Особенности естественных и техногенных полей при волновом инициировании продуктивных пластов

Особенности геосреды - анизотропия, неоднородность, слоистость предопределяют сложность и многообразие волновых явлений, возникающих в этих средах при проведении работ по технологии волнового воздействия. В этом отношении крайне важно определить те характеристики возбуждаемых и распространяющихся в геосреде упругих волн и волновых полей, которые обладали бы достаточно высокой информативностью о динамических процессах, развивающихся в нижнем полупространстве вообще и в продуктивных пластах в особенности. При этом необходимо рассматривать во взаимосвязи характеристики волнового источника, применяемого при возбуждении волновых полей, и геолого-физические характеристики горных пород и геологического строения среды.

К основным характеристикам источника, применительно к стоящей задаче, относятся: тип источника по характеру возбуждаемых им волн — продольные, поперечные, крутильные; направленность источника, частотный спектр возбуждаемых волн и энергия воздействия (интегральная и по частотным составляющим).

К основным физическим и геологическим характеристикам инициируемых пластов относятся: коэффициент поглощения энергии упругих волн, частотная характеристика пласта и слоистость горной среды (в т. ч. коэффициент расчлененности продуктивного пласта).

Применяемые волновые источники являются импульсными периодическими источниками низкочастотного поля. По характеристике направленности волновой источник представляет собой комбинацию источников типа центра расширения и горизонтальной сосредоточенной силы. Вследствие этого при работе такого источника в среде, окружающей источник, возникают возмущения:

U=UP+US+UL (3.1)

Поле смещений U слагается из трех полей. Поле Up определяет сферическую продольную волну, распространяющуюся со скоростью Ур, поле Us - сферическую поперечную волну со скоростью Vs. В продольной волне, не являющейся волной изменения формы, отсутствуют деформации сдвига и rot Up = 0.

В результате поляризации поперечных волн в двух взаимоперпендикулярных плоскостях образуются поляризованные волны SV и SH.

Поле смещений Ul определяет волну Лапласа, которая удовлетворяет дополнительным условиям: div Vl = 0, rot Ul= 0.

Следовательно, в Ul отсутствуют сжатия и вращения. Частица среды в поле смещения движется равномерно, а вектор Ul, убывает обратно пропорционально расстоянию г2:

Ul = т[2Хр Л-г/ - ХЛ-т/] Л, (3.2)

где г - расстояние до произвольной точки;

U -смещение;

Хр и Xs - составляющие силы в прямом и перпендикулярном направлении;

р- плотность геосреды;

I - текущее время;

т -задержка.

По-видимому, наиболее характерным примером соленоидального безвихревого поля, определяемого вектором Лапласа, в системе мегауровня является движение полужидкой субстанции в астеносфере.

В системе мега- и макроуровней с полями этого типа, по-видимому, связаны длиннопериодные гидродинамические циклы жизни Земли (в т.ч. 40-летние океанические циклы), сопровождающиеся изменением режимов УВ-месторождений. Эти процессы контролируются, по-видимому, гидродинамикой 10-км водонасыщенного слоя в литосфере, что может являться ещё одним примером взаимосвязи динамических явлений различных иерархических уровней.

На границах раздела в геосреде возникают также поверхностные волны. При распространении неоднородной волны SH вдоль горизонтального слоя возникает волна Лява. В случае падения на граничную плоскость волны Р возникают отраженные волны Р и SV. При определенных скоростных соотношениях как отраженная волна Р, так и отраженная волна SV при малых углах падения обладают свойством полного внутреннего отражения. В результате в слое формируется волна Релея. Она, как и волна Лява, обладают дисперсией скорости. Волна Релея являются комбинацией неоднородных продольных и сдвиговых волн, амплитуды которых экспоненциально убывают при удалении от границы.

Продольные и поперечные однородные волны являются объёмными. Для однородной изотропной среды их амплитуда убывает обратно пропорционально расстоянию. Поверхностные волны, распространяясь вдоль свободной поверхности (иногда границы раздела), обладают амплитудой, убывающей обратно пропорционально корню квадратному из расстояния. Это свойство поверхностных волн может быть использовано при работах по волновому воздействию, путем возбуждения волн в пограничных слоях пласта под критическим углом падения их на границы.

В условиях нефтегазоконденсатных месторождений упругие волны распространяются в твердой, жидкой и газообразной средах. Но в подавляющем большинстве случаев имеет место распространение упругих возмущений в специфической горной среде коллектора - в насыщенных пористых средах.

Это определяет целый ряд специфических особенностей упругих полей, возбуждаемых, распространяющихся и взаимодействующих между собой при волновом воздействии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >