32. Волновые свойства нефтегазовых пластов.

Волновые свойства связаны с процессами распространения упругих колебаний в нефтегазовых пластах.

Идея была подсказана самой природой.

На месторождении исследовалось изменение обводнённости, на основе данных строилась диаграмма. Неожиданно кривая изменила своё направление, т.е. обводнённость снизилась. Причиной такого снижения оказалось землетрясение. Отсюда возникло направление использования упругих волн для повышения газонефтеотдачи. Воздействие на пласты дало повышение на 30%.

В%

90

t

Упругие колебания – процесс распространения в породе знакопеременных упругих деформаций.

v²²U=²U/t²,

где v – скорость распространения упругих колебаний,

U – упругое смещение.

По частоте упругие колебания подразделяются на:

1. инфразвуковые до 20Гц;

2. гиперзвуковые > 10¹⁰Гц;

3. звуковые от 20 до 20000 Гц;

4. ультразвуковые >20000Гц;

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 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:

1. длина волны намного больше объёмов (признак сплошности среды);

2. до прихода волны среда находится в равновесии;

3. 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:

1. одна – по скелету;

2. другая – по флюиду;

3. третья – волна обмена между скелетом и флюидом.

Рассмотрим более простой подход:

Для горных пород, если известны коэффициенты, такие как модуль Юнга и коэффициент Пуассона:

v_р=3(1-)/((1+)) - (продольные)

где  - коэффициент сжимаемости,

 - плотность

v_S=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:

v_р/v_S=2(1-)/(1-2)