Loading...

Simulation of Clogging in Porous Media by Pore Network Model

Razavy, Sina | 2022

165 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 55481 (06)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Chemical and Petroleum Engineering
  6. Advisor(s): Jamshidi, Saeed; Raoof, Amir
  7. Abstract:
  8. Clogging of the pores of the porous medium occurs in different processes such as geothermal injection pumps, hydrocarbon wells, and underground water extraction wells. We need a model that can simulate these blockages in order to predict how fundamental variables of the porous medium change under different flow regimes and different particle sizes in the fluid (for example, the relationship between porosity and permeability changes). The aim is to simulate clogging in a porous medium using a pore network model. Simulations should model pore clogging and show how the permeability of the sample changes due to pore clogging. In the pore network, there are often thousands (or millions) of pores and throats. When clogging occurs, the throat size decreases and may become completely blocked. With this process, the permeability of the whole sample is reduced according to the different way that throats become clogged. In this project, by using the research conducted in the microchannels and the relationships between various variables presented in them, as well as modifying these relationships according to the data obtained by other researchers, we obtained the relationship needed to determine the closing time of the throats. Next, by designing a repeating algorithm in the simulation process using the network model, we calculated the permeability changes over time. In the end, by using this algorithm, the trend of permeability changes of different samples under different conditions were investigated.
  9. Keywords:
  10. Pore Network Model ; Separation ; Filtration ; Permeability ; Deep-bed Filtration ; Clogging ; Bottleneck

 Digital Object List

 Bookmark

  • چکیده
  • فهرست جدول‌ها
  • فهرست تصویرها
  • فصل1 شبکه مدل حفره0F
    • 1-1 مقدمه
    • 1-2 مدل‌سازی مقیاس منافذ در محیط متخلخل
      • 1-2-1 مدل شبکه حفره
      • 1-2-2 روش شبکه بولتزمن14F
      • 1-2-3 روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)
    • 1-3 نمایش فضای منافذ به‌عنوان یک شبکه منفذی
    • 1-4 به‌دست‌آوردن خصوصیات منافذ
    • 1-5 تکنیک‌های تصویربرداری
      • 1-5-1 میکروتوموگرافی کامپیوتری اشعه ایکس (micro-CT)
      • 1-5-2 پرتوهای یونی متمرکز35F و تصویربرداری میکروسکوپی الکترونی36F
      • 1-5-3 تشدید مغناطیسی هسته‌ای37F (NMR)
      • 1-5-4 تخلخل سنجی نفوذ جیوه41F (MIP)
      • 1-5-5 جذب گاز44F
    • 1-6 ساخت مدل شبکه منفذی
      • 1-6-1 بازسازی آماری
      • 1-6-2 مدل مبتنی بر دانه
      • 1-6-3 مدل نقشه برداری مستقیم
        • 1-6-3-1 الگوریتم محور میانی50F
        • 1-6-3-2 الگوریتم‌های مبتنی بر نمودار ورونوی55F
        • 1-6-3-3 الگوریتم بزرگ‌ترین توپ56F
      • 1-6-4 مدل‌های شبکه ای منظم57F
    • 1-7 شبیه‌سازی جریان و انتقال درون شبکه
  • فصل2 فیلتراسیون بستر عمیق
    • 2-1 مقدمه
    • 2-2 فیلتر و فیلتراسیون
    • 2-3 مکانیسم‌های فیلتراسیون
      • 2-3-1 کرنش سطحی63F
      • 2-3-2 کرنش عمقی64F
      • 2-3-3 فیلتراسیون عمقی65F
      • 2-3-4 فیلتراسیون کیک68F
    • 2-4 انواع فیلتر
    • 2-5 فیلتراسیون سطحی در مقابل فیلتراسیون عمقی
    • 2-6 مدل‌سازی فیلتراسیون
      • 2-6-1 رویکرد ماکروسکوپی
      • 2-6-2 رویکرد میکروسکوپی
        • 2-6-2-1 شبیه‌سازی عددی مستقیم (DNS)
          • 1.1.1.1.1 دینامیک سیالات محاسباتی
          • 1.1.1.1.2 روش عنصر گسسته
      • 2-6-3 مدل‌سازی فیلتراسیون ذرات با شبکه منافذ
        • 2-6-3-1 روش‌های مبتنی بر غلظت
        • 2-6-3-2 روش‌های ردیابی ذرات
  • فصل3 انسداد
    • 3-1 مقدمه
    • 3-2 انسداد به‌وسیله هوا88F
    • 3-3 انسداد شیمیایی
    • 3-4 انسداد بیولوژیکی90F
    • 3-5 انسداد فیزیکی
    • 3-6 انواع انسداد فیزیکی منافذ
      • 3-6-1 الک شدن
      • 3-6-2 پل زدن در میکروکانال ها
      • 3-6-3 انسداد با تجمع99F ذرات
    • 3-7 مکانیسم تحرک ذرات در محیط متخلخل
      • 3-7-1 اینرسی
      • 3-7-2 برخورد مستقیم
      • 3-7-3 انتشار براونی109F
      • 3-7-4 نیروهای الکترواستاتیک
      • 3-7-5 رسوب‌گذاری
      • 3-7-6 جذب112F
      • 3-7-7 اتصال114F
      • 3-7-8 الک شدن و کرنش122F
  • فصل4 شبیه‌سازی انسداد منافذ محیط متخلخل
    • 4-1 مقدمه
    • 4-2 سیستم‌های میکروسیال
      • 4-2-1 تأثیرات طول گلوگاه در مقدار N*
      • 4-2-2 تأثیرات دبی بر روی مقدار N*
    • 4-3 فرایند شبیه‌سازی
      • 4-3-1 تهیه داده‌های مورد نیاز
      • 4-3-2 ساخت مدل
      • 4-3-3 حل معادلات جریان در مدل
      • 4-3-4 تعیین زمان بسته‌شدن گلوگاه‌ها
      • 4-3-5 حلقه محاسباتی
      • 4-3-6 معیارهای اتمام شبیه‌سازی
  • فصل5 نتایج و آنالیز حساسیت
    • 5-1 کلیات مدل‌های بررسی شده
    • 5-2 تأثیرات تخلخل
    • 5-3 تأثیرات جابجایی حفرات در مدل
    • 5-4 تأثیرات قطر ذرات تزریقی
    • 5-5 اثرات غلظت ذرات تزریقی
    • 5-6 تأثیر نرخ تزریق سیال
    • 5-7 تأثیرات غلظت ترکیب یونی موجود در سیال
    • 5-8 تأثیرات نوع ذره، سنگ و برهم‌کنش آن‌ها با سیال (مقدار N0×CDLVO)
  • نتیجه‌گیری نهایی
  • پیشنهادات
    • رابطه مورد استفاده برای محاسبه N*
    • شبیه‌سازی شرایط متفاوت برای مدل کردن پدیده انسداد منافذ
  • منابع و مراجع
  • پیوست1 خلاصه روابط محاسبه زمان بسته شدن گلوگاه
  • پیوست2 اثبات روابط به کار رفته برای تعیین قطر و طول گلوگاه
...see more