Strøm av olje og vann i berggrunnen matematisk model, simulering og visualisering

Like dokumenter
Strøm av olje og vann i berggrunnen matematisk model, simulering og visualisering

hvor s er målt langs strømningsretningen. Velges Darcy enheter så har en

SIG4010 STRØMNING I PORØSE MEDIA / FLUDMEKANIKK ØVING 4

ResTek1 Løsning Øving 11

ResTek1 Løsning Øving 11

ResTek1 Løsning Øving 5

Følgende kapillartrykksdata ble oppnådd ved å fortrenge vann med luft fra to vannmettede

d) Beregn trykket i brønnen ved bruk av data fra tabell 1.

ResTek1 Løsning Øving 12

Notat: Analytisk løsning

HØGSKOLEN I STAVANGER ...(1) Hvordan blir denne ligningen dersom skilleflaten mellom fasene er en kuleflate?

, tilsvarende terskeltrykket p d

Eksamen i SIF5036 Matematisk modellering Onsdag 12. desember 2001 Kl

Løsningsforslag til Øving 6 Høst 2016

Oppgave 1. Skisse til løsning Eksamen i Reservoarteknikk 1 4. juni, a) p c = 2σ/R hvor R = R 1 = R 2.

Emne: BIP 140, Reservoarteknikk Dato: 4. Desember 2010.

Figur 1: Skisse av den ene armen til en sentrifuge; kjerne i beholder. dp = ρω 2 Z 2 1. rdr; = 1 2 ρω2 (r 2 2 r2 1):

KJ1042 Øving 12: Elektrolyttløsninger

HAVBØLGER. Her skal vi gjennomgå den enkleste teorien for bølger på vannoverflaten:

PROSJEKT- OG MASTEROPPGAVER VED SINTEF IKT, AVD. FOR ANVENDT MATEMATIKK

Enkel matematikk for økonomer. Del 1 nødvendig bakgrunn. Parenteser og brøker

d) Poenget er å regne ut terskeltrykket til kappebergarten og omgjøre dette til en tilsvarende høyde av en oljekolonne i vann.

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Differansemetoder for to-punkts randverdiproblemer. Innledning. Anne Kværnø

Mandag Institutt for fysikk, NTNU TFY4160/FY1002: Bølgefysikk Høsten 2006, uke 36

Oppgave 3. Skisse til løsning Eksamen i Reservoarteknikk 14. desember, a) Se forelesningene. b) Fra Darcys lov,

Eksamensoppgave i TMA4110/TMA4115 Calculus 3

UNIVERSITETET I OSLO

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

Matematisk statistikk og stokastiske prosesser B, høsten 2006 Løsninger til oppgavesett 5, s. 1. Oppgave 1

EKSAMEN Løsningsforslag

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Onsdag 28. mai 2003

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1001

MA2501 Numeriske metoder

(a) Alternativt lineært eller radielt system, (b) Innlesing av nye data ved tid tqchg: qo(1), qo(mx), delmin, delmax, dtmult, dpmax, pconst, tqchg.

EKSAMEN FAG TFY4160 BØLGEFYSIKK OG FAG FY1002 GENERELL FYSIKK II Onsdag 8. desember 2004 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

Lineære likningssystemer og matriser

a) Anta først at drivmekanismen er oppløst gassdriv, uten gasskappe, og estimer oljevolum opprinnelig tilstede i reservoaret.

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

EKSAMEN I EMNE SIF5072 STOKASTISKE PROSESSER Onsdag 31. juli 2002 Tid: 09:00 14:00

CO 2 injeksjon for økt oljeutvinning i kalk

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

EKSAMEN I FAG SIF 4002 FYSIKK Mandag 7. mai 2001 Tid: Sensur: Uke 22

SIF5072 Stokastiske prosesser Side 2 av 7 Gitt at en pasient er symptomfri ved tidspunkt t, hva er sannsynligheten for at han er symptomfri i hele per

Eksamen i GEOF330 Dynamisk Oseanografi. Oppgave 1: Stående svingninger

Matematikk 4 M/N - Vår 2008 Kort Introduksjon

2,0atm. Deretter blir gassen utsatt for prosess B, der. V 1,0L, under konstant trykk P P. P 6,0atm. 1 atm = 1,013*10 5 Pa.

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

ResTek1 Øving 12. Oppgave 1 Trykkfallstest. Oppgave 2 Trykkfallstest

Studieretning for geofag og petroleumsteknologi

σ cosθ φ (1) Forklar kort de størrelser som inngår, deres benevning i et konsistent sett av enheter og hva J-funksjonen brukes til.

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, Aud.max. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

FYS1120 Elektromagnetisme H10 Midtveiseksamen

EKSAMEN I NUMERISK LINEÆR ALGEBRA (TMA4205)

Rekning i fjord og fjell! Geiranger Matematikk som kan forlenge oljealderen. Helge K. Dahle Matematisk institutt

Studieretning for geofag og petroleumsteknologi

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

UNIVERSITETET I OSLO

Litt om numerisk integrasjon og derivasjon og løsningsforslag til noen ekstraoppgaver MAT-INF 1100 uke 48 (22/11-26/11)

Bevarelsesmetoder for elliptiske differensialligninger

La U og V være uavhengige standard normalfordelte variable og definer

UNIVERSITETET I OSLO

Viktig informasjon. Taylorrekker

Simulerings-eksperiment - Fysikk/Matematikk

Kapittel 8. Varmestråling

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 5. desember 2005 kl

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

STK1100 våren 2019 Mere om konfidensintevaller

SIGNERT DOMINASJON OG RETTEDE MATROIDESYSTEMER

UNIVERSITETET I OSLO

Detaljert modellering av 'gas blowby'

Fysikkolympiaden Norsk finale 2018 Løsningsforslag

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

Skaleringskriterier for vannflømming i sandstein og tertiær oljeutvinning ved bruk av CO 2

L12-Dataanalyse. Introduksjon. Nelson Aalen plott. Page 76 of Introduksjon til dataanalyse. Levetider og sensurerte tider

Eksempler på felter. Til orientering. MEK1100, FELTTEORI OG VEKTORANALYSE våren Matematisk Institutt, UiO. Eksempler Mek1100

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning. 1 En kort oppsummering Adaptiv filtrering 2. 3 Prediksjon 4

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes canvas.

ELEVARK. ...om å tømme en beholder for vann. Innledning. Utarbeidet av Skolelaboratoriet ved NTNU - NKR

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

EKSAMEN I FAG SIF 4012 ELEKTROMAGNETISME (SIF 4012 FYSIKK 2) Onsdag 11. desember kl Bokmål

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

Kan vi forutse en pendels bevegelse, før vi har satt den i sving?

TMA4123/TMA4125 Matematikk 4M/4N Vår 2013

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 2

Numerisk løsning av PDL

UNIVERSITETET I OSLO

8 Kontinuumsmekanikk og elastisitetsteori

Viktig informasjon. Taylorrekker

Lineær uavhengighet og basis

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAG SIF5045 NUMERISK LØSNING AV DIFFERENSIALLIGNINGER

Eksamen i Klassisk feltteori, fag TFY 4270 Onsdag 26. mai 2004 Løsninger

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Løsningsforslag til øving 4. m 1 gl = 1 2 m 1v 2 1. = v 1 = 2gL

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

Strøm av olje og vann i berggrunnen matematisk model, simulering og visualisering Hans Fredrik Nordhaug Matematisk institutt Faglig-pedagogisk dag, 01.02.2000.

Oversikt 1 Oversikt Introduksjon. Hva er et reservoar? Matematisk modell. Hvordan beskrive et reservoar i matematikkens språk? Simulering / numerisk metoder. Hvordan løse ligningene i den matematiske modellen? Visualisering av strøm i en- og to-dimensjoner.

Introduksjon. 2 Et reservoar består av Introduksjon. selve berggrunnen - den faste fasen, olje - den ikke-vetende fasen - og vann - den vetende fasen. Generelt vil det være flere faser - spesielt gass - men la oss holde det enkelt.

Introduksjon. 3 Hver fase kan bestå av flere komponenter. Oljefasen består for eksempel av mange forskjellige hydrokarboner. Vannfasen derimot består som regel bare av vann. Generelt vil det også være transport av masse mellom fasene (faseovergang), men vi vil ikke bry oss med det. Hvis man tillater faseovergang, så vil man vanligvis betrakte massen av komponentene i steden for av fasene.

Introduksjon. 4 Oljeutvinning foregår vet at man borer et hull ned i reservoaret. Til å begynne med er trykket høyt nok til at oljen kommer opp av seg selv. Etter hvert vil trykket falle, og man må bore en brønn til hvor man injiserer for eksempel vann for å holde trykket oppe.

Introduksjon. 5 For å forstå den prosessen må man lage matematiske modeller. Disse modellene gjør en i stand til å vite når, hvor mye og hvor man skal injisere. I tillegg er geologiske data helt nødvendig - ellers vet man jo ikke hvordan berggrunnen ser ut. Her gjør geologene en fremragende jobb så dette er vanligvis ikke noe problem.

Matematisk modell 6 Matematisk modell For å lage vår modell må vi definere noe variabler: V b V p V l φ = V p /V b S l = V l /V p K k rl bulkvolum porevolum volum av fase l porøsitet metning av fase l absoluttt permeabilitet relativ permeabilitet for fase l

Matematisk modell 7 u l hastighet for fase l u tot = u o + u w totalhastighet µ l viskositet for fase l λ l = k rl /µ l mobilitet for fase l p l trykk i fase l P c = p o p w kapillærtrykk ρ l tettheten til fasen l g tyngdens konstant kilde/slukledd for fase l q l

Matematisk modell 8 Permeabilitet er ledningsevnen til berggrunnen. Den kan også betraktes som inversen av motstanden. Permeabiliteten vil vanligvis variere med bergarten. Den relative permeabiliteten blir innført fordi forskjellige faser har forskjellig ledningsevne i den samme bergarten. Viskositet er et mål på seigheten eller den indre friksjonen i en væske eller gass. Kilde- og slukledd er i denne sammenhengen brønner.

Matematisk modell 9 for to-fase-strøm Darcys lov u l = Kk rl µ l ( p l ρ l g z). (1) for to faser Massekonservering (φs l ρ l ) t + (u l ρ l ) = q l. (2)

Matematisk modell 10 nå at vi har: Anta 1. Strøm kun i den horisontale dimensjonen!! 2. Samme trykk i begge fasene. 3. Konstant viskositet, porøsitet og tetthet. 4. Porevolumet er fullstendig fylt S w + S o = 1 5. Ingen kilde- eller slukledd. Dette gir...

Matematisk modell 11 Forenklet massekonservering for to faser φ S w t + u w x = 0, og Darcys lov φ S o t + u o x = 0 (3) u l = Kk rl µ l p l x. (4)

Matematisk modell 12 Ved å legge sammen de enkle massekonserveringsligningene (3) får vi (u o + u w ) x siden S w + S o = 1. = u tot x = 0 u tot = konstant (5) Ved hjelp av ligningene (3), (4) og (5) kan vi utlede...

Matematisk modell 13 Fraksjonstrømformuleringen Følgende enkle ligning beskriver strømmen av to faser i et horisontalt en-dimensjonalt reservoar (hvor trykka i fasene er like): S t + u φ f(s) x = 0 (6) S er vannmetningen og f(s) er den tilhørende fraksjonstrømfunksjonen.

Matematisk modell 14 Fraksjonstrømfunksjonen er gitt som f(s) = u w u tot = λ w λ w + λ g (7) hvor λ l er mobilitetene. Ligning (6) kalles gjerne Buckley-Leverett-ligningen og er en klassisk ikke-lineær hyperbolsk differensialligning.

Simulering 15 Simulering Her vil bare den aller enkleste metoden bli presentert - endelig differanser. Det første du gjør er å dele opp området ditt i intervaller. På hvert intervall vil vannmetningen - løsning av ligning (6) være konstant. Deretter tilnærmer du de partielt deriverte med (endelige) differanser på for eksempel følgende måte:

Simulering 16 hvor T m j S(x j, t m ) t f(s(x j, t m )) x T j m+1 t T m j f(t m j ) f (T m j 1 ) x er den tilnærmede verdien for S(j x, m t)..

Simulering 17 Differanseskjema Bruker man disse differansene får man følgende skjema hvor t og x er diskretiseringen i henholdsvis tid og rom. T m+1 j = T m j t x [f(t m j ) f(t m j 1)] (8) Se neste side for visualisering av et eksempel som er løst ved hjelp av dette skjemaet.

Visualisering 18 Her er noen eksempler: Visualisering Simulering av en-dimensjonal to-fase strøm i et homogent reservoar - uten kapillærtrykk - ved hjelp av et differanseskjema (8). Simulering av to-dimensjonal to-fase strøm i et heterogent reservoar. Simulering av et to-dimensjonalt reservoar ved hjelp av en nettverkmodell.

Visualisering 19 SLUTT! Du finner hele presentasjonen på min hjemmeside: http://www.mi.uib.no/ hansfn

Visualisering 20 Et reservoar

Visualisering 21 Et to-dimensjonalt grid

Visualisering 22 Utledning av fraksjonstrømformuleringen Med utgangspunktet i (4) og at p w = p o får vi u w Kλ w = u o Kλ o. (9) Hvis du bytter ut u o med u u w i ligning (9) og løser for u w, så får du u w u tot = λ w λ w + λ g def = f(s w ). (10)

Visualisering 23 Sett dette inn ligning (3) for vannmetningen, S w, og du får S w t + u φ f(s w ) x = 0. (11) Dette kalles fraksjonstrømformuleringen og var det vi skulle utlede. Gå videre.