Движение волны фильтрации вдоль несвязной поверхности пористого тела

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения механизмов взаимодействия фильтрационного потока с трещиноватой породой и изменения ее механических параметров при раскрытии больших нефтесъемных поверхностей, которые являются стенками трещины гидроразрыва пласта. При развитии трещины происходит переупаковка или разрушение частиц скелета, что может приводить к снижению проницаемости образующейся поверхности, а также к изменению направления трещины. Цель данного исследования заключается в визуализации на физической модели распространения фильтрационного фронта вдоль несвязной поверхности пористого тела и изменения напряженно-деформированного состояния скелета. Объект: пороупругие породы нефтесодержащего пласта Методы: лабораторные исследования по определению скорости распространения кончика «трещины» в результате фильтрации вязкой жидкости при различных перепадах давления и напряженно-деформированных состояниях скелета. Результаты. Получена визуальная картина взаимодействия вязкой жидкости с пороупругим скелетом при различных параметрах пористой среды и давления закачки. Предложена аналитическая зависимость для представленной модели, показывающая, что относительная ширина «трещины» зависит от упругих параметров и начального размера пористого массива, давления нагнетаемой жидкости и коэффициента трения его о «подошву» и «кровлю». Результаты экспериментов показали, что раскрытие сомкнутых несвязных поверхностей пористого массива, моделирующих трещину, носит неустойчивый характер. Скорость распространения носика «трещины» зависит от угла ее раскрытия. В ходе экспериментов было замечено, что при раскрытии «трещины» массив непосредственно за стенками сжимается, в результате чего уменьшается проницаемость скелета. Таким образом, вся жидкость устремляется к носику, тем самым увеличивая длину «трещины».

The relevance of the research is caused by the need to study the mechanisms of interaction of the filtration flow with fractured rock and changes in its mechanical parameters when opening large oil-removing surfaces, which are the walls of a hydraulic fracture. With the development of a crack, repacking or destruction of the particles of the skeleton occurs, which can lead to decrease in resulting surface permeability, as well as to the change in crack direction. The main aim of this study is to visualize the distribution of the filtration front along the non-cohesive surface of a porous body and the change in the stress-strain state of the skeleton on a physical model. Object: poroelastic rocks of an oil-bearing formation. Methods: laboratory studies to determine the rate of propagation of the «crack» tip as a result of filtration of a viscous liquid at various pressure drops and stress-strain states of the skeleton. Results. A visual picture of viscous fluid interaction with a poroelastic skeleton was obtained for various parameters of the porous medium and injection pressure. The authors have proposed the analytical dependence for the presented model, showing that the relative width of the «crack» depends on the elastic parameters and the initial size of the porous mass, the pressure of the injecte d fluid, and its coefficient of friction against the «bottom» and «roof». The results of the experiments showed that the opening of closed non-cohesive surfaces of porous mass, simulating a crack, is unstable. The rate of propagation of the «fracture» tip depends on the angle of its opening. During the course, it was noticed that when the «crack» opens, the mass immediately behind the walls is compressed, as a result of which the permeability of the skeleton decreases. Thus, all the liquid rushes to the tip, thereby increasing the length of the «fracture».