The study covers the effect of welding arc current (47, 57, and 67 A) on the structure and properties of deposited samples obtained by robotic electric arc surfacing. Sv-AK5 (ER4043) welding wire of the Al-Si system was used as a filler material. Surfacing was carried out on a substrate in the form of a 6 mm thick plate made of AMg6 alloy (Al-Mg system). During surfacing, a typical two-phase structure of a hypoeutectic composition is formed in samples typical for Al–Si alloys with a silicon content of 5 %. Along the height of deposited layers, there is a tendency to structure enlargement in the direction from the substrate, which is associated with the accumulation of heat in layers deposited along the height. As welding arc current increases, α-Al-based dendrites and eutectic silicon crystals are refined with an increase in the density and a decrease in the microhardness of deposited samples. The increase in density is due to the reduced proportion and size of gas pores, as well as refined structural components. The decrease in microhardness is associated with the increased proportion of the soft phase (α-Al dendrites) and decreased quantity of hard eutectic silicon crystals. The average content of silicon in samples deposited in three modes is in the range of 5.46–5.91%, which corresponds to the chemical composition of Sv-AK5 (ER4043) welding wire. Higher welding arc current contributes to an increase in the tensile strength and a slight decrease in the offset yield strength and relative elongation. The features of changes in the mechanical properties of deposited samples are determined by of the specific cast structure of deposited layers formed under conditions of directional solidification in the direction from the substrate.
Modern drilling fluids are non-linear viscous media with an initial shear stress. In classical scientific works on hydromechanical modeling of drilling fluids motion in pipes and annular channels the Shvedov – Bingham approximation and Ostwald – de Waale power-law model were used, which did not fully account for behavior of technological fluids in a wide range of shear rates. This article presents a numerical solution for a mathematical model of drilling fluid motion of the three-parameter Herschel – Bulkley rheological model in the annular space of the well. The Herschel – Bulkley model in the rheological equation takes into account the presence of initial shear stress and a tendency for viscosity to change with shear rate, which distinguishes it from the Ostwald – de Waale and Shvedov – Bingham models. The target function in solving the equation of motion is the velocity distribution in the radial direction of the upward flow of the flushing fluid. The analysis of obtained solution is based on the theory of velocity profile influence on quality of cuttings removal during wellbore cleaning. Due to peculiarities of mathematical statement of the task, which supposes necessity of differential equation of motion solution, Wolfram Mathematica computational software has been used as a calculation tool. The analysis of numerical solution allowed to draw conclusions about the possibility of its application in evaluation of velocity profile when drilling fluid moves in annular space of the well. The possibility for application of modified excess coefficient as a relative quantitative parameter for evaluation of velocity profile uniformity was substantiated.
Ссылка для цитирования: Никитин В.И. Математическое моделирование проникновения фильтрата буровой промывочной жидкости в призабойную зону пласта с учетом вязкопластичных свойств нефти // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – № 3. – С. 130-137.
Актуальность. Постановка задачи математического моделирования двухфазной фильтрации в приближениях классического закона Дарси в недостаточной точности описывает процесс вскрытия продуктивного пласта, содержащего нефть, проявляющую вязкопластичные свойства. Учёт вязкопластичных свойств нефти с использованием нелинейного закона фильтрации позволит расширить границы применения методики расчета насыщенности и глубины проникновения фильтрата буровой промывочной жидкости в пласт для большего количества месторождений Российской Федерации. Практическая значимость использования математического моделирования процесса вскрытия продуктивного пласта заключается в возможности подбора жидкости вскрытия с целью сохранения фильтрационно-емкостных свойств породы коллектора и повышения дальнейшего дебита скважины. Расчет глубины проникновения в том числе позволяет оценить степень снижения проницаемости продуктивного пласта при первичном вскрытии. Цель: разработка математической модели взаимодействия фильтрата буровой промывочной жидкости с вязкопластичной нефтью в поровом пространстве пласта и её применение к выбору жидкости вскрытия породы-коллектора. Методы. Математическая постановка задачи проникновения фильтрата буровой промывочной жидкости в пласт с вязкопластичной нефтью описывается теорией двухфазной фильтрации. Для расчета используется модифицированная функция распределения потоков фаз Баклея–Леверетта, в которой для вытесняемой фазы применяется гиперболический закон фильтрации. Описываются методики измерения входных параметров математической модели и их модельные аналоги. Для выбора промывочной жидкости используется расчетный критерий. Расчет производится с использованием языка Wolfram Language, реализованного в пакете Wolfram Mathematica. Результаты. Разработана математическая модель взаимодействия фильтрата буровой промывочной жидкости с вязкопластичной нефтью в поровом пространстве пласта. Расчетная методика численного эксперимента проведена для тестирования фильтратов пяти промывочных жидкостей при их взаимодействии с вязкопластичной нефтью месторождений Самарской области, Татарстана и Башкортостана. Путём применения расчетного критерия к выбору промывочной жидкости обоснован выбор наиболее качественной рецептуры для вскрытия коллекторов с представленными свойствами пластового флюида.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.