1 . Волновые процессы в нефтегазовых пластах, их общая характеристика и роль в нефтепромысловом деле.
Волновые свойства связаны с процессами распространения упругих колебаний в нефтегазовых пластах.
Упругие колебания – процесс распространения в породе знакопеременных упругих деформаций.
где v – скорость распространения упругих колебаний
U – упругое смещение.
По частоте упругие колебания подразделяются на:
инфразвуковые до 20 Гц;
гиперзвуковые > 1010 Гц;
звуковые от 20 до 20000 Гц;
ультразвуковые >20000 Гц.
Эти колебания используются в нефтегазовом деле.
Сейсмические колебания быстро затухают, но распространяются на длительное расстояние от центра.
2. Деформации при колебательных и динамических нагрузках (специфика проявления и отличительные черты).
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 описания и исследования волн необходимо знать волновые/акустические свойства. Это:
скорости распространения упругих волн;
коэффициенты поглощения упругих волн;
коэффициенты, характеризующие волновое сопротивление;
коэффициенты отражения и преломления.
В зависимости от распространения деформаций, мы можем говорить о скорости распространения волны. Из скорости волны вытекает скорость распространения фронта волны.
Фронт волны – геометрическое место точек, в которых в рассматриваемый момент времени t фаза волны имеет постоянное значение давления. Если мы рассмотрим с позиции сплошной среды, то :
v=Е/
В идеально упругих средах, когда выводится волновое уравнение, имеются допущения:
длина волны намного больше объёмов (признак сплошности среды); до прихода волны среда находится в равновесии; теплообмен между частицами пренебрежительно мал. Но реальная порода фрагментарна, т.е. в наличии пустоты, трещины, неоднородности; скелет может состоять из различных зёрен минералов, то есть нарушается понятие сплошности среды. Согласно теории Био, существуют несколько волн, которые распространяются: одна – по скелету; другая – по флюиду; третья – волна обмена между скелетом и флюидом. Рассмотрим более простой подход: 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.
Эта величина связана с отношением (энергии с , G) скорости распространения продольных колебаний к поперечным:
vр/vS=2(1-)/(1-2)
Волны Ленда.
(трубная поверхностная волна иначе называется винтовой волной).
vL=v0/1+(0/)(v0/vS)2,
Где v0 – средняя скорость продольной волны, 0 – плотность жидкости в скважине.
Уравнение выражает скорость распространения трубной (винтовой) волны вдоль стенки скважины.
Скорость распространения волны зависит от упругих ссвойств пласта.
Зная скорость распространения, можно в первом приближении определить упругие свойства пласта:
Е=vр2(3vS2 - 4vр2)/(2(vр2 - vS2))
=vр2 - 2vS2/(2(vр2 – vS2)
G=vS2
Модуль объёмного сжатия: k=1/=(vр2 – (4/3)vS2) Параметры зависимости скорости распространения упругих волн: Коэффициент пористости (посмотреть через зависимость упругих свойств от пористости) Зависимость от минерального состава Скорость распространения в минералах колеблется а пределах: в продольных - 2¼18 км/с; в поперечных – 1.1¼10 км/с.
Максимальная скорость – в алмазе, корунде, фианите, топазе. Низкие скорости - в самородных элементах: серебре, золоте, платине, ртути и др.
Высокие – в кварце, низкие – в галените. Отсюда мы можем заключить, что самые высокие скорости наблюдаются в минералах с высокой твёрдостью.
На скорости в таких породах таких породах, как песчаник, известняк и т.п., оказывает влияние пористость, а не минералы.
Зависимость, продифференцированная по выглядит следующим образом:
vр
kп
Интервальное время – время, в течение которого волна проходит определённый интервал. Оно выражается следующим образом:
=1/v