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 (\rho \phi)}{\partial t} = - \nabla \, {\bf j} + \frac{\delta \dot m_q}{\delta V} |
\frac{\partial (\rho \phi)}{\partial t} + \nabla \, {\bf j} = \frac{\delta \dot m_q}{\delta V} |
The mass rate generated/consumed by a finite number of well-reservoir contacts can be expressed as:
\frac{\delta \dot m_q}{\delta V} = \sum_k \rho_k \cdot q_k(t) \cdot \delta({\bf r}-{\bf r}_k) |
where
volumetric flowrate of the source/stock at the reservoir point | |
fluid density at the reservoir point |
The next step is to re-right in equivalent form:
\frac{\delta \dot m_q}{\delta V} = \sum_k \rho_k \cdot q_k(t) \cdot \delta({\bf r}-{\bf r}_k) = \rho(t,{\rm r}) \cdot \sum_k q_k(t) \cdot \delta({\bf r}-{\bf r}_k) |
which turns into:
\frac{\partial (\rho \phi)}{\partial t} + \nabla \, {\bf j} = \rho \cdot \sum_k q_k(t) \cdot \delta({\bf r}-{\bf r}_k) |
Substituting the mass flux into :
\frac{\partial (\rho \phi)}{\partial t} + \nabla \, ( \rho \, {\bf u}) = \rho \cdot \sum_k q_k(t) \cdot \delta({\bf r}-{\bf r}_k) |
The velocity vector is
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
| |
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. |
See also
Physics / Mechanics / Continuum mechanics / Fluid Mechanics / Fluid Dynamics / Pressure Diffusion / Pressure Diffusion @model / Single-phase pressure diffusion @model