Библиографическое описание:Моделирование транспорта шлама в скважине раствором с многостенными углеродными нанотрубками : научное издание / В. А. Жигарев [и др.]. - Текст : непосредственный // Сибирский журнал индустриальной математики. - 2024. - Т. 27, № 3. - С. 57-73. - Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 23-79-30022; https://rscf.ru/project/23-79-30022/. - ISSN 1560-7518, DOI 10.33048/SIBJIM.2024.27.305.
Аннотация:Проведено расчётное исследование влияния добавок многостенных углеродных нанотрубок в буровые растворы на углеводородной основе на эффективность выноса частиц шлама из кольцевого канала, моделирующего горизонтальный участок скважины. Для моделирования процесса транспорта шлама в кольцевом канале разработана математическая модель, основанная на эйлеровом подходе гранулированной среды для турбулентного режима течения. Реология бурового раствора, модифицированного многостенными углеродными нанотрубками, описывалась моделью Гершеля-Балкли с экспериментально определёнными реологическими коэффициентами. Базовый буровой раствор на углеводородной основе являлся обратной эмульсией с соотношением углеводородной и водной фазы равным 65/35. Концентрация многостенных углеродных нанотрубок в растворах варьировалась от 0.1 до 0.5 масс.%. Размер транспортируемых частиц шлама варьировался от 2 до 7 мм. Исследована структура течения двухфазного потока в кольцевом канале при различных концентрациях многостенных углеродных нанотрубок. Получены зависимости коэффициента эффективности выноса шлама, средней скорости проскальзывания частиц шлама и потерь давления от концентрации нанотрубок. Установлено, что добавление нанотрубок приводит к значительному изменению картины течения бурового раствора и, как следствие, изменению режимов транспорта шлама. Добавка 0.5 масс.%. многостенных углеродных нанотрубок приводит к увеличению эффективности промывки скважины примерно на 40%. Таким образом, по итогам расчётного исследования, было показано, что добавление многостенных нанотрубок в буровые растворы на углеводородной основе может приводить к повышению эффективности транспорта шлама в горизонтальных скважинах.
We have conducted a computational study of the effect of adding multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) to oil-based drilling fluids on the efficiency of cuttings removal from an annular channel simulating a horizontal section of a well. To simulate the process of sludge transport in an annular channel, a mathematical model based on the Eulerian approach of a granular medium for a turbulent flow regime has been developed. The rheology of the drilling fluid modified with MWCNTs was described by the Herschel-Bulkley model with experimentally determined rheological coefficients. The base oil-based drilling fluid was an inverse emulsion with a ratio of hydrocarbon and water phases equal to 65/35. The concentration of MWCNTs in solutions varied from 0.1 to 0.5 wt %. The size of the transported sludge particles varied from 2 to 7 mm. The flow structure of a two-phase flow in an annular channel for various concentrations of MWCNTs has been studied. The dependences of the sludge removal efficiency coefficient, the average slip speed of sludge particles, and pressure losses on the concentration of nanotubes are obtained. It has been established that the addition of nanotubes leads to a significant change in the flow pattern of the drilling fluid and, as a result, to a change in the modes of cuttings transport. Addition of 0.5 wt % of MWCNTs leads to an increase in the efficiency of well flushing by approximately 40%. Thus, based on the results of the computational study, it has been shown that the addition of multiwalled nanotubes to oil-based drilling fluids can lead to an increase in the efficiency of cuttings transport in horizontal wells.
Издательство:Институт математики им. С.Л. Соболева СО РАН, Сибирское отделение РАН, Новосибирск
Источник:Сибирский журнал индустриальной математики
Выпуск:Т. 27, № 3
Номера страниц:57-73
Держатель оригинала документа:Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет, Сибирский федеральный университет
Количество экземпляров:
Твёрдая копия издания отсутствует в фонде библиотеки
