Физика нефтяного пласта
 Скачать 0.65 Mb.
|
Волновые процессы в нефтегазовых пластах; параметры, влияющие на эффективность передачи волновой энергии.Под влиянием вибраторов, работающих в скважине, в пласте распространяются продольные и поперечные упругие волны. Первый вид волн характеризуется продольным распространением в несцементированной породе и жидкой среде деформации попеременно объемного сжатия и растяжения. В твердых телах вибраторы вызывают поперечные деформации сдвига - в виде поперечных упругих волн. Несцементированные пески обладают слабым внутренним трением и оказывают небольшое сопротивление сдвиговым усилиям. Поэтому в них, как и в жидкой среде, возникают только продольные волны. Скорость распространения упругих волн практически не зависит от их частоты. С ростом модуля Юнга Е скорости продольных и поперечных волн увеличиваются. Возрастание коэффициента Пуассона сопровождается ростом скорости продольных волн и уменьшением скорости поперечных. Поэтому скорость упругих волн в пористых породах значительно меньше, чем в плотных. Интенсивность упругих волн по мере их распространения в пласте уменьшается вследствие рассеивания их энергии в разных направлениях в зонах неоднородного строения и расхода на преодоление сил трения частиц в процессе деформации пород. Амплитуда упругих колебаний А=А0е-Θх, где А-текущая амплитуда колебаний, А0-начальная амплитуда колебаний, Θ-коэффициент поглощения, расстояние от источника излучения. Коэффициент поглощения зависит от упругих характеристик породы и частоты колебаний. С увеличением пористости пород Θ возрастает. Произведение плотности пород на скорость упругой волны принято называть удельным волновым сопротивлением z = ρν (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 Кот≈ Эо/Эп, где Эп и Э0 - соответственно энергия падающей и отраженной волн. С увеличением разницы в волновых сопротивлениях двух сред z1 и z2 возрастает в коэффициент отражения Кот={(z1-z2)/(z1+z2)}2 Волновые свойства нефтегазовых пластов. Упругие колебания – процесс распространения в породе знакопеременных упругих деформаций. v22U=2U/t2, где v – скорость распространения упругих колебаний, U – упругое смещение. По частоте упругие колебания подразделяются на:
Эти колебания, как и сейсмический диапазон частот, используются в нефтегазовом деле. Сейсмические колебания быстро затухают, но распространяются на длительное расстояние от центра. Деформации бывают продольные поперечные и сдвиговые, в соответствии с этим, волны делятся на:  продольные – характеризуются продольными деформациями попеременного сжатия и растяжения (свойственны газу, воде, нефти и др.) поперечные – связаны с деформацией сдвига (характерны для твёрдой фазы, т.к. для жидкостей и газов сопротивления сдвигу не существует).Оба типа волн распространяются по всему объёму пласта и поэтому называются объёмными. Кроме объёмных волн, существуют волны, связанные с поверхностями раздела – это поверхностные волны. В них движения частиц происходят неравномерно и по разным направлениям. Если движение происходит в горизонтальной плоскости, то образуются волны, именуемые волнами Лява. Эти поверхностные волны присущи только для твёрдых тел. Для горных пород, если известны коэффициенты, такие как модуль Юнга и коэффициент Пуассона: vр=3(1-)/((1+)) - (продольные) где - коэффициент сжимаемости, - плотность vS=3(1-2)/(2(1+))=G/ - (поперечные) где G – модуль сдвига, - плотность. Скорость распространения волны зависит от упругих ссвойств пласта. Параметры зависимости скорости распространения упругих волн: Коэффициент пористости (посмотреть через зависимость упругих свойств от пористости) Зависимость от минерального состава На скорости в таких породах, как песчаник, известняк и т.п., оказывает влияние пористость, а не минералы. Интервальное время – время, в течение которого волна проходит определённый интервал. Оно выражается следующим образом: =1/v Важным обстоятельством является то, что скорость распространения волны не зависит от частоты. Но от частоты зависят затухания волны (амплитуда со временем затухает по мере удаления от источника). Затухание обусловлено:
Для продольных и поперечных волн зависимости от характера насыщения различны и претерпевают инверсию. Это происходит по следующим причинам:
Вывод: поперечные волны более чувствительны к неоднородности пласта. Слоистое строение нефтегазового пласта приводит к различию скоростей упругих волн при прохождении вдоль и поперёк пласта, причём vII>v . Также оказывают влияние такие факторы как: Размер зёрен (чем больше объём, тем выше соотношение d60/d10, тем ниже скорость; для тонкозернистых пород скорость выше) Рыхлые породы практически слабо оказывают сопротивление сдвигу vр>vs. Вид пористости: гранулярные, трещинные или трещинно-кавернозные. Пласт, на который производят воздействие имеет собственные частоты, которые имеют минимальные коэффициенты поглощения. На частотах w: 7, 12, 15, 25 Гц – возникает эффективная энергия воздействия на пласт. Эта энергия передаётся на километры. Если энергия передаётся с поверхности, то, подбирая коэффициенты поглощения (w), можно подобрать минимальную потерю энергии. |