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
Дата добавления: 2014-11-07; Просмотров: 2526; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |