КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-79-00318
НазваниеИсследование течения двухфазной жидкости по сети микроканалов различной смачиваемости: как создать нестареющее покрытие с заданными контактными углами
Руководитель Ипатова Анна Алексеевна, PhD (признаваемый в РФ)
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва
Конкурс №110 - Конкурс 2025 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-105 - Газо- и гидродинамика технических и природных систем
Ключевые слова смачиваемость, микрофлюидные чипы, сеть микроканалов, имитация горной породы, моделирование двухфазных течений, управление смачиваемостью, капиллярные силы, углы контакта
Код ГРНТИ30.19.31
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Увеличение нефтеотдачи пласта – важная задача нефтегазовой индустрии, следовательно, моделированию течений в поровом пространстве горной породы уделяется большое внимание. На сегодняшний день были разработаны как численные, так и экспериментальные решения для проведения моделирования многофазных течений в пласте.
Существует два основных подхода к экспериментальным исследованиям нефтеотдачи пласта. Первый способ заключается в использовании образца реальной горной породы для проведения тестов, а во втором методе используется микромодель горной породы (микрофлюидный чип) для имитации пустотного пространства горной породы. Главным недостатком данного метода является непрозрачность образца, а следовательно, отсутствие возможности наблюдать течение. Методология создания микрофлюидных чипов, однако, имеет несовершенства, одним из которых является отсутствие проработанных техник учета смачиваемости, что зачастую приводит к ее игнорированию при проведении такого моделирования. В данном проекте предлагается экспериментальное исследование влияния физико-химических характеристик пород-коллекторов на двухфазные течения, происходящие в этих породах, при помощи микрофлюидных чипов контролируемой смачиваемости.
В рамках проекта предлагается использовать чипы из различных материалов, предположительно из полидиметилсилоксана, полиметилметакрилата и эпоксидной смолы. Разработка набора таких чипов представляет собой целый комплекс физико-химических проблем, а именно подбор материалов микрофлюидного чипа под конкретную горную породу, отработка технологии создания чипов, подбор способа модификации поверхностных свойств, исследование его старения (деградация величины модифицированной поверхностной энергии со временем), а также эффект, оказываемый каждой из фаз, на поверхностную энергию чипа после изменения смачиваемости.
Вторая часть проекта будет посвящена проведению микрофлюидных экспериментов на данных чипах. В рамках этой задачи будут проведено исследование влияния угла контакта на получающиеся кривые капиллярного давления. Для этого планируется проведение экспериментов дренажа и пропитки. Сложность данной задачи заключается в первую очередь в длительности проводимых экспериментов. Во-первых, обеспечить постоянство заданного угла контакта на протяжении всего эксперимента, что может быть достигнуто как с помощью усовершенствования технологии изменения угла контакта, так и с помощью замены модельной нефти на более подходящую. Во-вторых, целью будет являться максимальное уменьшение длительности эксперимента. Для этого будет проведено исследование влияние капиллярного числа на получающиеся кривые капиллярного давления и получено значение критического капиллярного числа. В-третьих, на исследуемых масштабах (ширина каналов менее 100 мкм) очень часто наблюдается разброс величин, чаще всего вследствие невидимых глазу дефектов, что приводит к необходимости проведения большего количества повторений. Мы ожидаем, что использование растрового электронного микроскопа позволит вовремя отбраковать неудачные чипы, что улучшит качество микрофлюидных экспериментов.
Решение вышеупомянутых задач станет основным фундаментальным результатом данной работы.
Ожидаемые результаты
При выполнении проектных исследований будут:
1) Подобраны перспективные технологические материалы, которые одиночно или в комбинации применяются или потенциально могут применяться для создания микрофлюидных чипов с заданным углом контакта.
2) Разработано и изготовлено микрофлюидное устройство, обеспечивающее возможность мимикрировать каналы реальной горной породы, при сохранении возможности наблюдения за двухфазным течением внутри такого устройства.
3) Подобрана и подготовлена модельная нефть (предполагается, что материал чипов будет отличаться в зависимости от желаемого угла контакта, следовательно, для каждого из этих материалов потенциально может использоваться различная модельная нефть), которая с одной стороны воспроизводит реологию реальной нефти, а с другой стороны не вступает в реакцию с материалом, из которого изготовлены микрофлюидные чипы. Это необходимо, чтобы обеспечить заданный угол контакта на протяжении всего эксперимента по прокачке двухфазной жидкости по сети микроканалов.
4) Измерены реологические и поверхностные свойства выбранных модельных нефтей.
5) Измерены характеристики смачивания поверхности системой вода-нефть в состоянии равновесия, а также в динамике.
6) Выполнено сравнения кривых капиллярного давления при квазистационарном течении жидкости в режимах дренажа и пропитки.
7) Выполнено сравнение последовательности заполнения каналов в квазистатическом режиме с результатами динамического вытеснения.
8) Изучен гистерезис углов контакта при динамическом вытеснении.
9) Сделаны выводы о качественном характере течения в различных режимах. Вывод критического капиллярного числа, при котором течение переходит из квазистатического режима в динамический.
10) Выполнено обобщение результатов исследований в виде практических рекомендаций и потенциальных инженерных решений в отношении обеспечения оптимальных характеристик нефтедобычи в зависимости от характеристик горной породы.
11) Результаты исследований апробированы на ведущих всероссийских и/или международных конференциях.
12) Результаты исследований опубликованы в высокорейтинговых международных и отечественных журналах в соответствии с взятыми обязательствами в соглашении.
13) Будет создана методика лабораторного исследования режимов течения на микромоделях горной породы. Широкое использование подобных методик снизит издержки нефтегазовой промышленности, поскольку позволит протестировать неограниченное количество сценариев перед проведением добычи.