[논문 리뷰] Generalized network modelling: capillary-dominated two-phase flow - model description

Ali Q. Raeini, Branko Bijeljic외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 10.

Enhanced Oil Recovery Techniques인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 3차원 영상 기반 직접 시뮬레이션을 통해 입자 구멍, 반목구멍 및 모서리로 계층적으로 이산화된 구조를 이용하여, 다孔성 매체에서 표면장력이 지배하는 이상태 흐름의 입자 척도 시뮬레이션을 위한 일반화된 네트워크 모델을 제시한다. 이 모델은 입구 압력, 유체 체적 및 유동 전도도를 정확하게 계산할 수 있으며, 유사한 기하구조와 실험 데이터와의 비교를 통해 상대 투과도 및 표면장력 압력을 성공적으로 예측한다.

ABSTRACT

We present a generalized network model for simulating capillary-dominated two-phase flow through porous media at the pore scale. Three-dimensional images of the pore space are discretized using a generalized network -- described in a companion paper (this https URL) -- that comprises pores that are divided into smaller elements called half-throats and subsequently into corners. Half-throats define the connectivity of the network at the coarsest level, connecting each pore to half-throats of its neighboring pores from their narrower ends, while corners define the connectivity of pore crevices. The corners are discretized at different levels for accurate calculation of entry pressures, fluid volumes and flow conductivities that are obtained using direct simulation of flow on the underlying image. This paper discusses the two-phase flow model that is used to compute the averaged flow properties of the generalized network, including relative permeability and capillary pressure. We validate the model using direct finite-volume two-phase flow simulations on synthetic geometries, and then present a comparison of the model predictions with a conventional pore-network model and experimental measurements of relative permeability in the literature.

연구 동기 및 목표

• 입자 척도에서 표면장력이 지배하는 이상태 흐름을 고정밀도로 포괄하는 일반화된 네트워크 모델을 개발하기 위해.
• 입자 공간의 계층적 이산화를 통해 입구 압력, 유체 체적 및 유동 전도도를 정밀하게 계산할 수 있도록 하기 위해.
• 합성 기하구조에서 직접 유한체적 시뮬레이션과 실험 측정치에 대한 모델의 검증을 위해.
• 기존의 입자 네트워크 모델과 비교하여 상대 투과도에 대한 모델 예측을 수행하기 위해.

제안 방법

• 3차원 영상에서 유도된 입자 공간은 다수의 해상도 수준에서 입자, 반목구멍 및 모서리로 구성된 일반화된 네트워크로 이산화된다.
• 반목구멍은 좁은 끝을 통해 입자 간의 거시적 연결성을 정의하고, 모서리는 입자 틈새의 연결성을 나타낸다.
• 유동 전도도, 유체 체적 및 입구 압력은 가장 세밀한 이산화 수준에서 기반 영상에 직접 시뮬레이션을 통해 계산된다.
• 상대 투과도 및 표면장력 압력과 같은 평균적인 이상태 흐름 특성은 일반화된 네트워크 모델에서 유도된다.
• 입자 척도 흐름 예측의 계산 효율성과 정확성의 균형을 이루기 위해 다중 수준의 이산화 전략을 채택한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일반화된 네트워크 모델은 표면장력이 지배하는 이상태 흐름에서 상대 투과도를 얼마나 정확하게 예측할 수 있는가?
• RQ2 입자를 반목구멍과 모서리로 계층적으로 이산화하는 방식이 흐름 특성 예측의 정확도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ3 이 모델의 예측은 기존의 입자 네트워크 모델과 비교하여 어떠한가?
• RQ4 이 모델은 문헌에 기록된 실험적 상대 투과도 데이터를 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 일반화된 네트워크 모델은 계층적 이산화를 통해 복잡한 입자 척도 흐름 거동을 포착함으로써 상대 투과도를 정확하게 예측한다.
• 모델의 표면장력 압력 및 유동 전도도 예측은 합성 입자 기하구조에서 직접 유한체적 시뮬레이션과 일치한다.
• 표면장력에 의해 제어되는 이상태 흐름을 시뮬레이션할 때, 기존의 입자 네트워크 모델보다 더 높은 정확도를 보인다.
• 모델의 예측 결과는 문헌에 기록된 상대 투과도 실험 측정치와 잘 일치한다.