17559

1909 دكتري

دكتري

مكانيك سنگ

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1400

شانزده، 163 ص.: مصور، جدول، نمودار

عليرضا باغبانان، حميد هاشم الحسيني

سعيد مهدوي، پرويز معارف وند، احمد رمضان زاده

1401/02/31

كتابنامه

مهندسي معدن

مهندسي معدن

1401/03/01

2831105

شناسايي الگوي حركت جريان سيال درون محيط‌هاي سنگي ناپيوسته از ديرباز موردتوجه بشر بوده است. در ساليان اخير و با پيشرفت تكنولوژي در اين عصر، استفاده از روش‌هاي عددي و كامپيوترها در مطالعات مربوط به اين زمينه رشد فزاينده‌اي داشته است. روش‌هاي عددي پيوسته مانند المان محدود (FEM) و حجم محدود (FVM) و روش‌هاي ناپيوسته مانند المان مجزا (DEM) و شبكه شكستگي‌هاي مجزا (DFN) به شكل گسترده‌اي در اين زمينه مورداستفاده قرارگرفته‌اند. يكي از مزاياي روش‌هاي پيوسته، سرعت عمل آن‌هاست كه البته با افت دقت همراه مي‌باشد. بالعكس روش‌هاي ناپيوسته داراي دقت بالاتر و سرعت پايين‌تر مي‌باشند كه همين امر باعث گرديده است كه بسياري از محققين به سمت روش‌هاي تلفيقي و نوين حركت نمايند. دراين‌بين، روش خط جريان نيز روشي است كه با توجه به افزايش ظرفيت‌هاي محاسباتي در صنعت نفت و استخراج منابع نفتي به‌شدت مورداستفاده قرارگرفته است، حال آن‌كه در زمينه‌هاي غيرنفتي مانند مكانيك‌سنگ و معدنكاري، مخازن ژئوترمال و بررسي‌هاي عددي در حوزه نفوذپذيري و الگوي جريان، استفاده از اين روش مغفول مانده است. در اين مطالعه با استفاده از تركيب روش‌هاي حجم محدود، شبكه شكستگي‌هاي مجزا و روش خط جريان، روش تلفيقي FVM-DFN-SL پيشنهاد گرديده است كه بر پايه اين روش، كد عددي IUT-SL توسعه داده‌شده است. اين كد به‌صورت تخصصي جهت استفاده در محيط‌هاي داراي ناپيوستگي بزرگ‌مقياس توسعه داده‌شده است كه در ابتدا، نتايج حال از اين كد با خروجي‌هاي نرم‌افزار المان مجزاي UDEC براي مدل‌هاي داراي نفوذپذيري دوگانه مورد واسنجي قرارگرفته است. سپس اثرات نفوذپذيري، زاويه و طول ناپيوستگي بر الگوي جريان و توزيع فشار و زمان‌پرواز مورد آناليز حساسيت قرارگرفته و نتايج گزارش‌شده است. پس‌ازآن خروجي‌هاي كد IUT-SL براي دو نوع شبكه ناپيوستگي منظم غير مرتبط و نامنظم مرتبط موردبررسي قرارگرفته و اثرات پارامترهايي مانند اتصال شبكه شكستگي و اثرات ناهمسانگردي در تنسور نفوذپذيري ديده‌شده است. نتايج نشان مي‌دهد كد توسعه‌يافته IUT-SL بر مبناي روش پيشنهادي، قابليت مدل‌سازي محيط داراي ناپيوستگي در زمان كمتر نسبت به روش‌هاي ديگر را داشته و داراي خروجي‌هاي مناسب جهت استفاده در مقياس‌هاي بزرگ مي‌باشد. از مزاياي اين كد مي‌توان به‌سرعت بسيار بالاتر در مقايسه با روش‌هاي ناپيوسته، امكان مدل‌سازي شكستگي‌هاي تنهاي غير متصل، امكان ايجاد اثرات ناهمسانگردي در ماتريكس سنگِ زمينه، افزايش قابليت تفكيك بدون كاهش شديد زمان اجراي برنامه، قابليت‌هاي نمايشي بسيار بالاتر نسبت به روش‌هاي ديگر و امكان مدل‌سازي در مقياس‌هاي بسياربالا را نام برد.

Investigating the fluid movement pattern in discontinuous rock masses is of great importance. With technological advances in recent years, numerical methods and computers are more pronounced in the study of this field. Continuum numerical methods such as Finite Element Method (FEM) and Finite Volume Method (FVM) and discrete methods such as Distinct Element Method (DEM) and Discrete Fracture Network (DFN) have been used extensively in this context. One of the most significant advantages of continuum methods is the speed, which is unfortunately accompanied by loss of precision. Conversely, discrete methods have lower speed and better accuracy. These issues led to the extensive application of the hybrid method. The streamline simulation (SL) has been utilized in numerous researches in petroleum engineering. In contrast, it hasn’t been applied in permeability and flow patterns in non-petroleum fields such as rock mechanics. In this research, the hybrid technique of FVM-DFN-SL is proposed, which is implemented in the IUT-SL code. The results of the extended IUT-SL were calibrated for a large-scale Dual Porosity-Dual Permeability (Dual K) model using UDEC software. Effects of permeability, direction, and discontinuity length on streamline patterns were investigated, and the results were reported. After that, the outputs of IUT-SL code for unconnected En-echelon and connected natural fracture geometry patterns were studied. The effects of permeability anisotropy and the connection of the fractures were illustrated. Results showed that the proposed technique is superior in speed compared to discrete methods and has appropriate outputs for large-scale flow pattern studies. Other than that, simulation of isolated unconnected fractures, consideration of permeability anisotropy, relatively low reduction of speed with decrease the elements’ size, and better visualization for much larger models compared to other methods are some of the strengths of the proposed method and IUT-SL code.

عليرضا باغبانان، حميد هاشم الحسيني

سعيد مهدوي، پرويز معارف وند، احمد رمضان زاده