Обґрунтування раціональних параметрів пристрою для гідродинамічної обробки привибійної зони гідрогеологічних свердловин
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/85.073Ключові слова:
фізико-механічні властивості, коефіцієнт запасу стійкості, гідродинамічна обробка, привибійна зона свердловини, декольматація, пульсаційний режимАнотація
Мета. Розрахунок раціональних конструктивних та режимних параметрів пристрою гідродинамічної дії, що забезпечують максимальне відновлення проникності привибійної зони при мінімальних енерговитратах та збереженні стійкості фільтрової частини свердловини. Методика. Розрахунок виконано за математичною моделлю нестаціонарної фільтрації з урахуванням зміни проникності через декольматацію. Модель поєднує модифікований закон Дарсі-Форхгаймера, рівняння нерозривності та кінетику руйнування кольматанту під дією пульсацій. Чисельне розв’язання здійснено методом скінченних різниць і CFD-моделюванням в ANSYS Fluent. Верифікація за стендовими експериментами показала похибку до 15%. Результати. Значення раціональних параметрів пристрою складають відповідно: діаметр сопел 10–12 мм, кількість сопел – 3, кут нахилу до горизонталі – 45°, робочий тиск – 1,2–1,6 МПа, частота пульсацій – 10–12 Гц, тривалість обробки – 20–25 хв. Коефіцієнт відновлення проникності привибійної зони досягає 0,78–0,82, радіус ефективного очищення – 1,0–1,2 м. Питомі енерговитрати становлять 0,48 ум. од. (на 40 % нижче, ніж у високочастотному режимі). Коефіцієнт запасу стійкості фільтра (відношення руйнівного навантаження до максимального робочого) при рекомендованих параметрах дорівнює не менше 1,6, що гарантує цілісність конструкції. Наукова новизна. Встановлено залежність між частотою пульсацій і радіусом декольматизації з урахуванням хвильового поширення тиску в пористому середовищі. Отримано вираз для критичної частоти, за якої скін-ефект обмежує глибину обробки. Виявлено резонансний діапазон 10–12 Гц із максимальним відновленням та запропоновано комплексний критерій ефективності, що враховує енерговитрати, радіус очищення і стійкість фільтра. Практична значимість. Результати розрахунків дають змогу обґрунтовано обирати параметри пристрою для гідродинамічної обробки без натурних випробувань. Рекомендовані режими можуть застосовуватись при відновленні продуктивності водозабірних і дренажних свердловин. Використання пристрою зменшує екологічне навантаження та скорочує час простою свердловини у 2–3 рази.Посилання
1. McCartney, E., Al‑Othman, M., Alam, A., Nino‑Penaloza, A., Pirogov, A., Nagarkoti, M., Gupta, D. V., & Mendez, A. (2017). Enhanced acid fracturing with improved fluid loss control and near wellbore diversion increases production in Kuwait. In SPE Annual Technical Conference and Exhibition . SPE. https://doi.org/10.2118/187444-ms
2. Li, J., Qiu, Z., Zhong, H., Zhao, X., Huang, W., & Yang, Y. (2020). Parametric study on near‑wellbore fracture geometry for wellbore strengthening in anisotropic formation. Journal of Petroleum Science and Engineering , 184 , 106549. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106549
3. Zhang, G., Wang, P., Huang, X., Wang, H., & Wang, L. (2025). Overview of blockage mechanism and unblocking technology in wellbore and reservoir near wellbore zone. Coatings , 15( 11), 1293. https://doi.org/10.3390/coatings15111293
4. Nowrouzi, I., Mohammadi, A. H., & Manshad, A. K. (2020). Effect of a synthesized anionic fluorinated surfactant on wettability alteration for chemical treatment of near‑wellbore zone in carbonate gas condensate reservoirs. Petroleum Science , 17 (6), 1655–1668. https://doi.org/10.1007/s12182-020-00446-w
5. Petrakov, D. G., Loseva, A. V., Jafarpour, H., & Penkov, G. M. (2024). Experimental evaluation of effective chemical composition on reservoir quality of bottomhole zone of low permeability terrigenous reservoirs. International Journal of Engineering , 37( 8), 1547–1555. https://doi.org/10.5829/ije.2024.37.08b.08
6. Alharith, A., Albassam, S., & Al‑Zahrani, T. (2021). A novel approach for near wellbore stimulation and deposits removal utilizing thermochemical reaction. In SPE Middle East Oil & Gas Show and Conference . SPE. https://doi.org/10.2118/204771-ms
7. Evans, R. N., & Dawe, R. A. (1994). The danger of neglecting nodal crossflow in heterogeneous near‑wellbore conditions. Journal of Petroleum Science and Engineering , 11 (2), 113–121. https://doi.org/10.1016/0920-4105(94)90033-7
8. Voroshchuk, V., Kravets, O., Drozdziel, P., & Rudawska, A. (2025). Specific aspects of hydrodynamic cavitation in water treatment. An overview. Economics and Environment , 95 (4), 1363. https://doi.org/10.34659/eis.2025.95.4.1363
9. Koroviaka, Ye.A., O. A. Pashchenko, O.A., Rastsvietaiev, V.O., Rybak, A.V. (2025). Development and justification of technical solutions for hydrodynamic treatment of hydrogeological wells. Інструментальне матеріалознавство: Збірник наукових праць ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 28 , 54-67. https://doi.org/10.33839/2708-731Х-28-1-54-67
10. Bargole, S., George, S., & Kumar Saharan, V. (2019). Improved rate of transesterification reaction in biodiesel synthesis using hydrodynamic cavitating devices of high throat perimeter to flow area ratios. Chemical Engineering and Processing – Process Intensification, 139 , 1–13. https://doi.org/10.1016/j.cep.2019.03.012
11. Mohod, A. V., Teixeira, A. C. S. C., Bagal, M. V., Gogate, P. R., & Giudici, R. (2023). Degradation of organic pollutants from wastewater using hydrodynamic cavitation: A review. Journal of Environmental Chemical Engineering, 11 (3), 109773. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.109773
12. Tran, D., & Kang, J.‑H. (2013). Optimal design of a hydrodynamic separator for treating runoff from roadways. Journal of Environmental Management, 116 , 1–9. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2012.11.036
13. Houlker, S., Pasing, A., & Gesterding, M. (2022). Evaluation and sizing of proprietary sedimentation devices for decentralised stormwater treatment. Water Science & Technology , 86 (9), 2071–2088. https://doi.org/10.2166/wst.2022.342
14. Kim, H., Sun, X., Koo, B., & Yoon, J. Y. (2019). Experimental investigation of sludge treatment using a rotor‑stator type hydrodynamic cavitation reactor and an ultrasonic bath. Processes , 7(11), 790. https://doi.org/10.3390/pr7110790
15. Pashchenko, O. A., Borodina, N. A., Yavorska, O. O., Ishkov, V. V., & Cherniaiev, O. V. (2024). Application of polymer flooding to increase oil recovery. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1415 (1), 012054. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1415/1/012054
16. Wilson, M. A., Mohseni, O., Gulliver, J. S., Hozalski, R. M., & Stefan, H. G. (2009). Assessment of hydrodynamic separators for storm‑water treatment. Journal of Hydraulic Engineering, 135 (5), 383–392. https://doi.org/10.1061/(asce)hy.1943-7900.0000023
17. Fu, S., Lu, J., Zhou, F., Yuan, H., Wang, Y., & Dai, C. (2022). Study on the performance of a novel hydrodynamic cavitation device for treatment of wastewater. Asia‑Pacific Journal of Chemical Engineering, 17 (2). https://doi.org/10.1002/apj.2752
18. Rybak, A.V., & Koroviaka, Ye.A. (2025). Comparative analysis of the effectiveness of hydrodynamic treatment versus traditional methods for cleaning the bottomhole zone in hydrogeological conditions. Науковий вісник ДонНТУ, 2 (15), 59–71. https://doi.org/10.31474/2415-7902-2025-2-15-59-71
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
