Процессы фильтрации в пористых средах пластов и нефтяных скважин

Процессы фильтрации в пористых средах наблюдаются в разнообразных природных и технологических процессах. Примерами таких процессов могут служить просачивание воды через почву, протекание нефти в пласте и подобные явления, в которых жидкость движется по разветвлённой системе сообщающихся между собой пор. Первые исследования по фильтрации жидкости сквозь пористые структуры были осуществлены французскими инженерами-механиками А. Дарси и Ж. Дюпюи [1].
Задачи фильтрации нашли свое отражение и в технологических процессах, связанных с добычей полезных ископаемых. Для промывки скважин от продуктов бурения используются специальные смеси полимеров с механическими частицами – буровые растворы. При закачке в пласт буровой раствор способен проникать в околоскважинную зону пласта, снижая ее проницаемость. Ухудшенные свойства призабойной зоны могут привести к существенному снижению продуктивности скважины.
Разработка месторождений, сложенных слабосцементированными породами (песок, глина, алевролиты), часто сопровождается разрушением призабойной зоны пласта и выносом механических частиц в скважину. При попадании в скважину песок может привести к эрозии погружного оборудования в скважине и увеличению эксплуатационных расходов. Для снижения доли песка в притоке используются различные скважинные фильтры, как например фильтры с гравийной набивкой, щелевые, проволочные фильтры и т.д.
Гравийный фильтр – один из универсальных способов предотвращения выноса песка в скважину. Он создает сложную поровую структуру на входе в скважину, которая способна удерживать в себе частицы песка. Однако, при достаточном засорении на фильтре также может образовываться фильтрационная корка, существенно снижающая проницаемость в околоскважинной зоне пласта. Работу гравийных фильтров с учетом образования фильтрационной корки можно моделировать при помощи законов сохранения масс и закона сохранения импульса в виде соответствующего закона фильтрации.