Осаждение частиц в каналах с проницаемыми стенками Таирова, Алия Алиевна

Введение к работе

Актуальность работы. В настоящее время в нашей стране широко разрабатываются месторождения нефти с трудноизвлекаемыми запасами. Для эффективной эксплуатации таких месторождений особую значимость приобретает совершенствование методов извлечения углеводородного сырья с использованием результатов научно-технических исследований, направленных на повышение нефте- и газоотдачи пластов. Наряду с широко используемыми методами вытеснения нефти путем закачки воды и газа наиболее перспективным является метод гидравлического разрыва пласта (ГРП).

Применение метода гидроразрыва для увеличения нефте- и газоотдачи пластов приводит к формированию новых поверхностей отбора углеводородов. Для сохранения раскрытия трещин в условиях действия горного давления необходимо своевременное введение в поток жидкости гидроразрыва твердых частиц - проппанта, препятствующих смыканию вновь образованных трещин. Трещины, заполненные крупными частицами (проппантом), отличаются повышенной проницаемостью по сравнению с вмещающими породами, что позволяет существенно увеличить нефтеотдачу с поверхностей трещин.

В процессе заполнения трещин ГРП проппантом может происходить неравномерное осаждение частиц по длине искусственно созданного канала, связанное с действием сил гравитации и с фильтрацией жидкости, несущей частицы. Под действием горного давления возможно смыкание части берегов трещин, приводящее к снижению эффективности используемой методики гидроразрыва.

Соответственно, одной из основных проблем рациональной разработки месторождений углеводородного сырья является выбор оптимального режима введения частиц в трещины гидроразрыва и определение условий их равномерного заполнения, а также разрушения сформированных «пробок» из проппанта.

Влияние фильтрации жидкости в окружающее пространство на перенос и осаждение частиц рассматривается не только в задачах нефтяной и газовой промышленности. В частности, при анализе геофизических явлений, связанных с кольматацией и декольматацией трещин в проницаемых массивах горных пород, также необходимо учитывать процессы переноса и осаждения частиц на стенках трещины.

Совокупность вышеперечисленных факторов предопределяет актуальность задачи, решаемой в настоящей работе.

Цель работы. Экспериментальное исследование процесса осаждения частиц в каналах с пористыми проницаемыми стенками и влияния осажденного слоя частиц на фильтрацию жидкости в окружающую пористую среду.

Основные задачи исследования.

1. Разработка экспериментального метода изучения явлений переноса и осаждения частиц в каналах с проницаемыми стенками применительно к трещинам гидроразрыва.

2. Получение аналитических выражений для оценки течений жидкости в каналах с проницаемыми стенками.

3. Проведение экспериментальных исследований переноса и осаждения частиц в каналах конечной длины с проницаемыми стенками при различных перепадах давления, вязкости жидкости и геометрии каналов.

4. Оценка результатов экспериментальных исследований в сопоставлении с аналитическими расчетами и данными, полученными при проведении гидоразрывов.

Научная новизна:

4. 1. На созданной оригинальной установке визуализированы процессы переноса частиц жидкостью и их осаждения с синхронной и непрерывной регистрацией значений расходов и давлений потоков.

   2. Впервые получено аналитическое решение задачи о распределении потоков в каналах с проницаемыми равномерно сужающимися стенками.

   3. Установлены экспериментальные зависимости длины пробега частиц от характеристик несущего их потока жидкости с учетом условий осаждения частиц в канале.

   4. Предложен метод оценки длины трещины гидроразрыва, основанный на аналитическом выражении скорости потока с учетом его фильтрации в проницаемые стенки и времени формирования трещины.

   Достоверность полученных результатов.

   Достоверность полученных результатов подтверждена большим количеством экспериментов, сопоставлением расчетов с аналитическими решениями задач фильтрации. Установленные зависимости использованы для оценки параметров реальных трещин ГРП и показали хорошую сходимость с расчетами, полученными при проведении гидроразрывов. Определенные экспериментальным путем параметры движения и осаждения частиц в потоке не противоречат основополагающим положениям гидродинамики.

   Практическая значимость.

   Разработанные в диссертации методы позволяют установить основные закономерности изменений коллекторских свойств каналов и вмещающей среды при фильтрации жидкости, содержащей частицы. Результаты, полученные в диссертации, позволяют оценить фильтрационные свойства проницаемых сред. Практическая значимость работы обусловлена ее направленностью на решение актуальных задач нефтедобывающей промышленности. Результаты, полученные в настоящей работе, могут найти применение при совершенствовании методов разработки месторождений углеводородного сырья с использованием гидроразрыва пласта.

   Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в разработке экспериментальных установок для изучения движения и осаждения частиц с потоком жидкости, в проведении исследований и последующей обработке полученных данных. Соискателем инициированы и выполнены экспериментальные исследования, связанные с изменением геометрии канала и параметров жидкости. По результатам проведенной серии опытов автором

   предложены аналитические выражения для описания закономерностей движения частиц в потоке.

   Защищаемые положения:

   4. 4. 1. Найдено, что поток жидкости в каналах с параллельными проницаемыми стенками линейно уменьшается с расстоянием, а в случае равномерно сужающихся на «нет» каналов остается постоянным по всей длине.

         2. Найдены условия прилипания частиц к проницаемым стенкам канала. Эти условия определяются размерами частиц, проницаемостью среды и геометрическими параметрами канала.

         3. Установлено, что распределение частиц в каналах с проницаемыми стенками определяется результирующим соотношением силы Стокса, градиентной силы и силы трения.

         4. Получено аналитическое выражение, позволяющее оценить длину трещины ГРП по данным о расходах жидкости, ширине раскрытия и высоте трещины у забоя и общем времени ее развития.

         Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на семинарах ИДГ РАН и Московского научного центра Шлюмберже (2010 г.), на российских научных конференциях: в Московском Физико-Техническом институте (2006 - 2009 гг.), в Казанском Государственном университете (2007 г.), Обнинске (2010 г.), Саратове (2010 г.), Улан-Удэ (2010 г.) и на международной конференции Europenian Geoscientists Unioin в Вене (2011 г.).

         Основные результаты диссертационной работы отражены в 11 публикациях, в том числе 1 - в издании, рекомендованном ВАК.

         Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность к.ф.-м.н. Г.В. Белякову за постоянное внимание и поддержку при выполнении работы; своему научному руководителю - д.ф.-м.н. С.Б. Турунтаеву; академику РАН В.В. Адушкину, д.ф.-м.н. Г.Г. Кочаряну, к.ф.-м.н. Э.М. Горбуновой - за ценные замечания и рекомендации.

         Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (105 наименований). Объем работы: 125 страниц машинописного текста, в том числе 39 рисунков.

         Похожие диссертации на Осаждение частиц в каналах с проницаемыми стенками

         

         Моделирование ионной эрозии стенок канала разрядной камеры стационарного плазменного двигателяАбгарян Вартан Карленович

         Динамическая устойчивость стенок канала при протекании по нему физически нелинейной средыЮшутин, Владимир Станиславович

         

         Дифференцированный подход к реконструкции задней стенки пахового канала при различных формах паховых грыжГазиев Рашид Магомедович

         Исследование взаимовлияния завесного охлаждения торцевых стенок межлопаточных каналов и вторичных течений в решетках авиационных газовых турбинЛебедев, Владимир Владимирович

         

         Способ укрепления задней стенки пахового канала при грыжахБондарев Владимир Александрович

         

         Восстановление задней стенки пахового канала при приобретенных неущемленных паховых грыжах устройством из никелид титана (клинико-экспериментальное исследование)Аладин Александр Сергеевич

         

         Сравнительная оценка результатов различных способов пластики задней стенки пахового канала у больных с паховыми грыжамиДесяткин, Всеволод Борисович

         

         Модифицированный метод пластики задней стенки пахового канала при хирургическом лечении паховых грыж [Электронный ресурс]Абдуллаев Амир Джабраилович

         Гидродинамика и массоперенос в аппаратах, снабженных каналами с проницаемыми стенкамиМарцулевич, Николай Александрович

         Вибрационно-волновое движение вязкой несжимаемой жидкости в канале с упругими стенкамиОжерелкова, Лилия Мухарамовна