Оценка эффективности устройств контроля притока методом вычислительной гидродинамики

При тепловом восстановлении методом закачки пара критично обеспечение равномерного потока для повышения коэффициента извлечения и предотвращения локальных прорывов пара, которые могут повредить обсадную колонну. В статье предлагаются три количественных критерия для оценки эффективности устройств контроля притока (ICD) на основе моделирования методом вычислительной гидродинамики (CFD). Новые критерии продемонстрированы на примере оценки нескольких базовых конфигураций ICD. Для анализа реакции ICD на скорость потока и тип жидкости определены и оценены в серии CFD-симуляций три критерия: (1) квадратичный коэффициент потока, (2) коэффициент вязкости и (3) потенциал эрозии. Первый критерий характеризует зависимость от расхода и способность ICD ограничивать высокоскоростной поток, второй количественно оценивает чувствительность к вязкости, а третий прогнозирует потенциал эрозии в устройстве. Были проанализированы четыре конструкции ICD, размещаемые в лайнере, основанные на двух пассивных типах (сопло и канал) и одном автономном типе (диод потока Тесла) с использованием строгой CFD-модели. Модель включает окружающий шлифованный лайнер и внутреннюю трубку для выявления взаимодействий ICD с элементами комплетации. CFD-модель верифицирована на независимость от сетки и области расчета и применена для диапазона расходов, характерных для полевых условий. Также выполнены симуляции для ряда однофазных несжимаемых жидкостей с различной вязкостью. С применением предложенных критериев устройства оценены и сопоставлены. Сравнение показывает, что диод лучше всего ограничивает поток при высоких скоростях и низкой вязкости, тогда как при высокой вязкости, например для нефти, диод является наименее ограничивающим устройством. Хотя два исследованных прямых сопла несколько хуже ограничивают поток, они обладают наименьшим потенциалом эрозии. По предложенным критериям конструкция канала показывает плохие результаты: при низкой вязкости она недостаточно ограничивает поток, при высокой вязкости чрезмерно ограничивает добычу нефти, а также имеет высокий потенциал эрозии из-за крутого входного угла. В работе определен и оценен новый набор количественных критериев, позволяющий одновременно сравнивать несколько аспектов разных конструкций ICD. В совокупности эти три критерия обеспечивают высокочувствительное количественное средство для сравнения ICD и поддержки их выбора и совершенствования.