Строительство и эксплуатация нефтяных и газовых скважин открытым забоем с использованием волновых технологий

Современный этап становления рыночных отношений, предполагает коренную перестройку всего топливно-энергетического комплекса России и перевод его на ресурсосберегающий путь развитияпри постоянном внимании к экологическим проблемам.

Значительная доля материальных затрат при разработке месторождений углеводородов (УВ) приходится на комплекс работ, связанных со строительством и эксплуатацией добывающих и технологических скважин.

К сожалению, необходимо констатировать, что последние годы характеризуются снижением качественных и технико-экономических показателей работ на фоне закономерно прогрессирующего роста аномальности геолого-технических условий бурения, связанного с увеличением глубин, объёмов наклонно направленного № горизонтального бурения, переходом многих нефтегазовых месторождений: на позднюю и завершающую стадии’разработки, а. также повсеместным применением на практике репрессионного способа бурения.

К существенной: осложненности геолого-технических: условий, бурения приводят й снижение начальных пластовых давлений-на'разрабатываемых залежах, дифференциация пластовых давлений по разрезу и площади месторождениявысокие градиенты, давления между разнонапорными пластами, нестационарность гидродинамического состояния и поведения? многопластовой:залежи. Действие отмеченных факторов интенсифицирует процессызагрязнения призабойнош зоны продуктивной толщи и заколонные, межпластовые: перетоки призаканчивании, и эксплуатации: добывающих и нагнетательных скважин. Решающее: влияние на техническое состояние ствола и гидродинамическое поведение скважины в этих условиях: оказывают нестационарные процессы гидродинамического и физико-химического взаимодействий технологических жидкостей (промывочных и тампонажных растворов) с комплексом вскрытых бурением горных пород, приствольная и призабойная зоны которых характеризуются различными литологическими, и физико-химическими параметрами.

Следствием этих взаимодействий становятся большинствовстречаемых на практике осложнений (поглощения промывочных жидкостейи тампонажных растворов, нефтегазоводопроявления, межпластовые перетоки, кавернообразования, геомеханические нарушения (обвалыстенок скважины: и. сужение ствола), минии макро-гидроразрывы горных пород и*. необратимые изменения фильтрационных свойств продуктивных пластов). Однако наиболее распространённым осложнением является поглощение буровых и тампонажных растворовтак называемая «естественная фильтрация». Потерипо разным оценкам, на месторождениях Заполярья составляют до тысячи кубических метров на три тысячи метров проходки.

Немаловажная роль в этих негативных процессах принадлежит применяемым конструкциям забоя скважин, технические и эксплуатационные характеристики которых в большинстве случаев не соответствуют возросшим требованиям значительно изменившихся геолого-промысловых условий разработки месторождений на поздней и завершающей стадиях. Формируемая в интервале продуктивных отложений составная крепь (обсадная колонна — цементное кольцо — стенки скважины), как показывает отечественный и зарубежный опыт, не только не обеспечивает герметичность ее элементов (цементного кольца и его контактных зон с обсадными трубами и стенками скважины), но и значительно усложняет в дальнейшем производство ремонтно-изоляционных работ (РИР), обработку призабойной зоны (ОПЗ) и других операций по интенсификации добычи нефти. Результативность РИР в скважинах, несовершенных по характеру и степени вскрытия, составляет в среднем 12.20% и не превышает 50%.

Для решения этих проблем необходимо тщательно изучить гидродинамические и геологические условия проводки скважин, знать технологии обеспечения герметичности крепи и, что самое важное, научиться формировать гидродинамически совершенный открытый забой в различных геолого-технических условиях строительства скважин различного назначения. Естественно, очень важным является предупреждение отрицательного воздействия процессов, происходящих в призабойной зоне продуктивных пластов при заканчивании скважин.

Следует отметить, что проблема заканчивания скважин открытым забоем имеет достаточно давнюю историю, всегда привлекала внимание технологов' как наиболее перспективная с точки зрения совершенства вскрытия продуктивных горизонтов. Но отсутствие уверенности в долговременной эксплуатации открытого фильтра таких скважин при наличии суффозии, возможных флюидоперетоков между разнонапор-ными пластами и отсутствии технологии первичного вскрытия на депрессии или равновесии сдерживало развитие и внедрение подобных способов.

Для реализации перспективной технологии формирования открытого забоя многопластовых залежей в различных геолого-технических условиях строительства скважин необходимо: сформулировать требования к фильтру скважины в различных геолого-технических условияхвыявить причину и основные факторы некачественного первичного вскрытия скважин и разобщения' пластоврешить проблему обеспечения герметичности заколонного пространства над башмаком эксплуатационной колонны на весь период работы скважины несмотря на сложность борьбы с так называемым «зависанием» цементного раствора за колонной в период превращения его в камень, контракционными, суффозионными и другими процессами, происходящими в период ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) — разработать комплекс технологий долговременной изоляции разнонапорных пластов, включающий дренирование приствольной зоны с последующей изоляцией ее твердеющими растворами и тампонирование высокопроницаемых водонасыщенных пластов продуктивной толщипредусмотреть технологии восстановления коллекторских характеристик пласта, например, за счет увеличения поверхности фильтрации и формирование такой формы забоя, которая позволяла бы более успешно применять перспективные методы*увеличения* до-бывных возможностей скважины передачей волновой энергии в отдаленные от забоя скважины зоны пласта.

Адресная подача волновой энергии группе продуктивных пластов хорошо корре-лируется с позицией флюидодинамической модели углеводородного резервуара с учётом блоковой динамики осадочного чехла и фундамента.

На решение указанных проблем, направленных на обеспечение первичного вскрытия1 продуктивной толщи с максимально возможным сохранением естественных фильтрационно-емкостных характеристик продуктивных пластов многопластовой залежи, их надёжного разобщения и герметизации заколонного пространства с целью долговременной безводной эксплуатации добывающей скважины, а также обеспечения возможности доставки волновой энергии в удалённые зоны пласта для более полного извлечения углеводородов, и нацелено настоящее диссертационное исследование.

Цель работы — повышение углеводородоотдачи пластов при эксплуатации месторождений сложнопостроенных залежей строительством скважин с открытым забоем с использованием^ процессах добычи углеводородов волновых эффектов1 теории нелинейных колебаний.

Основные задачи работы,.

1. Анализ проблем повышения текущей и конечной углеводородоотдачи с учетом геодинамических и гидродинамических процессов в системе «скважинапласт — месторождение».

2. Обоснование необходимости обязательных требований и технической возможности заканчивания скважины способом «открытый забой» как одним из главных путей повышения текущей углеводородоотдачи пластов.

3. Теоретическое обоснование применения волновой технологии в основных процессах строительства и эксплуатации"скважин.

4. Формирование и реализация комплекса технологий по предупреждению осложнений и аварий при бурении скважин и созданию герметичного заколонного пространства (необходимые условия для скважин с открытым забоем).

5. Изучение механизма экранирования остаточных запасов углеводородов и влияния на эти процессы геодинамических явлений с учетом блокового строения земной коры (теоретические аспекты проблемы).

6. Разработка и усовершенствование технологий волнового воздействия генераторами Ш-его поколения на призабойную зоны пласта и на заблокированные зоны.

7. Разработка технической и проектной документации для промысловой оценки эффективности разработанных технологий.

Научная новизна.

1. На основе современных представлений о блоковой динамике осадочного чехла и фундамента с учетом термодинамики флюидных потоков сделан научно обоснованный вывод об особенностях естественного состояния сред с дискретной структурой, которые в совокупности определяют способность массива горной породы реагировать на дополнительные силовые нагрузки любого типа.

2. Теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность создания градиентов (в разы больших, чем при заводнении) при вытеснении жидких углеводородов из низкопроницаемых коллекторов в дренажные каналы продуктивного пласта при наложении на него волнового поля расчетных параметров.

3. На основе эффекта группирования твердых частиц в потоке бурового раствора объяснен механизм струйно-волновой кольматации неустойчивых пород без их эрозионного размыва созданием кольматационного экрана с регулируемыми параметрами (прочностью, проницаемостью).

4. Научно обоснованы методика предупреждения и борьбы с осложнениями в процессе бурения и требования х качеству разобщения многопластовых залежей с целью обеспечения герметичности заколонного пространства скважин различного назначения.

5. Разработаны теоретические основы площадной обработки волновым полем заблокированных зон продуктивного пласта на расстояниях до 1000 метров от скважины и более с целью их разблокирования и включения в разработку.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

1. Разработанные методика и критерии формирования’скважин с открытым забоем многопластовых залежей позволяют решить следующие технологические задачи:

— обеспечить максимально возможный приток углеводородов к забою скважины;

— создать в процессе первичного вскрытия, многопластовых залежей долговременные непроницаемые кольматационные экраны против водоносных горизонтов;

— создать наиболее благоприятные условия для передачи волновой энергии в продуктивные пласты с целью воздействия на призабойную, удаленную и заблокированную зоны;

— обеспечить комфортные условия для выполнения различных операций, связанных с разработкой месторождений (выравнивание фронта заводнения, закачка вытесняющего агента, химическая обработка пласта и др.).

2. Разработаны и усовершенствованы комплексы технологий, обеспечивающие строительство скважин и их эксплуатацию в запроектированном режиме:

2.1. Комплекс технологий на этапе бурения и заканчивания скважины с целью формирования открытого ствола:

— технология кольматации проницаемых пластов с применением гидроэлеватора со встроенным кольмататором (гидроэлеватор НГ-ЗК);

— технология управляемой струйно-волновой кольматации, основанная на использовании эффекта группирования разноплотностных частиц и увеличения их проникающей способности в капиллярные каналы в волновом поле;

— технологии обработки тампонажного раствора электрогидроимпульсным устройством в период превращения тампонажного раствора в камень;

— технологии первичного вскрытия пластов продуктивной голщи в водонефтя-ных зонах гидрофобным карбонатным буровым раствором с глубокой необратимой кольматацией встречающихся водоносных горизонтов;

2.2. Комплекс технологий для формирования открытого забоя, обеспечивающего наилучшие условия передачи волновой энергии:

— технология изготовления щелей в скважине;

— технология формирования протяженных каналов фильтрации сверлящим перфоратором;

2.3. Комплекс технологий освоения, очистки приствольной и призабойной зон при текущем и капитальном ремонтах скважин и площадных воздействий:

— технология освоения скважин и очистки призабойной зоны пласта с применением вибрационно-вакуумного очистителя;

— технология очистки призабойной зоны малопроницаемых слоисто-неоднородных пластов добывающих и нагнетательных скважин с применением гидродинамического генератора волнового (ГДГВ);

— технологии волнового воздействия для площадной обработки пласта, для де-кольматации экранированных заблокированных зон.

3. Разработаны технические устройства для обеспечения устойчивости ствола скважины при бурении, очистки приствольной и призабойной зон при освоении и ремонте, а также устройства и установки для воздействия на удаленные зоны продуктивного пласта.

4. Основные разработки включены в проектную документацию (более 100 проектов) на строительство разведочных и эксплуатационных скважин Западной Сибири ОАО «Газпром».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Показано, что с целью интенсификации текущей добычи УВ и увеличения конечной нефтегазоотдачи пластов необходимо, кроме управления гидродинамическими процессами в системе «скважина — пласт», направленно использовать геодинамические процессы, в частности способность массива горной породы реагировать на дополнительные силовые нагрузки любого типа, например определенным образом воспринимать накачку в пласт волновой энергии для вытеснения жидких УВ из заблокированных зон в сформированные дренажные каналы продуктивных пластов.

2. На основании обобщения большого промыслового материала и с учётом собственных разработок доказано, что заканчивать скважины способом «открытый забой» не только необходимо, но и возможно при соблюдении определенных условий, связанных с герметизацией башмака обсадной колонны, спускаемой в кровлю продуктивных горизонтов, с глубокой и долговременной изоляцией встречающихся водоносных пропластков, что позволяет решать следующие задачи:

• контролировать прямыми методами возможные перетоки между пластами;

• контролировать выработку запасов и обводненность скважинной продукции;

• осуществлять адресную обработку (с помощью пакерных технологий) любого пропластка с целью выравнивания профиля притока или нагнетания, различного рода химобработки и т. п.;

• обеспечивать максимально возможные притоки УВ к забою скважины;

• достигать наибольшего эффекта при передаче волновой энергии по конкретному пласту с целью включения в разработку застойных и заблокированных зон.

3. Получила дальнейшее развитие теория нелинейных колебаний многофазных сред в пористой среде в части практического внедрения в процессах бурения основного ствола, вскрытия и разобщения пластов продуктивной толщи, освоения и волнового воздействия на приствольную и удаленную зоны добывающих и нагнетательных скважин.

4. Усовершенствованы волновые технологии, основанные на эффектах теории нелинейных колебаний, такие как:

• технология управляемой струйно-волновой кольматации, основанная на использовании эффекта группирования разноплотноетных частиц и увеличения их проникающей способности в капиллярные каналы в волновом полетехнологии1 освоения, очистки приствольной и призабойной зон при текущем и капитальном ремонтах скважин, основанная на использовании гидродинамических генераторов III поколения с поличастотной волновой характеристикой и одновременным формированием в основной зоне генератора разряжения для втягивания твердых частиц из зоны загрязнения (продуктов очистки);

• технология площадной обработки залежей УВ, основанная на эффектах создания градиентов, превышающих в 10 и даже 100 раз градиенты вытеснения" при площадном заводнении. Технология предусматривает использование низкочастотных генераторов с приводом от станка-качалки.

5. В результате теоретического обоснования механизма образования заблокированных участков месторождения и практического подтверждения фактов их формирования (например Ромашкинское месторождение вТатар стане) выработана стратегия-вовлечения в разработку таких участков накачкой волновой энергии в конкретный пласт или созданием больших градиентов в блокирующей зоне, направленных против основных гидродинамических потоков в пласте. V.

Для этого случая предлагается технология, согласно которой:

— низкочастотный генератор размещается в центре заблокированного участка;

— генераторы с поличастотной характеристикой размещаются в скважинах, находящихся близ закольматированной блокирующей зоны;

— производится одновременная площадная обработка всего пласта и призабойной зоны скважин, находящихся в блокирующей зоне, с резонансной частотой для скелета породы пласта и вмещающейся в нем жидкости.

6. Для формирования открытого забоя разработаны следующие технологии:

• технология кольматации проницаемых пластов с применением гидроэлеватора со встроенным кольмататором НГ-ЗК;

• технологии первичного вскрытия пластов продуктивной толщи в водонеф-тяных зонах с глубокой необратимой кольматацией встречающихся водоносных горизонтов.

7. Для обеспечения герметичности башмака обсадной колонны и герметизации заколонного пространства прошла промышленную апробацию технология обработки тампонажного раствора электрогидроимпульсным устройством в период превраще ния тампонажного раствора в камень.

8. Разработан комплекс технологий для формирования открытого забоя, обеспечивающего наилучшие условия передачи волновой энергии:

— технология изготовления щелей в скважине;

— технология формирования протяженных каналов фильтрации сверлящим перфоратором.

включения.

Рисунок 2.2 — Схема движения частиц, взвешенных в жидкости, совершающей колебания в форме стоячей волны.

Взвешенные же в жидкости твердые частицы совершают в среднем направленные в одну сторону монотонные движения, приближаясь или удаляясь от определенных поверхностей. Такого рода движения можно организовать в порах нефтяных залежей, что позволит управлять движением частицзагрязняющих пласт. Другими словами колебания жидкости создают, движения взвешенных в жидкости включений, направленные в одну сторону. Отметим здесь, что движения частиц, (его направление и скорость) зависят не только от параметров волны, но также от динамических свойств самих частиц и окружающей их жидкости. Это дает возможность таким' образом организовать волновое воздействие, чтобы обеспечить перемещение частиц одного сорта в одну сторону, а другого в другую. Такого рода явления важны при разработке способов очистки призабойных зон скважин от загрязнений в форме твердых частиц. Открываются возможности по усмотрению либо вывести частицы из приза-бойной зоны в скважину, либо, наоборот, ввести их в пласт.

В качестве второго примера рассмотрим движение взвешенных в жидкости частиц в бегущих, волнах. Сначала рассмотрим случай плоской бегущей волны, распространяющейся в неограниченном пространстве в горизонтальном направлении. Внешними силамиш внутренней диссипацией в жидкостишренебрегаем: Таким образом, данное модельное рассмотрение справедливо лишь на небольших расстояниях от источника, когда затуханием волны можно пренебречь. Граничные условия для жидкости в данном случае следующие.

Рхо =/> +scosmt (2.14).

V < со при х—>оо (2.15) где л: — горизонтальная координата,.

V— горизонтальная составляющая скорости жидкости.

Решение краевой задачи (2.8 -2.15) о вынужденных стационарных колебаниях при достаточно малых s приближенно «представляет собой1 бегущую волну. Оно может быть найдено путем разложения, всех неизвестных в степенные ряды по: е. В пер. '. ' ^ Г. вом приближении имеем.

Р = Рд + scos — (х-ct).

• '' ' с.

Е СО / V.

V ~-cos~[x-ct) (2.16).

СРо — с ¦ .

S (О г у p = -—cos—{pc-cti с с.

Подставляя выражения (2.16) в (2.5) и проводя процедуру, аналогичнуюописанной выше при рассмотрении течения в стоячей волне, получаем следующее уравнение, описывающее односторонне направленное движение частиц в бегущей волне x = -hx + Fw, (2.17) 81 ve2 a6?2(llp'-2)2a>5.

ГД6 «~ 2 а рУ{2р' + 1)+ 54р2д{2р' + Í-)2с7 ' а—радиус частиц, которые здесь, также как и при рассмотрении движений в стоячих волнах, считаем сферическими.

Как видим, в данном случае вибрационная сила Fw действует на все частицы в одном и том же направлении. Она оказалась зависимой не только от плотностей частиц и жидкости, частоты и амплитуды вибрационного воздействия, но также и от размеров частиц. Поэтому воздействие в виде бегущих волн обуславливает дрейф различных по размерам частиц в одну сторону, но с различными скоростями и ускорениями. Это также открывает определенные технологические возможности для извлечения остаточных запасов нефти. Можно таким образом подбирать амплитуды и частоты воздействий, чтобы обеспечить проникновение к необходимым участкам залежи именно частиц тех размеров, которые нужны в каждом конкретном случае.

Рассмотрим еще один характерный пример: бегущую сферическую волну. Предполагаем, что источник колебаний давления представляет собой сферу радиуса R, а жидкость со взвешенными в ней частицами окружает источник со всех сторон и занимает неограниченное пространство. Внешними силами и внутренней диссипацией в жидкости, как и в предыдущей задаче, а также действие внешних массовых сил пренебрегаем. Таким образом, данное модельное рассмотрение справедливо лишь на небольших расстояниях от источника, когда затуханием волны можно пренебречь. Вводим сферическую систему координат с началом в центре источника колебаний давления. Граничные условия для жидкости в данном случае следующие.

Pr=R =P0+S sin wt (2.18).

К<�со при т —> со ^ (2.19) где г — радиальная координата выбранной системы координат, Vрадиальная составляющая скорости жидкости.

Ограничимся рассмотрением лишь одномерных движений, когда отличными от нуля будут лишь радиальные компоненты движения. При этом уравнения могут быть сведены к следующему виду: др д.

— І- + —— ді г2дг г2рУ)=0.

2.20) ді дг) р дг.

Решение краевой задачи (2.4, 2.18 — 2.20) о вынужденных стационарных колебаниях при достаточно малых в приближенно представляет собой бегущую волну. Оно может быть найдено путем разложения всех неизвестных в степенные ряды по е. В первом приближении имеем ct-r).

Яє. со Р — Рп Ч—Ш.

У =.

Яє.

РоГ эт.

СО (СО (r-ct) С05—[г —Сі) с) с гсо.

2.21).

ЛЬ. Ш /.

Р = Ро + —гят—[а-г) гс с.

Подставляя выражения (2.21) в (2.5) и проводя процедуру, аналогичную описанной выше при рассмотрении течений в плоских стоячей и бегущих волнах, получаем следующее уравнение, описывающее односторонне направленное движение частиц в сферической бегущей волне:

Г = -кг + ^ (2.22) е2Я! где Г = ¦

-^(2{с2+г2а>2)+р'(г2а>2−2с2)) р20с2 а2 г5 {і + 2 р’У.

Таким образом в отличие от случая плоской бегущей волны, вибрационная сила зависит от координаты г. Это связано с тем, что амплитуды колебаний давления и скоростей среды в сферической бегущей волне уменьшаются по мере удаления от источника. Для частиц менее плотных, чем жидкость, знак вибрационной силы постоянен: она для любых г положительна. Следовательно, покоящиеся в начальный момент частицы после начала колебательного процесса дрейфуют в направлении от источника звука. Для частиц более тяжелых, чем несущая жидкость уравнение (2.22) допускает стационарное неустойчивое решение:

Г — Г =.

2с2{р'~1).

V 0)2{р' + 2).

2.23).

Решению уравнения (2.23) соответствует наличие вокруг сферического источника колебаний в пространстве, заполненном жидкостью, отталкивающая частицы сферическая поверхность. Первоначально покоящиеся частицы тяжелее несущей среды, находящиеся в начальный момент на расстояниях меньших, чем в уравнении (2.23), притягиваются к источнику колебаний, другие — отталкиваются. Причем, как местоположение отталкивающей сферы, так и значение вибрационной силы, обуславливающей это отталкивание, зависят от частоты воздействия. Следовательно, если известно место, которое по технологическим условиям должно быть освобождено от загрязняющих среду частиц, то подбирая расположение источника колебаний, а также выбирая его характеристики, например, частоту и амплитуду излучения, можно обеспечить требуемую очистку. Эта идея может быть положена в основу технологии очистки загрязненных участков нефтяных залежей.

Рассмотренные выше модельные примеры показывают, что вибрационные воздействия могут явиться весьма удобным технологическим инструментом для перемещения взвешенных в жидкости твердых включений. Качественно аналогичные результаты получаются и для рассмотрения движений в волнах, распространяющихся по каналам, а также для движений малых по сравнению с размерами каналов капель. Если размеры капель таковы, что они при движении касаются стенок каналов, то в этом случае при анализе движений должны быть учтены капиллярные силы, нелинейный характер которых также должен приводить к возникновению вибрационных сил и возникновению вибрационного движения капель.

2.3 Эффект ускорения течения жидкости в капиллярах и пористых средах.

Рассмотрим течение вязкой сжимаемой жидкости по бесконечно длинному деформируемому капилляру. Смоченная жидкостью поверхность капилляра при отсутствии деформации представляет собой прямой круговой цилиндр. На поверхности капилляра выполняются условия прилипания, течение считается баротропным, причем связь между возмущениями плотности и давления аппроксимируется полиномом третьей степени относительно возмущений давления. Движение поверхности капилляра задается вектором перемещений в виде бегущей волны с фазовой скоростью св, частотой /. Невозмущенным движением считается стационарное течение внутри не-деформированного капилляра под действием постоянного градиента давления.

Безразмерные уравнения движения, неразрывности и состояния, выписанные с точностью до третьего порядка малости относительно возмущений скорости, плотности, давления и их производных принимают вид (2.24). Граничные условия на стенке капилляра, снесенные на недеформированную поверхность с точностью до третьего порядка малости относительно амплитуд перемещений стенки капилляра, а также возмущений скорости жидкости и их производных записываются в виде уравнения (2.25). На оси течения ставятся условия однозначности и ограниченности возмущений скорости. д V д і Яе (Г0 ¦ V)? + (у • У) К0 + Чр

Ду + т] -(у ¦ У) у — + [(го + у). у](ко + у)| р = М2 р + аМ4 р2 + Р М6 ръ ия и.

Яе =-№ =-=.

К%о и%о и.

2.24) где и — масштаб скорости жидкостиV и г| - кинематическая и вторая вязкость жидкостис зв — скорость звука в жидкостиу (іІ + й)=&-—, к = 2ж/.

— і т (c)

2.25) и = ?Г (ехр (/А:)+ехр (- ¡-к)) — перемещение поверхности капилляра.

Задача решалась с помощью разложения искомых величин возмущений скорости, плотности жидкости и давления, и их производных в степенные ряды по амплитуде перемещения стенки капилляра.

1=1 /=О 1=0.

V, = Зехр (ік) + й}ехр (- ік)р, = пехр{ік) + лехр (- ік)р1 =р ехр (ік)+ р', ехр{- ік).

2.26).

Последовательное решение краевых задач для коэффициентов разложений (2.26) проводилось численно методом дифференциальной прогонки.

Анализ решения показал, что волна поперечных перемещений стенки капилляра наводит в жидкости внутреннюю волну скорости и давления с неоднородными вдоль радиуса капилляра распределениями амплитуд. Существенной особенностьювнутренней волны является то, что даже при незначительных амплитудах поперечных перемещений стенки амплитуды давления и продольной скорости в некоторых зонах течения могут достигать значений, существенно превосходящих значения амплитуд скорости жидкости и давления, обуславливающих известные акустические течения. Поэтому скорости направленного в одну строну течения, сопровождающие внутреннюю волну, которые вызваны нелинейностями уравнений движения и граничных условий, оказываются при сопоставимых значениях внешнего воздействия во много раз большими, чем скорости известных акустических течений: Применительно к течениям в порах пористых сред установленное, течение представляет собой пример, показывающий, что мелкомасштабные пульсации скорости и давления с. масштабом порядка радиуса пор, которыми обычно пренебрегают в. механике насыщенных пористых средмогут привести к возникновению односторонне направленных течений со скоростями, существенно превосходящими скорости фильтрации.

Удалось установить, что на исходное течение Пуазейля накладывается дополнительное течение, обусловленное волнами. Таким образомприопределенных размерах капилляров, волны могут обеспечить значительное ускорение течения жидкости. Без увеличения статических градиентов давления через узкий капилляр с деформирующимися стенками оказывается-возможным пропустить значительно большее количество флюида, чем через капилляр с неподвижными стенками при том же перепаде давления между его торцами. Причем, особенно значителен этот эффект для узких пор, диаметр которых порядка 1−10 мкм. Даже при амплитудах волн на поверхности поры не превышающих долей, процента от ее диаметра, эффект ускорения течения может достигать трех и более порядков.

Ниже представлены рисунки, схематично иллюстрирующие процесс деформирования профиля скорости. В таблице 2.1, приведены результаты расчетов.

На рисунке 2.3 схематично приведены профили исходного невозмущенного и возмущенного течений, обусловленного волной. Как видим, волны незначительной амплитуды существенно деформируют профиль течения. Количественные данные представлены в таблице 2.1.

Ио Б / п егущая волна о стенке капилляра ——уе^ у Удоп.

Рисунок 2.3 — Профили исходного невозмущенного и возмущенного течений, обусловленного волной.