Доклад на конференцииОткрытый доступ
Математическая модель акустического воздействия на скважины для повышения проницаемости пород
Mathematical model of acoustic stimulation of wells to increase rock permeability
- Navoi State University of Mining and Technologies, Navoi, Uzbekistan
- Abylkas Saginov Karaganda Technical University, Karaganda, Kazakhstan
- M.S. Poliakov Institute of Geotechnical Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Dnipro, Ukraine
https://doi.org/10.1088/1755-1315/1630/1/012031
Ключевые данные
- Песчаники урановых месторождений: проницаемость 0,2–1,0 мД, пористость 25–35%, коэффициент затухания 1,5–3,5 м⁻¹.
- Расчетный пример: проницаемость с 1,00×10⁻¹⁵ до 4,85×10⁻¹⁵ м² за 50 мс при 3,0 МПа и 20 кГц.
- Эффективный радиус логарифмически растет с амплитудой давления и уменьшается с ростом затухания, частоты и радиуса скважины.
- Оптимальный диапазон частот для урановых месторождений: 50–200 Гц.
- Моделируемые эффекты: раскрытие микротрещин, разрушение коллоидных отложений, высвобождение капиллярно связанной жидкости.
Аннотация
The article presents a mathematical model of acoustic stimulation of wells to increase the permeability of productive formations in conditions of uranium deposits exploited by the underground leaching method. The model is based on solving the equations of elastic wave propagation in a saturated porous-fractured medium taking into account the elastic, filtration and viscoelastic characteristics of the ore-bearing rocks. Analytical dependences of the radius of the effective impact of the acoustic field on the frequency-energy parameters of the source (frequency, amplitude, pressure in the well) and the filtration-capacitive properties of the formation are obtained. A parametric analysis of the influence of the acoustic impact spectrum on the dynamics of microcrack opening, destruction of colloidal deposits and mobilization of capillary-bound fluid is carried out. The modeling is consistent with the data of laboratory and pilot studies at operating uranium facilities, which confirms the adequacy of the model. The obtained results allow us to reasonably select optimal acoustic impact modes to intensify filtration with minimal energy costs.
Английская аннотация из статьи. Авторская аннотация воспроизводится на условиях лицензии CC BY 4.0. Аннотация дана на английском языке.
Простыми словами
Модель рассматривает рудовмещающие породы как насыщенную пористо-трещиноватую среду с упругими, фильтрационными и вязкоупругими свойствами и решает в ней уравнения распространения упругих волн. Получены аналитические зависимости радиуса эффективного действия акустического поля от частоты, амплитуды и давления в скважине, а также от фильтрационно-емкостных свойств пласта.
Параметрический анализ показывает, как спектр акустического воздействия влияет на раскрытие микротрещин, разрушение коллоидных отложений и высвобождение капиллярно связанной жидкости. По данным авторов, модель согласуется с результатами лабораторных и опытных работ на действующих урановых объектах и позволяет выбирать режимы акустического воздействия, интенсифицирующие фильтрацию при минимальных затратах энергии.
В расчетном примере (плотность породы 2600 кг/м³, модуль Юнга 18 ГПа, коэффициент Пуассона 0,25, начальная проницаемость 1×10⁻¹⁵ м², акустическое давление 3,0 МПа при 20 кГц) проницаемость за 50 мс вырастает до 4,85×10⁻¹⁵ м², причем наибольший прирост приходится на первые миллисекунды. Для песчаников урановых месторождений с проницаемостью 0,2–1,0 мД, пористостью 25–35% и коэффициентом затухания обычно 1,5–3,5 м⁻¹ эффективный радиус логарифмически растет с амплитудой давления и уменьшается с ростом затухания, частоты и радиуса скважины. Оптимальным для воздействия на урановые месторождения авторы считают диапазон частот 50–200 Гц.
Как цитировать
S. Zairov, M. Mekhmonov, V. Demin, D. Akhmatnurov, R. Musin and V. Zberovskyi (2026). Mathematical model of acoustic stimulation of wells to increase rock permeability. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 1630 (RMGET 2025), 012031. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1630/1/012031