Нелинейные режимы конвекции бинарной смеси в двухслойной пористой среде различной конфигурации
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.2.11Ключевые слова:
конвекция, диффузия, термодиффузия, бинарная смесь, углеводородная смесь, пористая среда, двухслойная средаАннотация
Представлены результаты численного исследования возникновения конвекции и ее нелинейных режимов в бинарной смеси жидких углеводородов, заключенной в двухслойной пористой среде. Состав смеси, тепловые условия и геометрия позволяют интерпретировать задачу как простую модель литологически ограниченной залежи месторождения углеводородов. Расчетная область представляет собой вытянутый в горизонтальном направлении прямоугольник, разделенный на два слоя. В одном из рассмотренных случаев эти слои равной высоты, а в другом – разной, так как граница раздела слоев имеет форму дуги окружности, обращенной выпуклостью вниз, что имитирует синклинальную геологическую складку. Слои обладают равной пористостью, но разной проницаемостью. В области существует геотермальный градиент со средним значением температуры, характерным для глубины 2000 м, что соответствует средней глубине залегания нефти. Задача решается в рамках модели Дарси–Буссинеска с учетом эффекта термодиффузии. Прослежены процессы образования и установления нелинейных режимов конвекции, распределение концентрации компонентов смеси для различных значений проницаемости слоев и их зависимость от того, какой из этих слоев лучше проницаем. Найдено, что в слоях с близкими значениями устанавливается стационарный режим течения при любой из конфигураций границы раздела, а также формируется «крупномасштабная» конвекция. При значительной разности проницаемостей возникающая конвекция «локальна», могут наблюдаться либо квазипериодические колебания сложной формы, либо нерегулярные колебания. При этом проникновение течения в слой с меньшей проницаемостью незначительно.
Скачивания
Библиографические ссылки
Szulczewski M., Hesse M., Juanes R. Carbon dioxide dissolution in structural and stratigraphic traps // J. Fluid Mech. 2013. Vol. 736. P. 287-315. https://doi.org/10.1017/jfm.2013.511
Simmons C., Bauer-Gottwein P., Graf T., Kinzelbach W., Kooi H., Li L., Werner A. Variable density groundwater flow: From modelling to applications // Groundwater modelling in arid and semi-arid areas / Ed. H. Wheater, S. Mathias, X. Li. Cambridge University Press, 2010. P. 87-118. https://doi.org/10.1017/CBO9780511760280.008
Baghooee H., Montel F., Galliero G., Yan W., Shapiro A. A new approach to thermal segregation in petroleum reservoirs: Algorithm and case studies // J. Petrol. Sci. Eng. 2021. Vol. 201. 108367. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2021.108367
Parameswari K., Mudgal B.V. Assessment of contaminant migration in an unconfined aquifer around an open dumping yard: Perungudi a case study // Environ. Earth Sci. 2015. Vol. 74. P. 6111-6122. https://doi.org/10.1007/s12665-015-4634-x
Kozeny J. Uber Kapillare Leitung des Wassers im Boden: Sitzungsber. Sitz. Akad. Wiss. Wien. 1927. Vol. 136. P. 271-306.
Carman P.C. Fluid fow through granular beds // AIChE. 1937. Vol. 15. P. 150-166.
Nield D.A., Bejan A. Convection in porous media. Springer, 2013. 778 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-5541-7
Klimenko L.S., Maryshev B.S. Numerical simulation of microchannel blockage by the random walk method // Chem. Eng. J. 2020. Vol. 381. 122644. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122644
Maryshev B.S., Klimenko L.S. Porous media cleaning by pulsating filtration flow // Microgravity Sci. Technol. 2022. Vol. 34. 5. https://doi.org/10.1007/s12217-021-09922-3
Nield D.A., Kuznetsov A.V. The onset of convection in an anisotropic heterogeneous porous medium: A new hydrodynamic boundary condition // Transp. Porous Med. 2019. Vol. 127. P. 549-558. https://doi.org/10.1007/s11242-018-1210-3
Kolchanova E.A., Kolchanov N.V. Onset of solutal convection in layered sorbing porous media with clogging // Int. J. Heat Mass Trans. 2022. Vol. 183. 122110. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122110
Hewitt D.R., Neufeld J.A., Lister J.R. High Rayleigh number convection in a porous medium containing a thin low-permeability layer // J. Fluid Mech. 2014. Vol. 756. P. 844-869. https://doi.org/10.1017/jfm.2014.478
Zech A., Zehner B., Kolditz O., Attinger S. Impact of heterogeneous permeability distribution on the groundwater flow systems of a small sedimentary basin // J. Hydrol. 2016. Vol. 532. P. 90-101. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.11.030
Salibindla A.K.R., Subedi R., Shen V.C., Masuk A.U.M., Ni R. Dissolution-driven convection in a heterogeneous porous medium // J. Fluid Mech. 2018. Vol. 857. P. 61-79. https://doi.org/10.1017/jfm.2018.732
Soboleva E. Density-driven convection in an inhomogeneous geothermal reservoir // Int. J. Heat Mass Tran. 2018. Vol. 127. P. 784-798. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.08.019
Zubova N.A., Lyubimova T.P. Convection of ternary mixture in anisotropic porous medium // AIP Conf. Proc. 2021. Vol. 2371. 050013. https://doi.org/10.1063/5.0059568
Зубова Н.А., Любимова Т.П. Нелинейные режимы конвекции трехкомпонентной смеси в двухслойной пористой среде // Вычисл. мех. сплош. сред. 2021. Т. 14, № 1. С. 110-121. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2021.14.1.10
De Paoli M., Zonta F., Soldati A. Dissolution in anisotropic porous media: Modelling convection regimes from onset to shutdown // Phys. Fluid. 2017. Vol. 29. 026601. https://doi.org/10.1063/1.4975393
Li Q., Cai W.H., Li B.X., Chen C.-Y. Numerical study of density-driven convection in laminated heterogeneous porous media // Journal of Mechanics. 2020. Vol. 36. P. 665-673. https://doi.org/10.1017/jmech.2020.32
Barbier E. Geothermal energy technology and current status: An overview // Renew. Sustain. Energ. Rev. 2002. Vol. 6. P. 3-65. https://doi.org/10.1016/S1364-0321(02)00002-3
Kocberber S., Collins R.E. Impact of reservoir heterogeneity on initial distributions of hydrocarbons // Proc. of the SPE Annual Technical Conference and Exhibition. New Orleans, Louisiana, USA, September 23-26, 1990. P. 175-201. https://doi.org/10.2118/20547-MS
Schmitt R.W. Double diffusion in oceanography // Annu. Rev. Fluid Mech. 1994. Vol. 26. P. 255-285. https://doi.org/10.1146/ANNUREV.FL.26.010194.001351
Pedersen K.S., Hjermstad H.P. Modeling of compositional variation with depth for five north sea reservoirs // Proc. of the SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Houston, Texas, USA, September 28-30, 2015. SPE-175085-MS. https://doi.org/10.2118/175085-MS
Collell J., Galliero G., Vermorel R., Ungerer P., Yiannourakou M., Montel F., Pujol M. Transport of multicomponent hydrocarbon mixtures in shales organic matter by molecular simulations // J. Phys. Chem. C. 2015. Vol. 119. P. 22587-22595. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b07242
Mialdun A., Minetti C., Gaponenko Yu., Shevtsova V., Dubois F. Analysis of the thermal performance of SODI instrument for DCMIX configuration // Microgravity Sci. Technol. 2013. Vol. 25. P. 83-94. http://dx.doi.org/ 10.1007/s12217-012-9337-2
Алхасов А.Б. Возобновляемая энергетика. М.: Физматлит, 2012. 256 с.
Forster S., Bobertz B., Bohling B. Permeability of sands in the coastal areas of the southern Baltic Sea: mapping a grain-size related sediment property // Aquatic Geochemistry. 2003. Vol. 9. P. 171-190. https://doi.org/10.1023/B:AQUA.0000022953.52275.8b
Iscan A.G., Kok M.V. Porosity and permeability determinations in sandstone and limestone rocks using thin section analysis approach // Energy Sources, Part A. 2009. Vol. 31. P. 568-575. https://doi.org/10.1080/15567030802463984
Gebhardt M., Kohler W., Mialdun A., Yasnou V., Shevtsova V. Diffusion, thermal diffusion, and Soret coefficients and optical contrast factors of the binary mixtures of dodecane, isobutylbenzene, and 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene // J. Chem. Phys. 2013. Vol. 138. 114503. https://doi.org/10.1063/1.4795432
McKibbin R., O’Sullivan M.J. Onset of convection in a layered porous medium heated from below // J. Fluid Mech. 1980. Vol. 96. P. 375-393. https://doi.org/10.1017/S0022112080002170
McKibbin R., O’Sullivan M.J. Heat transfer in a layered porous medium heated from below // J. Fluid Mech. 1981. Vol. 111. P. 141-173. ]https://doi.org/10.1017/S0022112081002334
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2022 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.