Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Упругие колебания в породах и их акустические свойства




 

В практике разработки нефтяных месторождений в послед­ние годы возрастает объем технологических операций, связан­ных с возбуждением в пласте упругих колебаний и волновых процессов. Повышение добывных дебитов и поглотительной спо­собности нагнетательных скважин иногда достигается путем обработки призабойной зоны пласта гидравлическими и акусти­ческими вибраторами, возбуждающими в коллекторе волны дав­лений, которые способствуют возникновению новых и раскры­тию имевшихся трещин в породе, увеличивают проводимость прискважинной части пласта для жидкости и газов. Установ­лено также, что при прогреве пласта электропечами для уда­ления из пор парафина и смол процесс передачи тепла в глубь пласта значительно интенсифицируется, если совместить тепло­вую обработку пород с ультразвуковой.

Мощные колебательные процессы возбуждаются в коллек­торах нефти при взрывах атомных устройств и различных взрывчатых веществ, применяемых для воздействия на пласт с целью увеличения его нефтеотдачи. Поэтому акустические па­раметры пород используются в настоящее время в возрастаю­щем объеме для прогнозирования результатов различных тех­нологических процессов, связанных с возбуждением в пласте упругих колебаний. Последние представляют собой процесс распространения в породах пласта упругих деформаций ее ча­стиц с переменным знаком. Акустическими парамет­рами породы принято называть величины, которые характе­ризуют их свойства передавать (распространять) упругие коле­бания— скорость распространения упругих волн, коэффициент поглощения упругих колебаний, волновое сопротивление, их способность отражать и преломлять волны.

В промысловой практике приходится встречаться с упругими волнами различной частоты: более 20 000 Гц — ультразвуковые, от 20 до 20 000 Гц — звуковые, до 20 Гц — инфразвуковые. Сей­смические волны низкой частоты появляются при взрывных ра­ботах в скважинах.

Под влиянием вибраторов, работающих в скважине, в пласте распространяются продольные и поперечные упругие волны. Первый вид волн характеризуется продольным распростране­нием в породе деформаций попеременного объемного сжатия и растяжения. В твердых телах они вызывают поперечные дефор­мации сдвига — в виде поперечных упругих волн.

Скорость распространения упругих волн зависит от упругих характеристик породы.

Скорости продольной v пр и поперечной v поп упругих волн можно определить по формулам

(38)

(39)

где r — плотность породы (остальные обозначения прежние).

Несцементированные пески обладают слабым внутренним трением и оказывают небольшое сопротивление сдвиговым усилиям. Поэтому в них, как в жидкой среде, возникают только продольные волны.

В случае консолидированных осадочных пород соотношение скоростей продольных и поперечных волн находится в пределах v пр/ v поп=1,5—14 (возрастая для пород малопрочных со значи­тельной пористостью в связи с присущим этим породам низких значений сопротивлению сдвигу).

Скорость распространения упругих волн практически не за­висит от их частоты. С ростом модуля Юнга E скорости про­дольных и поперечных волн увеличиваются. Возрастание коэф­фициента Пуассона сопровождается ростом скорости продоль­ной волны и уменьшением скорости поперечной. Поэтому скорость упругих волн в пористых породах значительно меньше, чем в плотных.

Интенсивность упругой волны по мере ее распространения в пласте уменьшается вследствие рассеивания энергии волны в разных направлениях в зонах неоднородного строения и вследствие поглощения энергии упругой волны породой на пре­одоление сил трения частиц в процессе их деформации.

Амплитуда упругих колебаний в зависимости от расстоя­ния, пройденного волной от источника излучения, затухает по экспоненциальному закону

A = A 0 е-qx, (40)

где A —текущая амплитуда колебаний; АО — начальная амп­литуда колебаний; q — коэффициент поглощения; х - расстоя­ние от источника излучения.

Если обозначить расстояние, в пределах которого амплитуда уменьшается в е раз через x O, то

q x O = 1 и q =1/ x O

Коэффициент поглощения q зависит от упругих характери­стик породы и частоты колебаний w=2 pn. С ростом частоты q интенсивно увеличивается (иногда по квадратическому закону):

где h — коэффициент внутреннего трения породы; v — ско­рость упругой волны; r — плотность породы. По эксперимен­тальным данным, коэффициент поглощения q для глинистых пород пропорционален lg n. С увеличением пористости пород q возрастает.

Произведение плотности пород на скорость упругой волны принято называть удельным волновым сопротивле­нием z=rv (удельным акустическим импедансом). Эта вели­чина связана со способностью материала горных пород отра­жать и преломлять упругие волны. Отражение и преломление волн при возбуждении колебательных процессов в скважинах наблюдаются при переходе упругой волны из жидкой среды, заполняющей скважину, в пласт и далее на границах пористых сред с различными акустическими свойствами.

Коэффициентом отражения принято называть отношение KОТ = ЭО / ЭП, где ЭП и Э0 — соответственно энергия падающей и отраженной волн.

С увеличением разницы в волновых сопротивлениях двух сред z1 и z2 возрастает и коэффициент отражения

Поэтому, например, при переходе звуковой волны из нефти или воды (среды с малым волновым сопротивлением) в породу (среду с большим волновым сопротивлением) отражается до 80—85 % энергии волны.

Считается, что отражение упругих волн от границ раздела происходит по законам оптики.

Для примера в табл. 5 приведены акустические характе­ристики некоторых горных пород.

Таблица 5 - Акустические параметры пород

Порода Плотность r, кг/м3 Скорость продольной волны vПР, м/с Скорость поперечной волны, vПОП, м/с Коэффициент поглощения Удельное волновое сопротивление z ×10-5, кг/(м2×с)
продольной волны qПР, м-1 Поперечной волны qПОП, м-1
Гранит       0,130 0,22
Песчаник       0,264 1,09
Алевролит     42,0
Известняк 2300—3000 3200—5500 73-165



Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-11-07; Просмотров: 2504; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.016 сек.