Осаждение частиц в потоках.

УДК 550.3
1
2
2
А.А. Таирова , Г.В. Беляков , Н.А.Барышников
1
М осковский физико-технический институт
2
Институт динамики геосфер РАН
ОСАЖДЕНИЕ ЧАСТИЦ В ПОТОКАХ ЧЕРЕЗ РАВНОВЕСНУЮ ТРЕЩИНУ
ГИДРОРАЗРЫВА
Одним из эффективных способов увеличения добычи нефти является создание трещины
гидроразрыва нефтяного пласта, путем нагнетания вязкой жидкости под высоким
давлением. Чтобы трещина не сомкнулась после сброса давления, в закачиваемую жидкость
добавляют проппант - твердые частицы, которые плотно и равномерно заполняют ее объем.
Настоящая работа посвящена экспериментальному изучению осаждения частиц в потоке
жидкости через равновесную трещину гидроразрыва. Эксперимент проводился на ячейке
Хеле-Шоу[1] позволяющей вести визуальное наблюдение за исследуемым процессом
(рис.1). Ячейка Хеле-Шоу представляет собой две стеклянные пластины, плоскости которых
расположены вертикально.
рис.1 схема установки
В работе рассмотрены силы, действующие на частицы твердой фракции в потоке вязкой
жидкости [2].
1
сила тяжести f g = πδ 3 ρ g
6
сила вязкого трения ( Стокса) f μ = 3πδμV
1
cила плавучести (Архимеда) f А = πδ 3 ρ ж g
6
1
градиентная сила f ∇ = πδ 3∇ p
6
По этим уравнениям была произведена оценка скорости частиц размером ∼ 0.2 ÷ 0.3 мм в
потоке(≈0÷10см/сек) и скорость их осаждения(≈2.5 см/сек)
В эксперименте произведены качественные исследования осаждения частиц на
проницаемую поверхность, моделирующую поверхность трещины гидроразрыва.
Показано, что распределение скорости потока по «трещине» зависит от отношения
вязкостей потоков жидкости внутри трещины и пористом пространстве, вне трещины.
При жидкостях одинаковой вязкости в значительной степени проявляется просачивание
потока сквозь стенки трещины в пористую среду, а частицы «прилипают» к поверхности ,
оседая на нижней части трещины(рис.2)
Рис.2 Осаждение частиц в потоке при одновязкостных жидкостя х
В случае разновязкостных жидкостя х определяющим фактором в осаждении частиц
становится не сила тяжести, а поток жидкости в пористую среду, окружающую
трещину(рис.3)
рис.3 Фронт распространения жидкости, вытесняющей жидкость другой вязкости
Следствием различия поля скоростей в трещине является разная геометрическая
картина слоев оседаемых частиц.
Показано, что меняя со временем давление в потоке, можно изменять распределение
осаждаемых частиц вдоль поверхности.
Литература
1. Лойцянский Л.Г. М еханика жидкости и газа, Наука, 1978
2. Дж.Бэтчелор Введение в динамику жидкости, М ир, 1973
РЕФЕРАТ
УДК 550.3
Таирова А.А., Беляков Г.В., Барышников Н.А. ОСАЖДЕНИЕ ЧАСТИЦ В ПОТОКАХ
ЧЕРЕЗ РАВНОВЕСНУЮ ТРЕЩИНУ ГИДРОРАЗРЫВА // Современные проблемы
фундаментальных и прикладных наук – общая и прикладная физика: Сборник трудов 49-й
научной конференции М ФТИ, Т. III / М ФТИ – М .: 2006
Эксперимент проводился с жидкостями разных вязкостей и различных градиентах
давления. Показано также, что меняя со временем давление в потоке, можно изменять
распределение осаждаемых частиц вдоль поверхности. В качестве модели использовалась
ячейка Хеле-Шоу. Проведено экспериментальное изучение осаждения частиц на стенках
трещин гидроразрыва.
Библиография: 2 назв.