Способ возбуждения колебаний в пласте полезных ископаемых

 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в технологиче* ских процессах нефтеи газодобычи. Цель изобретения - повышение интенсивности возбуждения - достигается за счет размещения у верхней границы пласта в скважине 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 G 01 Ч 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ (21) 4661156/25 (22) 06.02.89 (46) 15.02.92, БюлЛФ6 (71) Отдел теоретических проблем АН СССР

P2) И.АДевятериков и В.П.Иванов (53) 550.83 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 911402, кл. G 01 Ч. 1/137, 1980. . Авторское свидетельство СССР и . 1413241, кл. Е 21 В 43/25, 1988. (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ

В ПЛАСТЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

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 еезбуждения расположен на поверхности у

ye bs заполненной жидкостью скважины.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является способ о6работки пласта, согласно которому в скважину на: уровень пласта опускают излучатель, состоящий из излучающих элементов двух типов для комбинированного воадействия 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 высокоча-. стотном диапазоне.

/ (19) (И) ° (57) Изобретение относится к геофизика и может быть использовано в технологических процессах нефте- и газодобычи. Цель изобретения — повышение интенсивности возбуждения — достигается за счет разме- . щения у верхней границы пласта в скважине диафрагмы с отверстием, не превышающим f/20 внутреннего диамет. ра обсадной трубы. При этом излучение. низкочастотных колебаний осуществляется возвратно-поступательными движениями поршня, установленного на устье скважины, на резонансной частоте системы обсадная труба †диафраг с отверстием — пласт, !

Основным недостатком способа-прото- типа является то, что в нем используют из-, лучатель, помещенный в скважине с малыми поперечными волновыми размерами. Изве- . стно, что интенсивность излучения I в низ-, кочастотном диапазоне пропорциональна: ! - (kd}2, где k — волновое число излучаемого, звука, d - радиус скважины, Цель изобретения — повышение интен-, сивности возбуждения.

Указанная цель достигается следующим: образом.

В забое скважины устанавливают гиб-; кую диафрагму с малым отверстием. Воз-, вратно-поступательное движение поршня, осуществляемое на резонансной частоте системы труба — диафрагма с отверстием - пласт, приводит к возникновению нелиней ных акустических колебаний в нефтеносном пласте. При таком способе возбуждения энергии, накапливающаяся в подобном резонаторе, распределяется по некоторому. интервалу частот, а не сосредоточена только

1712921

" Wkdh. (), чп ka a ч = vp/(k ч а — при

Vl- f pvdS, йкс

О р = (3) на одной частоте, как в линейном резонаторе. В этом случае, как и при распространении 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 ч, растет при уменьшений отношения а/о, где а — радиус отверстия в диафрагме;

d — внутренний радиус трубы в скважине; чо — амплитуда колебательной скорости в отверстии;

v> — амплитуда колебательной скорости поршня;

k — волновое число, k = -j

С с — скорость звука в жидкости, наполняющей трубу; а — резонансная частота для продольной моды колебаний, Для частоты вр можно получить следующее выражение: где N — целое число, N = 1,2,3„.„

Н вЂ” глубина залегания пласта, равная длине трубы; р1 — плотность среды в.пласте;

p — плотность воды.

В этом выражении величина О принимает значения, много меньшие 1; поскольку а а о — (1, очевидно, что и — «1, поэтому ею

Н 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 насы5 щенных паров воды. Это ограничение скорости приводит к ограничению отношения а/d 1/20.

Способ реализуется следующим образом.

10 В скважине, соединяющей нефтеносный пласт с поверхностью земли, размеща- . ют металлическую трубу, снабженную в устье скважины излучателем, выполненным в виде поршня, соосного с трубой; диаметр

15 которого равен внутреннему диаметру трубы, а в забое скважины внутри трубы устанавливают гибкую. диафрагму с малым отверстием. Внутренний объем трубы заполняют звукопроводящей средой с малы20 ми потерями; например водой. Для достижения положительного эффекта поршень совершает возвратно-поступательные движения на резонансной частоте системы труба — диафрагма с отверстием — пласт, 25 определяемой формулой (3). При глубине залегания пласта 1000 м, радиусе трубы d

= 0,125 м, радиусе отверстия в диафрагмеу

-0,00625 м, плотности воды р= 1000 кг/м, плотности среды в пласте pp = 2200 кг/м, 30 числе полуволн N = 14, толщине пласта 10 м резонансная частота а = 65,94 1/с, На резонансной частоте колебательная скорость, в отверстии будет определяться следующим образом:

40 Vn(ud) cOS kH O >y О

i (a+11Ð p) огпу(1- рьян) а

2И"МН 2j< " ьн < у ч 10 2 при v> vo, ч =v —

45 р1с1 ж где c> — скорость звука в пласте, r — текущая радиальная координата э отверстии диафрагмы.

Характерная скорость vo связана с ог50 раничением вследствие возникновения кавитации.

Мощность излучения W в пласт можно вычислить из соотношения

У где интеграл берется по полусфере радиуса и с центром, совпадающим с центром отверстия в диафрагме; р — амплитуда давления; 1712921

S — площадь

М4ф = 1,1 . 2 x d p) с1 чайф (— kid )2 =

=(3,5 — 4,3) Вт.

В пласте толщиной 10 м можно разместить антенну с 20 низкочастотными излучающими элементами. В этом случае суммарная мощность излучения в пласт составит 70 — 86 Вт. в, - И(жс/Н), Формула изобретения

Способ возбуждения колебаний в пласте полезных ископаемых, включающий

Составитель И.Жукова

Редактор А.Маковская Техред М.Моргентал . Корректор Э.Лончакова

Заказ 535 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ч .а

Тогда М/ =2ж p>.

При р1 2200 кг/м, с1 800 — 1000 м/с; сор - 65.94 1/c численное значение W находится в диапазоне (4,5 — 5,6) 10 Вт. Выбранные для приведенных оценок числовые значения йараметров соответствуют экспе.риментальным данным для импедансов нефте-, газо-водонасыщенных пластов.

При этом мощность излучателя с малыми волновыми размерами определяется nq формуле размещение излучателя в заполненной зву- :.копроводящей жидкостью скважине и излучение низкочастотных колебаний, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения

5 интенсивности возбуждения, скважину снабжают обсадной трубой, а излучатель выполняют в виде поршня, размещенного у устья скважины, диаметр которого совпадет с внутренним диаметром обсадной трубы, 10 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 осу15 ществляют возвратно-поступательными колебаниями поршня на резонансной частоте м системы обсадная труба — диафрагма с отверстием — пласт, выбираемой из соотнршения

20 где. N — целое число; с — скорость звука в жидкости, заполня25 ющей скважину;

Н - длина трубы.