مدلسازی تنیده ترموهیدرومکانیکی مخازن هیدروکربنی

در یک مخزن نیروهای ناشی از تنش‏های مکانیکی، تنش‏های حرارتی و فشار سیالات بر روی یکدیگر اثر گذاشته و یک پدیده کاملا بهم‎تنیده را ایجاد می‎کنند. تغییر شکل‌های مخازن در اثر دما و تنش‏های مکانیکی‏ سبب تغییرات تنش موثر شده و میزان دبی تولید را تحت تاثیر قرار می‌دهد. به صورت مشابه فشارحفره‏ای و تغییرات درجه حرارت سبب تغییرشکل در مخازن ‏می‏شود. از آنجا که این پدیده‏ها به صورت دوطرفه در اندرکنش با یکدیگر قرار دارند، لحاظ کردن تاثیرهای حرارت، فشارحفره‏ای و تغییرشکل‌ها بر تولید مخزن در برنامه‌های شبیه سازی مخزن نیازمند حل همزمان معادلات حرارت، ژئومکانیک و جریان می‌باشد. در این تحقیق ابتدا به بررسی تاریخچه مدلسازی ترموهیدرومکانیک پرداخته می‎شود. سپس معادلات حاکم شامل سه دسته معادلات توازن جرم، توازن مومنتوم و توازن انرژی برای یک محیط متخلخل تغییرشکل‌پذیر غیرهم دما که توسط سه فاز سیال آب، نفت و گاز اشباع شده است، ارایه می‏شوند. این معادلات به یکدیگر وابسته بوده و بصورت دستگاه معادلات دیفرانسیل جزئی حل می‏گردند. با توجه به تنیده بودن معادلات حاکم و پیچیده بودن شرایط مرزی آنها، این دستگاه معادلات معمولا به روش عددی حل می‏شوند. روش‎های عددی مختلفی برای حل بکار گرفته شده است که دارای نقاط ضعف و قوت متفاوتی هستند. در این مقاله حل عددی معادلات تنیده ترموهیدرومکانیکی حاکم بر مخازن هیدروکربنی، به روش ترکیبی اجزا محدود و احجام محدود مطرح شده و مثالهایی از شبیه سازی محیط‏های متخلخل ارایه می‏گردد. مثال‏ها توانایی مدل پیشنهادی را نشان ‏می‏دهند.

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

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 thermohydromechanical modeling is described. Then, the governing equations include three sets of mass equilibrium, momentum equilibrium and energy balance equations are presented for a nonisothermal 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 thermohydromechanical 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.