Особенностью дисперсных сред, в частности, нефтяных эмульсий, является тот факт, что их вязкость зависит от объемной концентрации дисперсной фазы, т.е. с увеличением дисперсной фазы вязкость несущей фазы увеличивается. Внутренняя динамика эмульсионной среды при течении в каналах связана с рядом физических процессов (не принимая в учёт химические), среди которых следует выделить перераспределение дисперсной фазы в несущей среде и коагуляцию и диссипацию дисперсных частиц, что в конечном итоге значительно усложняет динамику поведения системы в целом.

Физико-химические свойства пластовой продукции в значительной степени оказывают влияние на энергоэффективность различных систем добычи и сбора–подготовки нефти и газа, что выражается в повышении гидравлического сопротивления, снижении эффективности сепарации и КПД насосных агрегатов. Изменения реологических свойств, а именно эффективной вязкости пластовой продукции, во многом связано с морфологической структурой эмульсионной среды. Таким образом, важное значение приобретает решение задачи получения распределения групп размеров глобул.

Учитывая необходимость снижения удельной стоимости, приходящейся на тонну добываемой продукции скважин, возникает необходимость в реализации решений, позволяющих более эффективно использовать имеющийся парк оборудования и системы сбора–подготовки нефти и газа. Следовательно, выбор надежных инструментов для моделирования и анализа позволяет обеспечить понимание и решение задачи оптимизации многофазных потоков в практике нефтедобывающих компаний.

С целью создания эффективной модели, позволяющей проводить численные эксперименты для оценки распределения групп размеров глобул воды в эмульсионной среде после прохождения ступени центробежного насоса, компания ООО «БашНИПИнефть» (научно-исследовательский и проектный институт в составе научно-проектного блока ПАО «НК «Роснефть». Профильная деятельность – разведка и разработка нефтяных месторождений, проектирование объектов нефтедобычи, научное и технологическое сопровождение процессов добычи нефти и газа) обратилась к специалистам «МЦД». На основе результатов моделирования заказчик хотел добиться проведения более точной оценки энергозатрат на транспортирование продукции скважин.

Исследование, проведенное специалистами «МЦД», посвящено решению задачи по прогнозированию локальной плотности числа дисперсных частиц и их распределения по размерам (в обратной эмульсии – вода в нефти) на основании начального распределения их размеров, полученных путем прямого замера и усреднения групп размеров.

Для решения поставленных задач специалисты компании «МЦД» выбрали пакетный программный комплекс Ansys CFD, реализующий численное решение задач гидрогазодинамики.

Упрощения к начальному распределению групп размеров глобул воды в нефти были приняты исходя из прямого замера (с применением оценки по числу Вебера равновесного размера капли дисперсной фазы в турбулентном потоке) и экстраполированы по нормальному закону до значений характерных размеров, равным порядка 200 мкм.