<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">vfuzeml</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. Vestnik of North-Eastern Federal University. Серия «Науки о Земле». Earth Sciences</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Vestnik of North-Eastern Federal University Series "Earth Sciences"</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="epub">2587-8751</issn><publisher><publisher-name>Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.25587/SVFU.2021.23.3.004</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">vfuzeml-88</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>APPLIED RESEARCH</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА С ПРИМЕНЕНИЕМ УРАВНЕНИЯ ДАРСИ-ФОРХГЕЙМЕРА</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>GAS FLOW SIMULATION USING THE DARCY-FORCHHEIMER EQUATION</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Колесов</surname><given-names>А. Е.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kolesov</surname><given-names>A. E.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">ae.kolesov@s-vfu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Захарова</surname><given-names>М. Н.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Zakharova</surname><given-names>M. N.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">zaharova.mn@s-vfu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>СВФУ им. М.К. Аммосова</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>M.K. Ammosov North-Eastern Federal University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2021</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>22</day><month>04</month><year>2022</year></pub-date><volume>0</volume><issue>3</issue><fpage>73</fpage><lpage>80</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Колесов А.Е., Захарова М.Н., 2022</copyright-statement><copyright-year>2022</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Колесов А.Е., Захарова М.Н.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Kolesov A.E., Zakharova M.N.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.vnzsvfu.ru/jour/article/view/88">https://www.vnzsvfu.ru/jour/article/view/88</self-uri><abstract><p>В работе рассматривается моделирование течения газа в пористой среде, описываемое уравнениями Дарси и Дарси-Форхгеймера. Математическое моделирование течения флюидов в пористых средах является важнейшим элементом в понимании процессов при добыче нефти и газа, оно применяется при выборе оптимального варианта разработки нефтяных и газовых месторождений. Основным законом фильтрации для моделирования течения жидкости является линейное уравнение Дарси. Однако, известно, что при высоких скоростях фильтрации данное уравнение не выполняется из-за проявления инерционных сил. В задачах нелинейной фильтрации наиболее точно движение жидкости и газа описывается двучленным законом Дарси-Форхгеймера. Целью работы является исследование нелинейного закона фильтрации по Дарси-Форхгеймеру в призабойной зоне газовой скважины. В ходе исследований был сделан сравнительный анализ применения законов Дарси и Дарси-Форхгеймера. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи: изучить математические модели процесса фильтрации газа, провести моделирование приза- бойной зоны газовой скважины, провести сравнение законов Дарси и Дарси-Форхгеймера. Для получения наглядных результатов применяется математическое моделирование. Для численного решения дифференциальных уравнений используется метод конечных элементов. Программная реализация проводится на вычислительном пакете FEniCS, позволяющем упростить решения уравнений методом конечных элементов. В результате сделан вывод, что при использовании закона Дарси мы получаем завышенные значения дебита газовых скважин газопроводов, а используя закон Дарси-Форхгеймера можно получить данные близкие к реальным значениям дебита. Моделирование показало, что использование закона Дарси-Форхгеймера применимо для задач фильтрации в реальных условиях.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>We discuss the modeling of gas  ow in the reservoir, described by the equations of Darcy and Darcy- Forchheimer. Mathematical modeling of  uid  ow in porous media is the most crucial element in understanding the processes in oil and gas production; it is used when choosing the optimal option for developing oil and gas  elds. The primary  ltration law is the linear Darcy equation. However, it is known that this equation is not ful lled at high  ltration velocities due to the manifestation of inertial forces. In problems of nonlinear  ltration, the motion of liquid and gas is most accurately described by the two-term Darcy-Forchheimer law. The work aimed at studying the nonlinear law of Darcy-Forchheimer  ltration in the bottom-hole zone of a gas well. In the course of the research, we performed a comparative analysis of the application of Darcy and Darcy-Forchheimer equations. To achieve this goal, we formulated the following tasks: to study the  ltration process’s mathematical models, simulate the bottom-hole zone of a gas well, and compare the laws of Darcy and Darcy-Forchheimer. To obtain visual results, we used mathematical modeling. For the numerical solution of differential equations, we used the  nite element method. The software implementation was carried out on the FEniCS computational package, which simpli es the solution of equations by the  nite element method. We conclude that we got overestimated  ow rates of gas wells when using the Darcy law, and using the Darcy- Forchheimer law, we were able to get data close to the actual  ow rates. The simulations showed that the use of the Darcy-Forchheimer law is applicable for modeling gas  ltration in actual conditions.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>математическое моделирование</kwd><kwd>газовая скважина</kwd><kwd>законы фильтрации жидкостей и газов</kwd><kwd>закон Дарси</kwd><kwd>закон Дарси-Форхгеймера</kwd><kwd>анализ разработки</kwd><kwd>течение в пористых средах</kwd><kwd>призабойная зона</kwd><kwd>метод конечных элементов</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>FEniCS</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика: учебник для вузов. - М.: Недра, 1993. - 416 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика: учебник для вузов. - М.: Недра, 1993. - 416 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Каневская Р.Д. Математическое моделирование гидродинамических процессов разработки месторождений углеводородов. - М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 128 c.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Каневская Р.Д. Математическое моделирование гидродинамических процессов разработки месторождений углеводородов. - М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 128 c.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Леонтьев Н.Е. Основы теории фильтрации. - М.: МАКС Пресс, 2017. - 88 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Леонтьев Н.Е. Основы теории фильтрации. - М.: МАКС Пресс, 2017. - 88 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Азиз Х., Сеттари Э. Математическое моделирование пластовых систем. - М: Недра, 1982. - 407 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Азиз Х., Сеттари Э. Математическое моделирование пластовых систем. - М: Недра, 1982. - 407 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Chen Z., Huan G., Ma. Y. Computational methods for multiphase flows in porous media. - Philadelphia: SIAM, 2006. - 549 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chen Z., Huan G., Ma. Y. Computational methods for multiphase flows in porous media. - Philadelphia: SIAM, 2006. - 549 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Афанасьева Н.М., Колесов А.Е. Математическое моделирование задач фильтрации. - Якутск: Издательский дом СВФУ, 2019. - 120 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Афанасьева Н.М., Колесов А.Е. Математическое моделирование задач фильтрации. - Якутск: Издательский дом СВФУ, 2019. - 120 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Girault V., Wheeler M. F. Numerical discretization of a Darcy-Forchheimer model // Numerische Mathematik. - 2008. - Vol 110, No 2. - P.161-198.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Girault V., Wheeler M. F. Numerical discretization of a Darcy-Forchheimer model // Numerische Mathematik. - 2008. - Vol 110, No 2. - P.161-198.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Zeng F., Zhao G. Gas well production analysis with non-Darcy flow and real-gas PVT behavior // Journal of Petroleum Science and Engineering. - 2007. - Vol. 59, No 3-4. - P. 169-182.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zeng F., Zhao G. Gas well production analysis with non-Darcy flow and real-gas PVT behavior // Journal of Petroleum Science and Engineering. - 2007. - Vol. 59, No 3-4. - P. 169-182.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Pascal H., Quillian R.G., Kingston J. Analysis of Vertical Fracture Length and Non-Darcy Floe Coefficient Using Variable Rate Tests // Paper SPE 9438 presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition. - Dallas, September 21-24, 1980.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pascal H., Quillian R.G., Kingston J. Analysis of Vertical Fracture Length and Non-Darcy Floe Coefficient Using Variable Rate Tests // Paper SPE 9438 presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition. - Dallas, September 21-24, 1980.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Аддитивные схемы для задач математической физики. - М.: Наука, 2001. - 312 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Аддитивные схемы для задач математической физики. - М.: Наука, 2001. - 312 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Alnæs M. S., Blechta J., Hake J., Johansson A. et al. The FEniCS Project Version 1.5 // Archive of Numerical Software. - 2015. - Vol. 3, No. 100. - P. 9-23.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alnæs M. S., Blechta J., Hake J., Johansson A. et al. The FEniCS Project Version 1.5 // Archive of Numerical Software. - 2015. - Vol. 3, No. 100. - P. 9-23.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Лихачев Е.Р. Критические параметры газ / Е.Р. Лихачев // Вестник ВГУ. Серия: Физика. Математика. - 2013. - №1. - С. 94-98.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Лихачев Е.Р. Критические параметры газ / Е.Р. Лихачев // Вестник ВГУ. Серия: Физика. Математика. - 2013. - №1. - С. 94-98.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
