РОЗРОБКА ТА ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ З ГІДРОДИНАМІЧНОЇ ОБРОБКИ ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ СВЕРДЛОВИН
This study presents the development, optimization, and validation of an innovative hydrodynamic treatment device aimed at significantly enhancing the productivity of hydrogeological wells through targeted stimulation of the near-wellbore zone. The core objective is to improve hydraulic conductivity...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля Национальной академии наук Украины
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/458 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Tooling materials science |
Репозитарії
Tooling materials science| _version_ | 1860742121915416576 |
|---|---|
| author | Коровяка, Є.А. Пащенко, O.A. Расцвєтаєв, В.О. Рибак, A.B. |
| author_facet | Коровяка, Є.А. Пащенко, O.A. Расцвєтаєв, В.О. Рибак, A.B. |
| author_sort | Коровяка, Є.А. |
| baseUrl_str | http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-03-26T08:19:14Z |
| description | This study presents the development, optimization, and validation of an innovative hydrodynamic treatment device aimed at significantly enhancing the productivity of hydrogeological wells through targeted stimulation of the near-wellbore zone. The core objective is to improve hydraulic conductivity and reduce formation damage caused by mineral incrustations, biofouling, and fine particle accumulation. The device comprises a high-pressure pumping unit, a pulse generator, a delivery conduit system, and an adjustable nozzle head configured to generate controlled pressure pulses within a range of 5–20 MPa and frequencies between 1 and 10 Hz. These pulses effectively induce elastic deformation and micro-fracturing in the geological matrix, facilitating the removal of obstructions and restoration of permeability. A comprehensive methodological framework was employed, incorporating analytical modeling, computational fluid dynamics (CFD) simulations, and empirical validation through laboratory and in-situ experiments. Optimal operational parameters were identified as a pressure of 12 MPa, pulse frequency of 5 Hz, pulse duration of 0.5 seconds, and a specially engineered convergent-divergent nozzle geometry. Laboratory results revealed a 28% increase in flow rate (from 10 m³/h to 12.8 m3/h), while field trials conducted in both karstic and unconsolidated sandy aquifers demonstrated flow rate improvements of 20–35%, along with a significant 40% reduction in near-wellbore resistance (skin factor decreased from 5.2 to 3.1). The system’s modular and scalable design allows for integration in wells with diameters ranging from 100 to 300 mm and varying permeability conditions (0.05–10 Darcy), ensuring broad applicability. Furthermore, compared to conventional mechanical or chemical stimulation techniques, the proposed solution offers enhanced environmental sustainability, reduced ecological footprint, and approximately 20% lower operational expenditures. These findings contribute to the advancement of cost-effective, energy-efficient water extraction technologies and offer a practical framework for future adaptation in complex hydrogeological environments. Prospective research directions include long-term performance monitoring, application in fractured bedrock systems, and hybridization with other well rehabilitation techniques. |
| first_indexed | 2026-03-26T16:19:31Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs2.altis-ism.org.ua:article-458 |
| institution | Tooling materials science |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-26T16:19:31Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля Национальной академии наук Украины |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs2.altis-ism.org.ua:article-4582026-03-26T08:19:14Z DEVELOPMENT AND JUSTIFICATION OF TECHNICAL SOLUTIONS FOR HYDRODYNAMIC TREATMENT OF HYDROGEOLOGICAL WELLS РОЗРОБКА ТА ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ З ГІДРОДИНАМІЧНОЇ ОБРОБКИ ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ СВЕРДЛОВИН Коровяка, Є.А. Пащенко, O.A. Расцвєтаєв, В.О. Рибак, A.B. Hydrodynamic Treatment, Hydrogeological Wells, Near-Wellbore Zone, Permeability Enhancement, Pressure Pulses, Nozzle Design, Computational Fluid Dynamics, Well Productivity, Aquifer Management, Sustainable Water Extraction гідродинамічна обробка, гідрогеологічні свердловини, свердловина, підвищення проникності, імпульси тиску, конструкція насадок, обчислювальна гідродинаміка, продуктивність свердловин, управління водоносними горизонтами, стійкий видобуток води This study presents the development, optimization, and validation of an innovative hydrodynamic treatment device aimed at significantly enhancing the productivity of hydrogeological wells through targeted stimulation of the near-wellbore zone. The core objective is to improve hydraulic conductivity and reduce formation damage caused by mineral incrustations, biofouling, and fine particle accumulation. The device comprises a high-pressure pumping unit, a pulse generator, a delivery conduit system, and an adjustable nozzle head configured to generate controlled pressure pulses within a range of 5–20 MPa and frequencies between 1 and 10 Hz. These pulses effectively induce elastic deformation and micro-fracturing in the geological matrix, facilitating the removal of obstructions and restoration of permeability. A comprehensive methodological framework was employed, incorporating analytical modeling, computational fluid dynamics (CFD) simulations, and empirical validation through laboratory and in-situ experiments. Optimal operational parameters were identified as a pressure of 12 MPa, pulse frequency of 5 Hz, pulse duration of 0.5 seconds, and a specially engineered convergent-divergent nozzle geometry. Laboratory results revealed a 28% increase in flow rate (from 10 m³/h to 12.8 m3/h), while field trials conducted in both karstic and unconsolidated sandy aquifers demonstrated flow rate improvements of 20–35%, along with a significant 40% reduction in near-wellbore resistance (skin factor decreased from 5.2 to 3.1). The system’s modular and scalable design allows for integration in wells with diameters ranging from 100 to 300 mm and varying permeability conditions (0.05–10 Darcy), ensuring broad applicability. Furthermore, compared to conventional mechanical or chemical stimulation techniques, the proposed solution offers enhanced environmental sustainability, reduced ecological footprint, and approximately 20% lower operational expenditures. These findings contribute to the advancement of cost-effective, energy-efficient water extraction technologies and offer a practical framework for future adaptation in complex hydrogeological environments. Prospective research directions include long-term performance monitoring, application in fractured bedrock systems, and hybridization with other well rehabilitation techniques. У цьому дослідженні представлено розробку, оптимізацію та валідацію інноваційного пристрою гідродинамічної обробки, спрямованого на значне підвищення продуктивності гідрогеологічних свердловин шляхом цілеспрямованої стимуляції привибійної зони. Основною метою є покращення гідравлічної провідності та зниження ушкодження пласта, спричиненого мінеральними відкладеннями, біообрастанням та накопиченням дрібнодисперсних частинок. Пристрій включає насосний агрегат високого тиску, генератор імпульсів, систему подавальних трубопроводів і регульовану головку сопла, сконструйовану для генерації контрольованих імпульсів тиску в діапазоні 5-20 МПа з частотою від 1 до 10 Гц. Ці імпульси ефективно викликають пружну деформацію та мікротріщиноутворення в геологічній матриці, сприяючи видаленню перешкод та відновленню проникності. Було використано комплексну методологічну основу, що включає аналітичне моделювання, моделювання за допомогою обчислювальної гідродинаміки (CFD) та емпіричну перевірку за допомогою лабораторних та натурних експериментів. Оптимальними робочими параметрами визначено тиск 12 МПа, частоту імпульсів 5 Гц, тривалість імпульсу 0,5 секунди і спеціально розроблену геометрію сопла зі звужувально-розширюваною формою. Лабораторні результати показали збільшення витрати на 28% (з 10 м³/год до 12,8 м3/год), у той час як польові випробування, проведені як у карстових, так і в неконсолідованих піщаних водоносних горизонтах, продемонстрували поліпшення витрати на 20–35% поряд зі значним зниженням опору (Скін-фактор знизився з 5,2 до 3,1). Модульна та масштабована конструкція системи дозволяє інтегрувати її в свердловини діаметром від 100 до 300 мм та з різною проникністю (0,05–10 Дарсі), що забезпечує широку застосовність. Крім того, порівняно з традиційними механічними або хімічними методами стимуляції, запропоноване рішення забезпечує підвищену екологічну стійкість, зниження впливу на довкілля та зниження експлуатаційних витрат приблизно на 20%. Ці результати сприяють розвитку економічно ефективних та енергоефективних технологій водовідбору та пропонують практичну основу для їх адаптації у складних гідрогеологічних умовах. Перспективні напрями досліджень включають довгостроковий моніторинг продуктивності, застосування в системах із тріщинуватими породами та гібридизацію з іншими способами відновлення свердловин. Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля Национальной академии наук Украины 2025-11-21 Article Article application/pdf http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/458 Інструментальне матеріалознавство; Том 1 № 28 (2025): Інструментальне матеріалознавство; 54-67 Инструментальное материаловедение; Том 1 № 28 (2025): Інструментальне матеріалознавство; 54-67 Tooling materials science; Vol 1 No 28 (2025): Tooling materials Science; 54-67 2708-7328 2708-731X en http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/458/393 Авторське право (c) 2025 Інструментальне матеріалознавство |
| spellingShingle | гідродинамічна обробка гідрогеологічні свердловини свердловина підвищення проникності імпульси тиску конструкція насадок обчислювальна гідродинаміка продуктивність свердловин управління водоносними горизонтами стійкий видобуток води Коровяка, Є.А. Пащенко, O.A. Расцвєтаєв, В.О. Рибак, A.B. РОЗРОБКА ТА ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ З ГІДРОДИНАМІЧНОЇ ОБРОБКИ ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ СВЕРДЛОВИН |
| title | РОЗРОБКА ТА ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ З ГІДРОДИНАМІЧНОЇ ОБРОБКИ ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ СВЕРДЛОВИН |
| title_alt | DEVELOPMENT AND JUSTIFICATION OF TECHNICAL SOLUTIONS FOR HYDRODYNAMIC TREATMENT OF HYDROGEOLOGICAL WELLS |
| title_full | РОЗРОБКА ТА ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ З ГІДРОДИНАМІЧНОЇ ОБРОБКИ ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ СВЕРДЛОВИН |
| title_fullStr | РОЗРОБКА ТА ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ З ГІДРОДИНАМІЧНОЇ ОБРОБКИ ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ СВЕРДЛОВИН |
| title_full_unstemmed | РОЗРОБКА ТА ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ З ГІДРОДИНАМІЧНОЇ ОБРОБКИ ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ СВЕРДЛОВИН |
| title_short | РОЗРОБКА ТА ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ З ГІДРОДИНАМІЧНОЇ ОБРОБКИ ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ СВЕРДЛОВИН |
| title_sort | розробка та обгрунтування технічних рішень з гідродинамічної обробки гідрогеологічних свердловин |
| topic | гідродинамічна обробка гідрогеологічні свердловини свердловина підвищення проникності імпульси тиску конструкція насадок обчислювальна гідродинаміка продуктивність свердловин управління водоносними горизонтами стійкий видобуток води |
| topic_facet | Hydrodynamic Treatment Hydrogeological Wells Near-Wellbore Zone Permeability Enhancement Pressure Pulses Nozzle Design Computational Fluid Dynamics Well Productivity Aquifer Management Sustainable Water Extraction гідродинамічна обробка гідрогеологічні свердловини свердловина підвищення проникності імпульси тиску конструкція насадок обчислювальна гідродинаміка продуктивність свердловин управління водоносними горизонтами стійкий видобуток води |
| url | http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/458 |
| work_keys_str_mv | AT korovâkaêa developmentandjustificationoftechnicalsolutionsforhydrodynamictreatmentofhydrogeologicalwells AT paŝenkooa developmentandjustificationoftechnicalsolutionsforhydrodynamictreatmentofhydrogeologicalwells AT rascvêtaêvvo developmentandjustificationoftechnicalsolutionsforhydrodynamictreatmentofhydrogeologicalwells AT ribakab developmentandjustificationoftechnicalsolutionsforhydrodynamictreatmentofhydrogeologicalwells AT korovâkaêa rozrobkataobgruntuvannâtehníčnihríšenʹzgídrodinamíčnoíobrobkigídrogeologíčnihsverdlovin AT paŝenkooa rozrobkataobgruntuvannâtehníčnihríšenʹzgídrodinamíčnoíobrobkigídrogeologíčnihsverdlovin AT rascvêtaêvvo rozrobkataobgruntuvannâtehníčnihríšenʹzgídrodinamíčnoíobrobkigídrogeologíčnihsverdlovin AT ribakab rozrobkataobgruntuvannâtehníčnihríšenʹzgídrodinamíčnoíobrobkigídrogeologíčnihsverdlovin |