Способ возбуждения колебаний в пласте полезных ископаемых Советский патент 1992 года по МПК G01V1/02 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в тенхнологических процессах нефте- и газодобычи.

Известны способы возбуждения звукового поля в пласте с помощью пульсирующих колебаний. При этом источник возбуждения расположен на поверхности у устья заполненной жидкостью скважины.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является способ обработки Пласта, согласно Которому в скважину на уровень пласта опускают излучатель; состоящий из излучающих элементов двух типов для комбинированного воздействия на пласт как в низкочастотном, так и в высокочастотном диапазоне длин сейсмоакустических волн. В низкочастотном поле такого излучателя в фазе сжатия происходит уменьшение коэффициента затухания высокочастотных волн, что приводит к повышению эффективности ввода акустической энергии в пласт в высокочастотном диапазоне.

Основным недостаткомспособа-прототипа является то. что в нем используют излучатель, помещенный в скважине с малыми поперечными волновыми размерами. Известно, что интенсивность излучения I в низкочастотном диапазоне пропорциональна I (, где 1с - волновое число излучаемого звука, d - радиус скважины.

Цель изобретения - повышение интенсивности возбуждения.

Указанная цель достигается следующим образом.

В забое скважины устанавливают гиб кую диафрагму с малым отверстием. Возвратно-поступательное движение поршйя. осуществляемое на резонансной частоте системы труба - диафрагма с отверстием пласт, приводит к возникновению нелинейных акустических колебаний в нефтеносном пласте. При Таком способе возбуждения энергии. накапливаю14аяся в подобном резонаторе, распределяется по некоторому интервалу частот, а не сосредоточена только

на одной частоте, как в линейном резонаторе. В этом случае, как и при распространекии нелинейных волн, происходит перераспределение энергии из низкочастотной области спектра в высокочастотную.

Известно, что интенсивность излучения зависит от амплитуды колебательной скорости, давления на поверхности излучателя и его площади. В предложенном способе излучающим элементом,является гибкая диафрагма с малым отверстием (излучением боковых стенок трубы пренебрегаем). Амплитуда колебательной скорости в горловине резонатора Vo растет при уменьшении отношения a/d;

VO. . .v3f.)

ka Л a

Vn

где a - радиус отверстия в диафрагме;

d - внутренний радиус трубы в скважине:

Vo - амплитуда колебательной скорости в отверстии:

Vn - амплитуда колебательной скорости поршня;

k - волновое число, k

С

с скорость звука в жидкости, наполняющей трубу;

(Ор - резонансная частота для продольной моды колебаний.

Для частоты сор можно получить следующее выражение: (-1+6); 2а - 5(-|-f (2) d л:Н(1 +1,1/91/р) где N - целое число. N - 1,2,3,...; Н - глубина залегания пласта, равная длине трубы; PI - плотность среды впласте; р- плотность воды. В этом выражении величина б принимает значения, много меньшие 1; поскольку - 1, очевидно, что и - « 1. поэтому ею dн можно пренебречь. Окончательно для резонансной частоты справедлива оценка В действительности колебательная скорость в отверстии диафрагмы будет ограничена порогом кавитации для колебательного течения, и предельное значение скорости определяется условием равенства давления в отверстии диафрагмы и давления насыщенных паров воды. Это ограничение скорости приводит к ограничению отношения a/d 1/20.

Способ реализуется следующим образом.

В скважине, соединяющей нефтеносный пласте поверхностью земли, размещают металлическую трубу, снабженную в устье скважины излучателем, выполненным в виде поршня, соосного с трубой, диаметр

которого равен внутреннему диаметру трубы, а в забое скважины внутри трубы устанавливают гибкую диафрагму с малым отверстием. Внутренний объем трубы заполняют звукопроводящей средой с малыми потерями; например водой. Для достижения положительного эффекта поршень совершает возвратно-поступательные движения на резонансной частоте системы труба - диафрагма с отверстием - пласт,

определяемой формулой (3). При глубине залегания пласта 1000 м, радиусе трубы d - 0,125 м, радиусе отверстия в диафрагме а 0,00625 м, плотности воды/э 1000 кг/м , плотности среды в пласте p 2200 кг/м,

числе полуволн N 14, толщине пласта 10 м резонансная частота ш, 65,94 1/с. На резонанснбй частоте колебательная скорость, в отверстии будет определяться следующим образом:

v , Vn(ko0cos kH ,V,,,,,1„,н, Vo Vo , V Vq /Э1С1 где ci - скорость звука в пласте, г - текущая радиальная координата ц отверстии диафрагмы. Характерная скорость vo связана с ограничением вследствие возникновения кавитации. Мощность излучения W в пласт можно вычислить из соотношения N VV /pvdS, 4 где интеграл берется по полусфере радиуса R с центром, совпадающим с центром отверстия в диафрагме; р - амплитуда давления; S - площадь. Тогда W 2 я- oj,)i. При/71 2200 кг/м , С1 800 - 1000 м/с; о)р 65.94 1/с численное значение W находится в диапазоне (4,5 - 5,6) 10 Вт. Выбранные для приведенных оценок числовые значения параметров соответствуют экспериментальным данным для импедансов нефте-, газо-водонасыщенных пластов. При атом мощность излучателя с малыми волновыми разм ерами определяется nq формуле Wcф 1,1-2 С1 ( - kid (3,5-4,3) Вт. В пласте толщиной 10 м можно разместить антенну с 20 низкочастотными излучающими Э11ементами. В этом случае суммарная мощность излучения в пласт составит 70 - 86 Вт. Формулаизобретения Способ возбуждения колебаний в пласте полезных ископаемых, включающий размещение излучателя в заполненной звукопроводящей жидкостью скважине и излучение низкочастотных колебаний, от л и чающийся тем, что, с целью повышения интенсивности возбуждения, скважину снабжают обсадной трубой, а излучатель выполняют в виде поршня, размещенного у устья скважины, диаметр которого совпадет с внутренним диаметром обсадной трубы, при этом в скважине у верхней границы с пластом устанавливают гибкую диафрагму с отверстием, не превышающим 1/20 внутреннего диаметра обсадной трубы, а излучение низкочастотных колебаний осуществляют возвратно-поступательными колебаниями поршня на резонансной частоте щ системы обсадная труба - диафрагма с отверстием - пласт, выбираемой из соотношенияft;,-N(jrc/H), где N - целое число; с - скорость звука в жидкости, заполняющей скважину; Н -длина трубы.

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в технологиче* ских процессах нефте- и газодобычи. Цель изобретения - повышение интенсивности возбуждения - достигается за счет размещения у верхней границы пласта в скважи- не диафрагмы с отверстием, не превышающим 1/20 внутреннего диаметра обсадной трубы. При зтом излучение низкочастотных колебаний осуществляется возвратно-поступательными движениями поршня, установленного на устье скважины, на резонансной частоте системы обсадная труба - диафрагма' с отверстием - пласт.