مدل سیال نفت سیاه (Black oil model) و مدل سیال نفت ترکیبی (Compositional model) دو مدل پرکاربرد در شبیه‌سازی مخازن نفت و گاز هستند.
در مدل سیال نفت سیاه، نفت به عنوان یک مایع یک فازی شناخته می‌شود که شامل سه ماده‌ی مختلف یعنی نفت خام، گاز و آب است. در این مدل، خواص فیزیکی مختلف مانند چگالی، ویسکوزیته و فشار بخار در هر فاز به صورت مجزا در نظر گرفته می‌شود. این مدل بسیار ساده و سریع است و به دلیل استفاده از پارامترهای کمتر، می‌تواند برای شبیه‌سازی مخازن بزرگ استفاده شود.
اما در مدل سیال نفت ترکیبی، هر فاز به طور جداگانه با استفاده از یک تعدادی از مولکول‌های مختلف مدل شده است. در این مدل، خواص فیزیکی هر مولکول به طور دقیق در نظر گرفته می‌شود و این اطلاعات به شبیه‌سازی دقیق‌تری از رفتار مخزن افزوده می‌شود. در این مدل، می‌توان به طور دقیق‌تر با خواص شیمیایی و فیزیکی هر فاز (نفت، گاز و آب) در مخزن برخورد کرد.
در مقایسه با مدل سیال نفت سیاه، مدل سیال نفت ترکیبی پیچیده‌تر است و نیاز به پارامترهای بیشتری دارد، اما به دلیل اینکه با خواص فیزیکی و شیمیایی هر فاز به طور دقیق مدل‌سازی می‌شود، می‌تواند به شبیه‌سازی دقیق‌تر و واقع‌گرایانه‌تری از رفتار مخازن نفت و گاز بپردازد.
هر کدام از این دو مدل برای شبیه‌سازی مخازن نفت و گاز در شرایطی کاربرد دارد که در زیر به یک مثال از هر کدام اشاره می‌کنم:
مدل سیال نفت سیاه: فرض کنید که در یک مخزن نفتی، نفت خام از چندین لایه مختلف با گاز و آب تشکیل شده است. در این صورت، مدل سیال نفت سیاه می‌تواند برای شبیه‌سازی فشار و دبی جریان نفت، گاز و آب درون مخزن استفاده شود. با توجه به سادگی این مدل، می‌تواند برای شبیه‌سازی مخازن بزرگ و پیچیده به کار رود.
مدل سیال نفت ترکیبی: فرض کنید که در یک مخزن گازی، گاز ترکیبی از چندین ماده مختلف تشکیل شده است. در این صورت، مدل سیال نفت ترکیبی با مدل کردن هر ماده با استفاده از مولکول‌های مختلف، می‌تواند به شبیه‌سازی دقیق‌تری از رفتار گاز درون مخزن بپردازد. همچنین، این مدل می‌تواند برای شبیه‌سازی رفتار گاز در شرایط مختلفی مانند فشار و دما، استفاده شود.
به طور کلی، با توجه به پیچیدگی و دقت بیشتر مدل سیال نفت ترکیبی، در صورتی که نیاز به شبیه‌سازی دقیق‌تری از رفتار مخازن نفت و گاز داشته باشید، این مدل را می‌توانید انتخاب کنید. اما اگر نیاز به شبیه‌سازی سریع‌تر و ساده‌تری از رفتار مخازن دارید، مدل سیال نفت سیاه را می‌توانید به کار ببرید.
مزایا و معایب هر یک از این دو مدل برای شبیه‌سازی مخازن نفت و گاز به شرح زیر است:
مزایا مدل سیال نفت سیاه:
معایب مدل سیال نفت سیاه:
مزایا مدل سیال نفت ترکیبی:
معایب مدل سیال نفت ترکیبی:
بنابراین، با توجه به نیاز شما به دقت و سرعت شبیه‌سازی و همچنین پیچیدگی مدل، می‌توانید بین دو مدل انتخاب کنید.
برای هر کدام از مدل‌های سیالات نفت و گاز، نرم‌افزارهای مختلفی وجود دارند که قابلیت پیاده‌سازی این مدل‌ها را دارند. در زیر، به نحوه پیاده‌سازی هر یک از این مدل‌ها در دو نرم‌افزار شبیه‌سازی مختلف اشاره می‌کنم:
پیاده‌سازی مدل سیال نفت سیاه در نرم‌افزار Eclipse:
در نرم‌افزار Eclipse که یکی از معروف‌ترین نرم‌افزارهای شبیه‌سازی مخازن نفت و گاز است، مدل سیال نفت سیاه با استفاده از روش تبدیل تابع برای محاسبه دبی جریان و فشار درون مخزن، پیاده‌سازی می‌شود. این روش با استفاده از معادلات نیوتن-رافسون برای محاسبه فشار و معادلات دارسی برای محاسبه دبی جریان انجام می‌شود.
پیاده‌سازی مدل سیال نفت ترکیبی در نرم‌افزار CMG:
نرم‌افزار CMG یکی دیگر از معروف‌ترین نرم‌افزارهای شبیه‌سازی مخازن نفت و گاز است. در این نرم‌افزار، مدل سیال نفت ترکیبی با استفاده از یک روش توزیع شده شده از معادلات مستقل از زمان، به نام معادلات متقابل نفوذ، پیاده‌سازی می‌شود. این روش با مدل کردن خواص فیزیکی و شیمیایی هر فاز به صورت جداگانه و به کمک معادلات ترمودینامیکی، مقادیر متغیرهای فیزیکی مختلف درون مخزن محاسبه می‌شود.
بنابراین، برای پیاده‌سازی هر یک از این دو مدل، می‌توانید از نرم‌افزارهای مختلفی مانند Eclipse و CMG استفاده کنید.
نرم‌افزارهای دیگری نیز برای پیاده‌سازی این مدل‌ها وجود دارند. برخی از این نرم‌افزارها عبارتند از:
نرم‌افزار Petrel: این نرم‌افزار که توسط شرکت Schlumberger تولید شده است، یکی از معروف‌ترین نرم‌افزارهای شبیه‌سازی مخازن نفت و گاز است. این نرم‌افزار قابلیت پیاده‌سازی مدل سیال نفت ترکیبی و سایر مدل‌های سیالات مختلف را دارد.
نرم‌افزار OpenFOAM: این نرم‌افزار یکی از محبوب‌ترین نرم‌افزارهای شبیه‌سازی سیالات به شمار می‌رود و می‌تواند برای پیاده‌سازی مدل سیال نفت ترکیبی و سایر مدل‌های سیالات مختلف استفاده شود.
نرم‌افزار TOUGH2: این نرم‌افزار که توسط اداره ملی انرژی آمریکا توسعه داده شده است، برای شبیه‌سازی مخازن گرمابی و سایر مخازن زیرزمینی به کار می‌رود و مدل سیال نفت ترکیبی و دیگر مدل‌های سیالات را پشتیبانی می‌کند.
در کل، برای پیاده‌سازی مدل‌های سیالات نفت و گاز، نرم‌افزارهای متعددی وجود دارند که با توجه به نیاز شما به دقت، سرعت شبیه‌سازی و سایر مشخصات، می‌توانید از آن‌ها استفاده کنید.
