Керновые испытания выявили два механизма отрыва мелких частиц при фильтрации

Исследователи из Австралии получили экспериментальные свидетельства двух механизмов мобилизации мелких частиц в поровом пространстве пород. Один связан с механическим разрушением связей частиц, другой — с преодолением удерживающих электростатических сил потоком жидкости. Работа опубликована 24 октября в Rock Mechanics and Rock Engineering.

Через керны пропускали раствор хлорида натрия концентрацией 0,6 моль/л, последовательно изменяя расход. В одной серии он достигал 400 мл/мин, в другой — 50 мл/мин. Во время фильтрации измеряли концентрацию вынесенных частиц и перепады давления как по всему образцу, так и на его начальном участке.

Испытания дополнили рентгенодифракционным анализом и оптической микроскопией. Для интерпретации результатов использовали математическую модель миграции частиц.

Зависимость отрыва от скорости потока разделилась на две характерные области. Авторы связывают их с различным поведением аутигенных частиц, сформировавшихся непосредственно в породе, и обломочных частиц. В первом случае существенны деформация и разрушение связей, во втором — соотношение вязкого сопротивления потока и сил удержания.

Работа помогает объяснить, почему изменение режима фильтрации способно вызвать вынос частиц, их последующее задержание в сужениях пор и снижение проницаемости. Такой механизм важен для оценки повреждения прискважинной зоны и изменения производительности добывающих и нагнетательных скважин.

Исследование выполнено на двух кернах при разных диапазонах расходов. Его результаты нельзя считать универсальной количественной зависимостью для всех водоносных горизонтов и пород-коллекторов.