Estudio Numérico de los Efectos de los Límites Laterales en Simulaciones de Flujo en Rocas Digitales a Escala de Poros
Autores: Zhang, Qihui; Liang, Meijian; Zhang, Yongbin; Wang, Dong; Yang, Jianping; Chen, Yu; Tang, Liandong; Pei, Xuehao; Zhou, Bihui
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estudio Numérico de los Efectos de los Límites Laterales en Simulaciones de Flujo en Rocas Digitales a Escala de Poros
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio numérico
Efectos de los límites laterales
Simulaciones de flujo en roca digital a escala de poros
Flujo bifásico
Perfiles de saturación
Muestras de roca sintéticas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Este trabajo presenta un estudio numérico de los efectos de los límites laterales en simulaciones de flujo en roca digital a escala de poro, donde los límites laterales a menudo se tratan como paredes sin deslizamiento. Si bien los efectos finales capilares de los límites de entrada y salida son bien conocidos, la influencia de los límites laterales no ha sido estudiada sistemáticamente, especialmente para el flujo de dos fases. Empleamos un modelo de Boltzmann de red de gradiente de color tridimensional bien establecido para simular el flujo de dos fases inmiscibles en muestras de roca reales y sintéticas. Nuestros resultados revelan artefactos significativos en muestras pequeñas causados por los límites laterales, lo que lleva a perfiles de saturación no representativos, aunque la permeabilidad absoluta se mantiene consistente con muestras más grandes. En el drenaje, la saturación de la fase no húmeda es sustancialmente más baja cerca de los límites laterales debido al aumento del atrapamiento de la fase húmeda, mientras que en la imbibición, la fase húmeda fluye preferentemente a lo largo de las paredes, formando perfiles de saturación en forma de V pronunciada cerca de los límites laterales. Aumentar el tamaño de la muestra puede reducir la influencia de los límites, pero esto a menudo es impráctico para ciertas muestras, debido, por ejemplo, a altas demandas computacionales. Imponer condiciones de frontera periódicas directamente en los límites laterales solo mejora marginalmente la saturación cerca de los límites en los casos de drenaje, ya que la mala conectividad de poros a través de límites cuasi-periódicos sigue siendo una limitación, especialmente en medios de baja porosidad, mientras que el enfoque causa saturaciones de fase húmeda físicamente altas cerca de los límites laterales durante la imbibición. Un enfoque alternativo es generar muestras de roca sintéticas que sean inherentemente periódicas en las direcciones transversales, lo que permite simulaciones de flujo de dos fases más representativas. Al comparar simulaciones con condiciones de frontera sin deslizamiento y periódicas en una muestra de roca sintética de baja porosidad, los efectos de los límites laterales pueden causar diferencias de más del 10% en la saturación en estado estacionario. Así, las muestras de roca digital periódicamente generadas sintéticamente ofrecen una solución prometedora para estudios a escala de poro en medios de baja porosidad.
Descripción
Este trabajo presenta un estudio numérico de los efectos de los límites laterales en simulaciones de flujo en roca digital a escala de poro, donde los límites laterales a menudo se tratan como paredes sin deslizamiento. Si bien los efectos finales capilares de los límites de entrada y salida son bien conocidos, la influencia de los límites laterales no ha sido estudiada sistemáticamente, especialmente para el flujo de dos fases. Empleamos un modelo de Boltzmann de red de gradiente de color tridimensional bien establecido para simular el flujo de dos fases inmiscibles en muestras de roca reales y sintéticas. Nuestros resultados revelan artefactos significativos en muestras pequeñas causados por los límites laterales, lo que lleva a perfiles de saturación no representativos, aunque la permeabilidad absoluta se mantiene consistente con muestras más grandes. En el drenaje, la saturación de la fase no húmeda es sustancialmente más baja cerca de los límites laterales debido al aumento del atrapamiento de la fase húmeda, mientras que en la imbibición, la fase húmeda fluye preferentemente a lo largo de las paredes, formando perfiles de saturación en forma de V pronunciada cerca de los límites laterales. Aumentar el tamaño de la muestra puede reducir la influencia de los límites, pero esto a menudo es impráctico para ciertas muestras, debido, por ejemplo, a altas demandas computacionales. Imponer condiciones de frontera periódicas directamente en los límites laterales solo mejora marginalmente la saturación cerca de los límites en los casos de drenaje, ya que la mala conectividad de poros a través de límites cuasi-periódicos sigue siendo una limitación, especialmente en medios de baja porosidad, mientras que el enfoque causa saturaciones de fase húmeda físicamente altas cerca de los límites laterales durante la imbibición. Un enfoque alternativo es generar muestras de roca sintéticas que sean inherentemente periódicas en las direcciones transversales, lo que permite simulaciones de flujo de dos fases más representativas. Al comparar simulaciones con condiciones de frontera sin deslizamiento y periódicas en una muestra de roca sintética de baja porosidad, los efectos de los límites laterales pueden causar diferencias de más del 10% en la saturación en estado estacionario. Así, las muestras de roca digital periódicamente generadas sintéticamente ofrecen una solución prometedora para estudios a escala de poro en medios de baja porosidad.