Исследование реологических свойств двухфазных смесей

Описание

Страница в процессе редактирования

Бакалаврская работа

Выполнила: Буковская Карина

Научные руководители: А. Ю. Панченко, В. А. Кузькин

Введение

Гидравлический разрыв пласта (ГРП) является одним из наиболее эффективных средств повышения производительности скважин, поскольку приводит не только к интенсификации выработки запасов, находящихся в зоне дренирования скважины, но и при определенных условиях позволяет существенно расширить эту зону, приобщив к выработке слабо дренируемые зоны и пропластки, и, следовательно, достичь более высокой конечной нефтеотдачи. В связи с этим можно классифицировать операции ГРП по целям и области применения следующим образом:После проведения ГРП дебит скважины, как правило, резко возрастает. Метод позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна. При закачке в скважину рабочей жидкости с высокой скоростью на ее забое создается высокое давление. Если оно превышает горизонтальную составляющую горного давления, то образуется вертикальная трещина. В случае превышения горного давления формируется горизонтальная трещина. В качестве рабочей жидкости, как правило, используют загущенные жидкости на водной или углеводородной основе. Вместе с рабочей жидкостью закачивают закрепляющий агент (песок или твердый материал фракции 0,5–1,5 мм), заполняющий трещину и препятствующий ее смыканию. При применении загущенной жидкости за счет снижения ее утечек в пласт можно поднять забойное давление при значительном снижении скорости закачки и за счет песконесущей ее способности транспортировать закрепляющий агент по всей длине трещины Решение данной задачи связано с применением численных методов ,для моделированием процесса образования трещин ,течения проппанта и закрытия трещин после снятия давления.

Актуальной задачей, связанной с моделированием гидроразрыва, является описание динамики проппанта в трещинах гидроразрыва. В частности, в данной работе исследуется влияние проппанта на реологические свойства смеси проппант-жидкость

Моделирование динамики частиц в жидкости с использованием пакетов EDEM и FLUENT

Проведено моделирование двухфазной жидкости (несущая жидкость и проппант) с использованием алгоритма совмещения пакетов ANSYS FLUENT и EDEM (Coupling Module). Целью является установление зависимости скорости движения смеси от концентрации частиц проппанта. проводилось моделирование тестовой задачи- цилиндр с параметрами:H=2м,d=20 см

построено распределение скоростей

постановка задачи:Параллелепипед с шириной - 5 см., длиной -20 см., толщиной - 0.5 см.

моделирование для разного количества частиц:

Было проведено сравнение с формулой полученной Эйнштейном.

Измерение вязкости смеси с использованием воронки Марша

Для определения реологических свойств двухфазной смеси экспериментально была измерена скорость вытекания смеси из воронки Марша при различных концентрациях и продемонстрировано увеличение эффективной вязкости смеси с ростом концентрации частиц. Во второй части работы была исследована зависимость скорости вытекания смеси от концентрации частиц. Смесь вытекала из воронки Марша под действием силы тяжести, время измерялось с помощью высокоскоростной камеры. Зависимость отношения времени оседания от концентрации частиц

Измерение вязкости по методу Стокса с использованием высокоскоростной съемки

Для измерения скорости оседания частиц в жидкости использовался высокий цилиндрический сосуд и вязкая жидкость, частицы помещались на поверхность жидкости и отпускались, весь процесс осаждения частиц снимался на высокоскоростную камеру . Высокоскоростная съемка оседания частиц в жидкости 100 частиц

Высокоскоростная съемка оседания частиц в жидкости 2 частицы

Зависимость координат от времени

Построена зависимость скорости оседания частиц от концентрации

Результаты

- Проведено моделирование двухфазной смеси с помощью Coupling Module (EDEM+Fluent), показана необходимость модификации алгоритма взаимодействия частиц с жидкостью для корректного учета влияния концентрации твердых частиц на движение жидкости.

-Экспериментально измерена скорость вытекания смеси из воронки Марша и показано увеличение эффективной вязкости смеси при увеличении концентрации частиц.

-С помощью высокоскоростной камеры проведено экспериментальное исследование зависимости скорости оседания частиц в вязкой жидкости от их концентрации. Обнаружено, что при движении группы частиц их скорость возрастает с увеличением концентрации, в отличие от оседания равномерно распределенных частиц.