Моделирование транспорта шлама в скважине раствором с многостенными углеродными нанотрубками

Проведено расчётное исследование влияния добавок многостенных углеродных нанотрубок в буровые растворы на углеводородной основе на эффективность выноса частиц шлама из кольцевого канала, моделирующего горизонтальный участок скважины. Для моделирования процесса транспорта шлама в кольцевом канале разработана математическая модель, основанная на эйлеровом подходе гранулированной среды для турбулентного режима течения. Реология бурового раствора, модифицированного многостенными углеродными нанотрубками, описывалась моделью Гершеля–Балкли с экспериментально определёнными реологическими коэффициентами. Базовый буровой раствор на углеводородной основе являлся обратной эмульсией с соотношением углеводородной и водной фазы равным $65/35$. Концентрация многостенных углеродных нанотрубок в растворах варьировалась от 0.1 до 0.5 масс.$\%$. Размер транспортируемых частиц шлама варьировался от 2 до 7 мм. Исследована структура течения двухфазного потока в кольцевом канале при различных концентрациях многостенных углеродных нанотрубок. Получены зависимости коэффициента эффективности выноса шлама, средней скорости проскальзывания частиц шлама и потерь давления от концентрации нанотрубок. Установлено, что добавление нанотрубок приводит к значительному изменению картины течения бурового раствора и, как следствие, изменению режимов транспорта шлама. Добавка 0.5 масс.$\%$. многостенных углеродных нанотрубок приводит к увеличению эффективности промывки скважины примерно на 40$\%$. Таким образом, по итогам расчётного исследования, было показано, что добавление многостенных нанотрубок в буровые растворы на углеводородной основе может приводить к повышению эффективности транспорта шлама в горизонтальных скважинах.