The general form of non-linear 
single-phase pressure diffusion @model is given by: 

\phi \cdot c_t \cdot \partial_t p -   \nabla  \left( M \cdot ( \nabla p - \rho \cdot \mathbf{g} )   \right)  - c \cdot M \cdot (\nabla p)^2  = \sum_k q({\bf r}) \cdot \delta({\bf r}-{\bf r}_k)


The alternative form is:

\phi \cdot c_t \cdot \mu \cdot \partial_t \Psi -   
 \nabla \cdot \left( k \cdot  ( \vec \nabla \Psi  - \frac{\rho^2}{\mu}  \, {\bf g} )  \right) 
  = \sum_k q({\bf r}) \cdot \delta({\bf r}-{\bf r}_k)



Table. 1. Notations and Definitions

1

 площадь боковой грани элементарной ячейки
2

объем элементарной ячейки

4

плотность флюила
5

пористость породы
6

давление флюида
7

масса флюида 
8

проницаемость породы
9

взякость флюида
10

гидропроводность пласта
11

векторное поле, характеризующее скорость движения флюида в пространстве.

линейная скорость потока
12

сжимаемость породы (скелета)
13

сжимаемость флюида
14

полная сжимаемость




Consider the Cartesian coordinates  in 3D space:  and its infinitesimal volumetric element:  with volume  bounded by six faces:   which have the same area along corresponding axis:

\delta A(\delta \Sigma_x) = \delta A(\Sigma_{x+\delta x }) = \delta A_{yz} = \delta y \cdot \delta z


\delta A(\delta \Sigma_y) = \delta  A(\Sigma_{y+\delta y }) = \delta A_{xz} = \delta x \cdot \delta z


\delta A(\delta \Sigma_z) = \delta A(\Sigma_{z+\delta z }) = \delta A_{xy} = \delta x \cdot \delta y

Consider the volumetric element  is filled with porous media with porosity  saturated by fluid with density .

The pore volume is going to be  and the fluid mass contained in this volume is .

The mass flowrate  through any face   with area  is defined as:

\frac{dm}{dt} \Big|_{\delta \Sigma} = {\bf j} \, {\bf \delta A} 

where

vector area 

normal vector to  elementary area  

mass flux vector 

fluid flow velocity

The total mass balance of the  volumetric element  honours the mass conservation:

\frac{dm}{dt} \Big|_{\delta \Omega} =  \sum_{\alpha} j_{\alpha}A_{\alpha} + \delta \dot m_q


\frac{dm}{dt} \Big|_{\delta \Omega} =  
j_x|_{x}\cdot \delta A_{yz} - j_x|_{x+\delta x}\cdot \delta A_{yz} +j_y|_{y}\cdot \delta A_{xz} - j_y|_{y+\delta y}\cdot \delta A_{xz} +
j_z|_{z}\cdot \delta A_{xy} - j_z|_{z+\delta z}\cdot \delta A_{xy}  + \delta \dot m_q

where

the rate of the mass variation which happens inside the volumetric element    


Dividing the  by the volume :

\frac{dm}{dt \, \delta V} \Big|_{\delta \Omega} =  \frac {\partial  (\rho \, \phi)}{\partial t} = \frac{j_x|_x - j_x|_{x+\delta x}}{\delta x} + \frac{j_y|_y - j_y|_{y+\delta y}}{\delta y} + \frac{j_z|_z - j_z|_{z+\delta z}}{\delta z} + \frac{\delta \dot m_q}{\delta V}

or in differential form:

\frac{\partial}{\partial t}(\rho \Phi) = - \nabla \cdot {\bf j} + \frac{\delta \dot m_q}{\delta V}


\frac{\partial}{\partial t}(\rho \Phi) + \nabla \cdot {\bf j} =  \frac{\delta \dot m_q}{\delta V} 

The mass rate generated/consumed inside the volumetric element  by a finite number of sources can be expressed as:

\frac{\delta \dot m_q}{\delta V} = \sum_k q({\bf r}) \cdot \delta({\bf r}-{\bf r}_k)

where

distribution of volumetric rates of the sources/stocks


\frac{\partial}{\partial t}(\rho \Phi) + \nabla \cdot (\rho \, {\bf u}) = 0


1



2

3

Consider the mass flow rate balance  along the 

Рассмотрим приращение массы в элементарном кубе объема . Предполагаем, что в самой ячейке нет источников, знак минус появляется за счет того, что нормали к противоположным граням кубика противонаправлены.

4

Разделим ур-ние (1) на объем ячейки
5

Ур-ние (2) есть развернутая форма записи ур-ния (3)
6

Классическое уравнение непрерывности
7

Вспоминаем определение (4) поля  

8

Феноменологический закон Дарси, связывающий скорость потока с градиентом давления
9

Подставляем ур-ние (6) в ур-ние (5)
10

Здесь и далее работаем в приближении

  1. процесс изотермический
  2. плотность флюида и пористость породы не зависят от времени явно
11

Распишем временную производную в ур-нии (7)

12

Распишем дивергенцию ур-ния (7)
13

В ур-нии (9) вспоминаем, что плотность флюида явно зависит только от давления, соответственно градиент плотности представляет через градиент давления
14

Перепишем ур-ние (7), используя конечные соотношения в (10) и (8), и определения для  (6) и  (7)

15

Классическая запись уравнения диффузии в приближении изотермического процесса и независимости от времени плотности флюида и пористости породы.

Правая часть уравнения представляет собой сумму двух частей. Первая отвечает за пространственное распределение давления, вторая же содержит множителем сжимаемость флюида.





Physical models of pressure diffusion can be split into two categories: Newtonian and Rheological (non-Newtonian) based on the fluid stress model.

Mathematical models of pressure diffusion can be split into three categories: LinearPseudo-linear and Non-linear

These models are built using Numerical, Analytical or Hybrid pressure diffusion solvers.

Many popular 1DR solutions can be approximated by Radial Flow Pressure Diffusion @model which has a big methodological value.


The simplest analytical solutions for pressure diffusion are given by 1DL Linear-Drive Solution (LDS) and 1DR Line Source Solution (LSS)


The table below shows a list of popular well and reservoir pressure diffusion models.


Wellbore storage modelWell modelReservoir modelBoundary model
ConstantSkin-factorHomogeneousInfinite
FairVertical wellDual-porosityCircle No Flow
Rate-dependant

Fractured vertical well

Dual-permeabilityCircle Constant Pi

Limited entry wellAnisotropic reservoirSingle fault

Horizontal wellMulti-layer reservoirParallel faults

Slanted wellLinear-compositeIntersecting Faults

Multifrac horizontal well

Radial-composite


See also


Pressure diffusion / Pressure Diffusion @model