Представлена математическая модель трехфазной пороупругой среды, состоящей из упругого деформируемого скелета и двух текучих наполнителей. На основе метода гомогенизации и подхода с многофазными континуумами получена замкнутая система уравнений, включающая в себя закон Гука для скелета с учетом принципа эффективных напряжений, обобщенный закон Дарси для фильтрации каждой из текучих фаз, уравнения сохранения массы, преобразованные с учетом сжимаемости фаз и наличия источников/ стоков, а также уравнение импульса для трехфазной системы в целом. Модель учитывает капиллярные эффекты (давление вытеснения, относительные фазовые проницаемости) и осредненное поровое давление как взвешенную по насыщенности величину.
Проведен сравнительный анализ полученных уравнений с известными решениями других авторов. Показано, что отличие заключается в выражениях для отдельных коэффициентов, а именно в присутствии множителя в виде пористости в слагаемых, возникающих при дифференцировании уравнений сохранения масс. Установлено, что в предельных случаях предложенная модель переходит в известные корректные постановки. Численные расчеты, выполненные для широкого диапазона значений насыщенности, демонстрируют, что значения коэффициентов, полученные представленными формулами, систематически превышают соответствующие значения, рассчитанные по известным формулам, более чем в 4 раза. Наибольшие различия наблюдаются в условиях, близких к полному насыщению порового пространства жидкостью.
Полученные результаты указывают на необходимость учета предложенных поправок при моделировании динамических процессов в частично насыщенных пороупругих средах, особенно в задачах, связанных с быстропротекающими процессами и высокими значениями насыщенности. Разработанная модель может найти применение в геомеханике (прогноз оседания земной поверхности, устойчивость скважин), подземной гидродинамике (закачка углекислого газа, разработка нефтегазовых месторождений) и биомеханике (моделирование тканей, насыщенных жидкостями).
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Математика
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.