Кольматація тріщин дрібнодисперсним матеріалом при тампонуванні тріщинувато-пористого середовища як процес нелінійної адсорбції Ленгмюра

Abstract

Стосовно нового напряму регіонального (міжсвердловинного) регулювання фільтраційних потоків у покладах вуглеводнів і підземних сховищ газу та відповідно до технології тампонування тріщин у колекторах вуглеводнів із використанням суспензії дрібнодисперсних матеріалів (гранул) розроблено математичну модель кінетики кольматації тріщин гранулами на основі положень фізколоїдної хімії та експериментальних досліджень із гідродинаміки суспензії. У безрозмірному вигляді модель описує залежність симплексів геометричної, фізичної та структурної подібності і критерію гомохронності. Модель кінетики обґрунтована власними експериментами за нерівноважних умов та експериментами за критичних (рівноважних) умов, результати яких опубліковано в літературі стосовно гідророзриву пласта з використанням дисперсних систем як з додатною, так і з від’ємною седиментацією. Адекватність розв’язку диференціального рівняння моделі та експериментальних даних підтверджено критерієм Фішера. Встановлено теоретичну залежність критичної швидкості дисперсної системи від концентрації суспензії, оцінено роль сил аутогезії і адгезії, виведено рівняння критичної насиченості тріщини зернистим шаром. Модель дала змогу звести складний процес кольматації різнорозмірних багатьох тріщин до процесу адсорбції дисперсної фази тріщинувато-пористим середовищем з нелінійною ізотермою Легмюра, а відтак застосувати відому теорію фільтрації рідини з активними домішками для розв’язування задачі тампонування каналів проривання води до свердловин. Модель може бути застосована і для опису інших фізично подібних процесів.

Concerning the new conception of regional (interwell) filtration flows regulation in hydrocarbon deposits and underground storage facilities and in accordance with the fracture well plugging technology in hydrocarbon reservoirs with the usage of slurry fine-dispersed materials (pellets), the kinetics mathematic model of fracture colmatation with pellets, based on the principles of physical and colloid chemistry and experimental studies in hydrodynamics of slurry has been worked out. The model in the non-dimensional form describes the dependence of geometric, physical and structural similarity simplexes and homochronism criterion. The kinetics model is grounded by own experiments under nonequilibrium conditions and experiments under equilibrium ones, and the results of which have been published in scientific sources related to hydraulic fracturing. The solution adequacy of the differential equation of the model and experimental data has been confirmed by Fisher’s criterion. The theoretical dependence of the dispersed system critical rate on the slurry concentration has been established as well as the impact of autoadhesion and adhesion forces has been estimated, the equation of critical saturation of fracture with granulated layer has been proved. The model enabled to lead the complicated process of multidimensional numerous fractures to the process of the process of dispersed phase adsorption by with fractured porous medium with nonlinear Langmuir's isotherm, therefore the well known theory of fluid filtration with active impurities for solving the problem of plugging channels water penetration to the wells should be used. The model can be also applied for the description of other physically similar processes.