not in alignment with those of the porous media.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Petroleum > Reservoir Modelling and Simulation
Divisions:College Of Engineering Sciences > Petroleum Engineering Dept
Committee Advisor:awotunde, Abeeb
Committee Members:Al-Yousef, Hasan and Patil, Shirish
ID Code:140614
Deposited By:ABD ALLAH YOUSSEF (g201506590)
Deposited On:16 Jan 2018 14:21
Last Modified:16 Jan 2018 14:21

Repository Staff Only: item control page