Synonym: = Volatile/Black Oil Reservoir Flow @model = Muskat - Leverett equation

Здесь представлены уравнения фильтрации модели летучей нефти (Volatile Oil) .

Уравнения движения модели нелетучей нефти (Black Oil) являются частным случаем модели летучей нефти (Volatile Oil) при R v =0  Rv=0.

Уравнение движения

Definition

...

Mathematical Model

...

The Volatile Oil flow dynamics is defined by the following set of 3D equationsУравнения термогидродинамического движения "Летучей Нефти"  в матрично-поровом коллекторе имеют следующий вид:

\partial_t \bigg [  \phi \ \rho_W  \bigg ](  + \nabla  \bigg ( \rho_{Ww \frac{s_w}{B_w}  \bigg ) \bigg ]  +  \nabla \bigg (     \frac{1}{B_w} \ \mathbf{u}_w     \bigg )      = 
q_{mW}W (\mathbf{r})

\partial_t \bigg [  \phi \ \bigg (  \frac{s_o}{B_o} \rho_O+ \frac{R_v \ s_g}

{B_g}  \bigg ) \bigg ]  +  \nabla  \bigg (    \rho_{Oo \frac{1}{B_o} \ \mathbf{u}_o 

+    \rhofrac{R_v}{OgB_g} \   \mathbf{u}_g   \bigg )       = q_{mO}O(\mathbf{r})

\partial_t \bigg [  \phi \ \bigg (  \frac{s_g}{B_g} + \frac{R_s \rho_G  s_o}

{B_o}  \bigg ) \bigg ]  +  \nabla  \bigg (   \rho_{Go  \frac{1}{B_g} \   \mathbf{u}_og

+     \rhofrac{R_s}{GgB_o} \ \mathbf{u}_go  \bigg )     = q_{mG}G (\mathbf{r})

\mathbf{u}_w = - k_a \ \frac{k_{rw}(s_w, s_g)}{\mu_w} \ ( \nabla  P_w - \rho_w \  \mathbf{g} )

\mathbf{u}_o = - k_a \ \frac{k_{ro}(s_w, s_g)}{\mu_o} \ (  \nabla P_o - \rho_o \ \mathbf{g} )

\mathbf{u}_g = - k_a \ \frac{k_{rg}(s_w, s_g)}{\mu_g} \ ( \nabla P_g - \rho_g \ \mathbf{g} )

P_o - P_w = P_{cow}(s_w)

P_o - P_g = P_{cog}(s_g)

s_w + s_o + s_g = 1

(\rho \,c_{pt})_p \frac{\partial T}{\partial t} 
 
- \ \phi \sum_{a = \{w,o,g \}} \rho_\alpha \ c_{p \alpha} \ \eta_{s \alpha} \ \frac{\partial P_\alpha}{\partial t}  
 
+ \bigg( \sum_{a = \{w,o,g \}} \rho_\alpha \ c_{p \alpha} \ \epsilon_\alpha \ \mathbf{u}_\alpha \bigg)  \nabla P
 
+ \bigg( \sum_{a = \{w,o,g \}} \rho_\alpha \ c_{p \alpha} \ \mathbf{u}_\alpha \bigg) \  \nabla T 
 
 - \nabla (\lambda_t \nabla T) =  0

Расшифровка обозначений приведена в  Списке динамических величин и параметров модели.

Уравнения 

\rho_{\rm inj} \, c_{\rm inj} \, T_{\rm inj} \, q_{\rm inj}({\bf r})\, \delta({\bf r})

The disambiguation of the properties in the above equation is brought in The list of dynamic flow properties and model parameters.

The right sides of equations Уравнения 

Уравнения 

Уравнения 

Уравнение 

В зонах отсутствия коллектора (

 \rho_r \, c_{pr} \frac{\partial T}{\partial t}  - \nabla (\lambda_t \nabla T) =  0 

Эффективная удельная  массовая теплоемкость пласта, насыщенного мультифазным флюидом, рассчитывается по следующей формуле:

(\rho \,c_{pt})_p  = (1-\phi) \rho_r \, \ c_{pr} + \phi \ (s_w \rho_w \, c_{pw} + s_o \rho_o \, c_{po} + s_g \rho_g \, c_{pg} )

Эффективная теплопроводность пласта, насыщенного мультифазным флюидом, рассчитывается по следующей формуле:

\lambda_{t} = (1-\phi) \ \lambda_r + \phi \ (s_w \lambda_w + s_o \lambda_o + s_g \lambda_g )

Компонента 

Компонента 

Компонента 

Система 

которые являются функциями времени и координат 

Выражая молярные плотности через массовые доли и плотности фаз (см. "Модель Летучей Нефти"), получаем:

...

\partial_t \bigg [  \phi \ \rho_W  \bigg ]  + \nabla \bigg (     \rho_w \ \mathbf{u}_w     \bigg )      =  q_{mW}(\mathbf{r}) 

\partial_t \bigg [  \phi \ \rho_O \bigg ]  + \nabla \bigg (   {\tilde m}_{Oo} \ \rho_o \ \mathbf{u}_o 

+  {\tilde m}_{Og} \ \rho_{g} \  \mathbf{u}_g    \bigg )       =  q_{mO}(\mathbf{r})

\partial_t \bigg [  \phi \ \rho_G  \bigg ]  +  \nabla  \bigg (  {\tilde m}_{Go} \ \rho_{o} \ \mathbf{u}_o

+    {\tilde m}_{Gg} \ \rho_g \ \mathbf{u}_g  \bigg )     =  q_{mG}(\mathbf{r}) 

\mathbf{u}_w = - k_a \ \frac{k_{rw}(s_w, s_g)}{\mu_w} \ ( \nabla P_w - \rho_w  \mathbf{g} )

\mathbf{u}_o = - k_a \ \frac{k_{ro}(s_w, s_g)}{\mu_o} \ ( \nabla P_o - \rho_o   \mathbf{g} )

\mathbf{u}_g = - k_a \ \frac{k_{rg}(s_w, s_g)}{\mu_g} \ ( \nabla P_g - \rho_g  \mathbf{g} )

P_o - P_w = P_{cow}(s_w)

P_o - P_g = P_{cog}(s_g)

s_w + s_o + s_g = 1

\partial_t \bigg [  \phi \ \rho_W  \bigg ]  + \nabla  \bigg ( \rho_{Ww} \ \mathbf{u}_w     \bigg )      = q_{mW}(\mathbf{r})

\partial_t \bigg [  \phi \ \rho_O \bigg ]  + \nabla  \bigg (    \rho_{Oo} \ \mathbf{u}_o 

+   \rho_{Og} \  \mathbf{u}_g \bigg )       = q_{mO}(\mathbf{r})

\partial_t \bigg [  \phi \ \rho_G  \bigg ]  +  \nabla \bigg (   \rho_{Go} \   \mathbf{u}_o

+     \rho_{Gg} \ \mathbf{u}_g  \bigg )     = q_{mG}(\mathbf{r})

\mathbf{u}_w = - k_a \ \frac{k_{rw}(s_w, s_g)}{\mu_w} \ ( \nabla P_w - \rho_w \mathbf{g} )

\mathbf{u}_o = - k_a \ \frac{k_{ro}(s_w, s_g)}{\mu_o} \ (  \nabla P_o - \rho_o \mathbf{g} )

\mathbf{u}_g = - k_a \ \frac{k_{rg}(s_w, s_g)}{\mu_g} \ ( \nabla P_g - \rho_g \mathbf{g} )

P_o - P_w = P_{cow}(s_w)

P_o - P_g = P_{cog}(s_g)

s_w + s_o + s_g = 1

(\rho \,c_{pt})_m \frac{\partial T}{\partial t} 
 
- \ \phi \sum_{a = \{w,o,g \}} \rho_\alpha \ c_{p \alpha} \ \eta_{s \alpha} \ \frac{\partial P_\alpha}{\partial t}  
 
+ \bigg( \sum_{a = \{w,o,g \}} \rho_\alpha \ c_{p \alpha} \ \epsilon_\alpha \ \mathbf{u}_\alpha \bigg)  \nabla P
 
+ \bigg( \sum_{a = \{w,o,g \}} \rho_\alpha \ c_{p \alpha} \ \mathbf{u}_\alpha \bigg) \  \nabla T 
 
 - \nabla (\lambda_t \nabla T) =  \frac{\delta E_H}{ \delta V \delta t}

 \rho_r \, c_{pr} \frac{\partial T}{\partial t}  - \nabla (\lambda_t \nabla T) =  \frac{\delta E_H}{ \delta V \delta t} 

(\rho \,c_{pt})_p  = (1-\phi) \rho_r \, \ c_{pr} + \phi \ (s_w \rho_w \, c_{pw} + s_o \rho_o \, c_{po} + s_g \rho_g \, c_{pg} )

\lambda_{t} = (1-\phi) \ \lambda_r + \phi \ (s_w \lambda_w + s_o \lambda_o + s_g \lambda_g )

\partial_t \bigg [  \phi \ \rho_W  \bigg ]  + \nabla \bigg (     \rho_w \ \mathbf{u}_w     \bigg )      =  q_{mW}(\mathbf{r}) 

\partial_t \bigg [  \phi \ \rho_O \bigg ]  + \nabla \bigg (   {\tilde m}_{Oo} \ \rho_o \ \mathbf{u}_o 

+  {\tilde m}_{Og} \ \rho_{g} \  \mathbf{u}_g    \bigg )       =  q_{mO}(\mathbf{r})

\partial_t \bigg [  \phi \ \rho_G  \bigg ]  +  \nabla  \bigg (  {\tilde m}_{Go} \ \rho_{o

...

Подставляя значения плотностей и массовых долей компонент  (см. "Модель Летучей Нефти") и разделив каждое уравнение на плотность соотвествующей компоненты в стандартных условиях, получаем наиболее популярную форму записи уравнений движения Летучей Нефти:

\partial_t \bigg [  \phi \ \bigg (  \frac{s_w}{B_w}  \bigg ) \bigg ]  +  \nabla \bigg (     \frac{1}{B_w} \ \mathbf{u}_w  \bigg )      = 
q_W (\mathbf{r})

\partial_t \bigg [  \phi \ \bigg (  \frac{s_o}{B_o} + \frac{R_v \ s_g}

{B_g}  \bigg ) \bigg ]  +  \nabla \bigg (     \frac{1}{B_o} \ \mathbf{u}_o 

+    \frac{R_v}{B_g} \   \mathbf{u}_g   \bigg )       = q_O(\mathbf{r})

} \ \mathbf{u}_

o

+    {\

tilde m}_{Gg} \ \rho_g \ \mathbf{u}_

g  \bigg )     =  q_

{mG}(\mathbf{r}) 

\mathbf{u}_w = - k_a \ \frac{k_{rw}(s_w, s_g)}{\mu_w} \ ( \nabla

 P_w - \rho_w

  \mathbf{g} )

\mathbf{u}_o = - k_a \ \frac{k_{ro}(s_w, s_g)}{\mu_o} \ ( \nabla P_o - \rho_o 

  \mathbf{g} )

\mathbf{u}_g = - k_a \ \frac{k_{rg}(s_w, s_g)}{\mu_g} \ ( \nabla P_g - \rho_g 

 \mathbf{g} )

P_o - P_w = P_{cow}(s_w)

P_o - P_g = P_{cog}(s_g)

s_w + s_o + s_g = 1

...

...

...

...

Initial Conditions

...

Initial temperature distribution is set as input

Начальное условие

Начальное условие по температуре задается распределением температурного поля:

T(0, \mathbf{r}) = T_0(\mathbf{r})

Начальное условие на давления, скоростей и насыщенности задается одним из двух вариантов.

Условие I  – Стационарный старт

In case the simulation is performed over the undisturbed reservoir then initial temperature distribution is geothermal.

The initial condition on phase pressure, phase velocities and phase saturations is set by one of the following options: Equilibrium Start and Non-equilibrium Start.

Condition I – Equilibrium Start

Equilibrium Start means that flow was not happening before the start: Стационарный старт означает, что до начального момента времени поле давлений

\nabla \cdot \bigg (     \frac{1}{B_w} \ \mathbf{u}_w     \bigg )_{t=0}      = 0

\nabla \cdot \bigg (     \frac{1}{B_o} \ \mathbf{u}_o 

+    \frac{R_v}{B_g} \   \mathbf{u}_g    \bigg )_{t=0}      = 0

\nabla \cdot \bigg (     \frac{1}{B_g} \ \mathbf{u}_g

+    \frac{R_s}{B_o} \   \mathbf{u}_o     \bigg )_{t=0}    = 0

\mathbf{u}_w(0, \mathbf{r}) = - k_a \ \frac{k_{rw}(s_w, s_g)}{\mu_w} \ (\nabla  P_w(0, \mathbf{r}) - \rho_w \  \mathbf{g} ) = 0

\mathbf{u}_o(0, \mathbf{r}) = - k_a \ \frac{k_{ro}(s_w, s_g)}{\mu_o} \ (  \nabla P_o(0, \mathbf{r}) - \rho_o \ \mathbf{g} ) = 0

\mathbf{u}_g(0, \mathbf{r}) = - k_a \ \frac{k_{rg}(s_w, s_g)}{\mu_g} \ ( \nabla P_g(0, \mathbf{r}) - \rho_g \ \mathbf{g} ) = 0

P_o(0, \mathbf{r}) - P_w(0, \mathbf{r}) = P_{cow}(s_w)

P_o(0, \mathbf{r}) - P_g(0, \mathbf{r}) = P_{cog}(s_g)

s_w + s_o + s_g = 1

Условие II – Нестационарный старт

Нестационарный старт означает, что к начальному моменту времени поле насыщенностей

s_w(0, \mathbf{r}) + s_o(0, \mathbf{r}) + s_g(0, \mathbf{r}) = 1

Condition II – Non-equilibrium Start

Non-equilibrium Start means that flow happening before the start: 

s

P_o(0, \mathbf{r}) - P_w(0, \mathbf{r}) = P_{cow}(s_w)

P_+ s_o(0, \mathbf{r}) -+ Ps_g(0, \mathbf{r}) = P_{cog}(s_g).1

pressure distribution При этом начальное поле скоростей

\mathbf{u}_wP_o(0, \mathbf{r}) = - k_a \P_w(0, \frac{kmathbf{r}) = P_{rwcow}(s_w, s_g)}{\mu_w} \ ( \nabla  P_w)

P_o(0, \mathbf{r}) - P_g(0, \mathbf{r}) -= \rho_w \  \mathbf{g} )P_{cog}(s_g).

The phase velocities are initialized as:

\mathbf{u}_ow(0, \mathbf{r}) = - k_a \ \frac{k_{rorw}(s_w, s_g)}{\mu_ow} \ (  \nabla  P_ow(0, \mathbf{r}) - \rho_ow \  \mathbf{g} )

\mathbf{u}_go(0, \mathbf{r}) = - k_a \ \frac{k_{rgro}(s_w, s_g)}{\mu_go} \ (  \nabla P_go(0, \mathbf{r}) - \rho_g \ \mathbf{g} )

На практике, нестационарное начальное поле давлений, скоростей и насыщенностей является, как правило, результатом промежуточных расчетов этой же модели, либо более крупной модели.

Краевое условие на внешней границе

Краевое условие на температурное поле на внешней границе задается одним из двух вариантов

Термодинамическое Условие I  – Фиксированная температура 

T(t, \mathbf{r}) |_{\Gamma_e} = T_e(o \ \mathbf{rg} ) 

Термодинамическое Условие II  – Фиксированный теплообмен

\big( \mathbf{n}, \nabla T(tu}_g(0, \mathbf{r}) \big) \big |_{\Gamma_e} = \zeta \cdot \big( T(t= - k_a \ \frac{k_{rg}(s_w, s_g)}{\mu_g} \ ( \nabla P_g(0, \mathbf{r}) - T_e(\rho_g \ \mathbf{r}) \big) 

где 

Краевое условие на поле давления, скоростей  насыщенности на внешней границе задается одним из двух вариантов

Гидродинамическое Условие I  – Непроницаемая граница 

LaTeX Math Inline
body \Gamma_e

g} )

In practice, the non-equilibrium conditions before the start  is usually a result of previous flow simulations for the same reservoir, sometimes using a different grid-structure.

External Boundary Condition 

...

The external boundary condition for the temperature is usually set by one if the two options:

External Temperature Boundary Condition I – Fixed Temperature

T(

\big( \mathbf{n}, \ (\nabla P_\alpha(t, \mathbf{r}) - \rho_\alpha  \mathbf{r}) \big) \big|_{\Gamma_e} = 0

где  

Гидродинамическое Условие II – Постоянное давление на границе 

LaTeX Math Inline
body \Gamma_e

T_e( \mathbf{r}) 

External Temperature Boundary Condition II – Fixed Heat Exchange

\big( \mathbf{n}, \nabla T

P_\alpha(t, \mathbf{r} \big) \big |_{\Gamma_e} = P_i = const \zeta \cdot \big( T(t, \mathbf{r}) - T_e( \mathbf{r}) \big) 

where где  

Краевое условие на разломах

Предполагается выполнение одного из двух условий на разломах (индивидуально по каждому разлому).

The external boundary condition for phase pressure, phase velocities and phase saturations is set by one of the two popular options:

...

External Pressure Boundary Condition I – Non-permeable boundary 

LaTeX Math Inline
body \Gamma_

...

e

\big( \mathbf{n}, \ (

...

\nabla P_\alpha(t, \mathbf{r}) - \rho_\alpha  \mathbf{

...

r}) \big) \big|_{\Gamma_

...

e} = 0

...

where  

...

...

normal vector to the boundary 

...

...

 and 

...

External Pressure Boundary Condition II –

...

constant-pressure boundary 

LaTeX Math Inline
body \Gamma_

...

e

...

...

P_\alpha(t, \mathbf{r}) \big|_{\Gamma_e} = P_i = const

...

where  

Моделирование скважины

Well model

...

Well flow model (don't get confused with Wellbore Flow Model) simulates the flow at the contact between well and reservoir thus relating the sandface flow rates and pressure distribution in reservoir around the wellМодель притока (или закачки) на каждой скважине связывает объемы добычи (закачки) каждой фазы и перепад давления в пласте и на забое скважины и задается следующей формулой:

P_w(t, \mathbf{r}) \big|_{\Gamma_{WRC}} = P_o(t, \mathbf{r}) \big|_{\Gamma_{WRC}} = P_g(t, \mathbf{r}) \big|_{\Gamma_{WRC}}= P_{wf}(t) \big|_{\Gamma_{WRC}}

where где 

Bottom-hole pressure Забойное давление

• Условие   I – Контроль по забойному давлению
• Условие  II – Контроль по жидкости
• Условие III – Контроль по нефти

...

 along-hole) is set by one of the three popular conditions (traditionally called "Controls"):

• Well Condition I – Pressure Control
  
  
• Well Condition II – Liquid Control
  
  
• Well Condition III – Oil Control
  
  

...

...

P_{wf}(t) = P_{wf}(t, h_0) +  P_{\delta}(t, \delta h)

...

P_{wf}(t) = P_{wf}(t, h_{ref}) +  P_{\delta}(t, \delta h)

...

...

P_{wf}(t, h_{ref}) = 
\frac{ \int_{\Gamma_{WRC}}  \bigg(      
 
\frac{M_w (P_{ew}- \delta P_{wf})}{B^S_w} + \frac{M_o (P_{eo}- \delta P_{wf})}{B^S_o} + \frac{R_v M_g (P_{eg}- \delta P_{wf})}{B^S_g}
 
\bigg)  T_h  dh - q_L(t) }
 
{ \int_{\Gamma_{WRC}}  \bigg(  
 
\frac{M_w}{B^S_w} + \frac{M_o}{B^S_o} + \frac{R_v M_g}{B^S_g}
 
      \bigg)  T_h dh }

...

q_L(t) = q_W(t) + q_O(t) = 
 \int_{\Gamma_{WRC}}  \bigg(      

\frac{M_w (P_{ew} - P_{wf}(t, h_{ref}) -  P_{\delta})}{B^S_w} 
+ \frac{M_o (P_{eo} - P_{wf}(t, h_{ref}) - P_{\delta})}{B^S_o} 
+ \frac{R_v M_g (P_{eg} - P_{wf}(t, h_{ref}) - P_{\delta})}{B^S_g}

\bigg)  T_h  dh  

P_w(t, \mathbf{r}) \big|_{\Gamma_{WRC}} = P_o(t, \mathbf{r}) \big|_{\Gamma_{WRC}} = P_g(t, \mathbf{r}) \big|_{\Gamma_{WRC}} = P_{wf}^{min} = const

...

...

...

...

...

...

P_{wf}(t) = P_{wf}(t, h_{ref}) + P_{\delta}(t, \delta h)

...

P_{wf}(t, h_{ref}) = 
\frac{ \int_{\Gamma_{WRC}}  \bigg(      

 \frac{M_o (P_{eo}- P_{\delta})}{B^S_o} + \frac{R_v M_g (P_{eg}- P_{\delta})}{B^S_g}

\bigg)  T_h  dh - q_O(t) }

{ \int_{\Gamma_{WRC}}  \bigg(  

 \frac{M_o}{B^S_o} + \frac{R_v M_g}{B^S_g}

      \bigg)  T_h dh }

q_O(t) = 
 \int_{\Gamma_{WRC}}  \bigg(      

\frac{M_o (P_{eo} - P_{wf}(t, h_{ref}) - P_{\delta})}{B^S_o} 
+ \frac{R_v M_g (P_{eg} - P_{wf}(t, h_{ref}) - P_{\delta})}{B^S_g}

\bigg)  T_h  dh 

P_o(t, \vec r) \big|_{\Gamma_{WRC}} = P_{wf}^{min} = const

...

The list of dynamic flow properties and model parameters

...