A multiscale LBM–TPM–PFM approach for modeling of multiphase fluid flow in fractured porous media

多孔介质 格子Boltzmann方法 机械 多相流 材料科学 磁导率 流体力学 相对渗透率 饱和(图论) 多孔性 岩土工程 地质学 复合材料 数学 物理 化学 生物化学 组合数学
作者
Mohamad Chaaban,Yousef Heider,Bernd Markert
出处
期刊:International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics [Wiley]
卷期号:46 (14): 2698-2724
标识
DOI:10.1002/nag.3423
摘要

In this paper, we present a reliable micro-to-macroscale framework to model multiphase fluid flow through fractured porous media. This is based on utilizing the capabilities of the lattice Boltzmann method (LBM) within the phase-field modeling (PFM) of fractures in multiphase porous media. In this, we propose new physically motivated phase-field-dependent relationships for the residual saturation, the intrinsic as well as relative permeabilities. In addition, an anisotropic, phase-field-dependent intrinsic permeability tensor for the fractured porous domains is formulated, which relies on the single- and multiphasic LBM flow simulations. Based on these results, new relationships for the variation of the macroscopic theory of porous media (TPM)–PFM model parameters in the transition zone are proposed. Whereby, a multiscale concept for the coupling between the multiphasic flow through the crack on one hand and the porous ambient, on the other hand, is achieved. The hybrid model is numerically applied on a real microgeometry of fractured porous media, extracted via X-ray microcomputed tomography data of fractured Berea Sandstone. Moreover, the model is utilized for the calculation of the fluid leak-off from the crack to the intact zones. Additionally, the effects of the depth of the transition zone and the orientation of the crack channels on the amount of leakage flow rates are studied. The outcomes of the numerical model proved the reliability of the multiscale model to simulate multiphasic fluid flow through fractured porous media.

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