Моделирование процессов переноса при создании и очистке трещины гидроразрыва

• Автор: Скобелева, Анастасия Александровна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Технология гидроразрыва пласта

1.1 История развития ГРП

1.2 Жидкости разрыва.

1.3 Проппанты

2 Вопросы моделирования, связанные и процессом гидроразрыва

2.1 Реология вязкой жидкости.

2.1.1 Ньютоновская жидкость.

2.1.2 Пссвдопластичная жидкость.

2.1.3 Вязкость суспензии

2.2 Оседание частицы в вязкой жидкости.
2.2.1 Скорость оседания частицы в неограниченном объеме
ньютоновской жидкости.
2.2.2 Скорость оседания частицы в неограниченной пссвдо
пластичиой жидкости .
2.3 Оседание в суспензии частицы одною вида.
2.3.1 Учет влияния концентрации проппанта на скорость оседания частиц.
2.3.2 Учет влияния стенок трещины на скорость оседания частиц.
2.4 Оседание в суспензии частицы нескольких видов.
2.4.1 Оседание в суспензии частицы двух видов при малой
концентрации
2.4.2 Оседание в суспензии частицы двух видов при большой
концентрации
2.5 Выводы.
3 Моделирование очистки трещины гидроразрыва
3.1 Постановка задачи
3.1.1 Начальные и граничные условия.
3.1.2 Течение вне трещины аналитическое решение
3.1.3 Окончательная постановка задачи.
3.1.4 Формулировка задачи в безразмерном виде.
3.2 Численное решение
3.3 Верификация модели
3.3.1 Сравнение с билинейной моделью в i
3.3.2 Сравнение с двумерной моделью в i.
3.4 Пример.
4 Моделирование течения суспензии в трещине
4.1 Постановка задачи
4.1.1 Геометрия трещины
4.1.2 Течение суспензии в вертикальной трещине
4.1.3 Зона плотного слоя частиц.
4.1.4 Начальные и граничные условия.
4.1.5 Формулировка задачи в безразмерном виде.
4.1.6 Дополнительные соотношения .
4.2 Численное решение.
4.2.1 Описание алгоритма.
4.2.2 Дискретизация расчетной области
4.2.3 Численное решение уравнения неразрывности
4.2.4 Вычисление скоростей частиц
4.2.5 Численное решение уравнения переноса.
4.3 Результаты численного эксперимента
4.3.1 Чувствительность к параметрам
4.3.2 Примеры
Заключение
Литература


Обобщенная модель переноса частиц позволяет исследовать течение в вертикальной трещине гидроразрыва суспензии, состоящей из нескольких видов частиц. Моделирование течение такого рода суспензий в перспективе позволит проектировать гидроразрыв для создания трещин с желаемыми свойствами. Результаты работы нашли практическое применение в ряде подразделений Технологической Компании Шлюмберже (см. Приложение 1). Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международной конференции “Фундаментальные пробламы разработки нефтегазовых месторождений, добычи и транспортировки углеводородного сырья” (Москва ГЕОС г. Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России”, посвященной -летию Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина (- января г. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина в ноябре по инициативе кафедры ПМ и КМ, на 7-й научно-технической конференции и выставке “Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России” (- января , РГУ нефти и газа им. И.М. Публикации. Но теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 4 в материалах научных конференций, одно учебное пособие и одна статья. Анализ состояния проблемы и обзор предшествующих работ. Предыдущие исследования задачи об очистке трещины гидроразрыва включали в себя экспериментальные работы по вытеснению жидкости разрыва в упаковке проппанта (Pope []; Tidwell и Parker [4]). Также проводились исследования очистки трещины гидроразрыва на основе численного решения двумерной задачи о течении в однородном пласте, пересеченном трещиной гидроразрыва (Soliman и Hunt (); Montgomery и др. Voneiff и др. В рамках гидродинамической модели, представленной в данной работе, задача об однофазном течении пластового флюида в трещине решается аналитически, полученное решение используется при численном моделировании течения в трещине гидроразрыва. При этом считается, что вертикальная трещина гидроразрыва пересекает однородный углеводородный пласт. Работа проводилась совместно с В. М. Китовым, A. A. Максименко и Ф. Д. Турецкой. Результаты были доложены на конференциях (Битов, В. М. и др. Ранние работы по изучению переноса проппанта включали в себя экспериментальные исследования образования осажденного слоя частиц (Kern и др. Babcock и др. Schols и Visser, []). В первых моделях переноса проппанта по трещине основное внимание уделялось процессу оседания частиц (Daneshy, []; Novotny, []; Clark и Quadiг, []). Однако, в году вышла работа Cleary и Fonesca [], в которой высказалось предположение, что основной вклад в течение суспензии в трещине гидроразрыва вносит перепад плотностей между суспензией и чистой жидкостью, которая первоначально заполняет трещину. За этой работой последовали численные и экспериментальные работы Clark и Zhu ([], []), Pearson [], Hammond [] и Smith и dp. В работе Smith и ф. Расслоение суспензии, вызванное оседанием /всплытием частиц в жидкости. Это явление учитывалось в предшествующих моделях переноса проппанта таких авторов, как Daneshy, A. A. [], Novotny, [], Clark и Quadir [], Cleary и Fonseca [], Hammond [], Smith и ф. Свободная конвекция за счет неоднородности плотности суспензии в трещине. Данное явление учитывалась в работах Cleary и Fonseca [], Clark и Zhu ([], ||), Hammond [], Smith и ф. Утечки жидкости разрыва в пласт сквозь проницаемую поверхность трещины. Необходимость учета утечек в задаче о переносе проппанта была показано в работе Smith и ф. Формирование плотного слоя частиц на границах трещины. Краткое описание структуры диссертационной работы. В работе исследуются гидродинамические задачи, возникающие при гидроразрыве пласта. В первой главе описывается процедура гидроразрыва пласта, дается краткий экскурс в историю развития данной технологии за рубежом и в отечественной практике. Описывается специфика выбора жидкостей разрыва и проппанта. Дается представление о разновидностях технологии гидравлического разрыва пласта, таких как последовательная закачка различных проппантов, а также технология сдерживания роста трещины в высоту.