Особенности взаимодействия многофазных микроструктурированных сред с акустическими и электрическими полями

Подбережный, Максим Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Особенности взаимодействия многофазных микроструктурированных сред с акустическими и электрическими полями
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Особенности взаимодействия многофазных микроструктурированных сред с акустическими и электрическими полями"

На правах рукописи

2 7 ДВГ 2009

ПОДБЕРЕЖНЫЙ МАКСИМ ЮРЬЕВИЧ

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МНОГОФАЗНЫХ МИКРОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СРЕД С АКУСТИЧЕСКИМИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ

ПОЛЯМИ

25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск 2009

003475792

Работа выполнена в Лаборатории многоволновой сейсморазведки Учреждения Российской академии наук Института нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука Сибирского отделения РАН

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Сибиряков Борис Петрович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Роменский Евгений Игоревич

доктор геолого-минералогических наук Кожевников Николай Олегович

Ведущая организация: ФГУП ГНЦ РФ «Акустический институт им.

Академика H.H. Андреева» г. Москва

Защита состоится И сентября 2009 г. в 9~ часов на заседании диссертационного совета Д 003.068.03 в Институте нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, в конференц-зале.

Адрес: пр-т Ак. Коптюга, 3, Новосибирск, 630090 Тел. (383)330-62-84 Факс (383) 333-29-00 E-mail: YeltsovIN@ipgg.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИНГТ СО РАН.

Автореферат разослан 3 августа 2009 г.

И.о. ученого секретаря диссертационного совета

доктор технических наук

И.Н. Ельцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объект исследования - многофазные микроструктурированные среды на предмет изучения эффектов взаимодействия акустического и электрического полей.

Актуальность исследования

Применение в задачах сейсмо- и электроразведки классического подхода к описанию сплошной среды исключает из рассмотрения такие свойства сред, как микроструктурированность, многофазность, пренебрегает фактом разномасштабности комплексируемых данных и не учитывает взаимное влияние друг на друга полей, используемых в различных геофизических методах. Экспериментально показано (Thompson et al., 1993; О.А. Потапов и др., 1995), что в рамках сейсмических и электроразведочных методов повысить полноту геофизических данных возможно путем комплексного возмущения исходного состояния микронеоднородной среды упругими и электрическими полями. Это приводит к формированию вторичных откликов, которые могут характеризовать физические параметры геологической среды и ее внутреннее строение. На данный момент существуют поисковые комплексные методы, использующие вторичные отклики, так называемые электросейсмические и сейсмоэлектрические эффекты (Н.М. Нейштадт и др., 1970; Long et al., 1975; Mikhailov et al., 2000, Б.С. Светов и др. 2001), однако число этих методов невелико, а применимость ограничивается дифференциацией геологического разреза на качественном уровне. Данный факт вызван отсутствием общей теории перекрестных эффектов, учитывающей многофакторность и разномасштабность физических процессов. До сих пор вклад многих процессов в измеряемые интегральные характеристики геологических сред не был установлен.

Таким образом, актуальность исследований определяется необходимостью повышения информативности и достоверности интерпретации данных сейсмических и сейсмоэлектрических методов, заключающейся в физико-математическом обосновании применимости комплексного воздействия упругого и электрического полей на горные породы и построении модели физических явлений, протекающих в геологических средах, в условиях данного воздействия.

Цель исследования

Установить физические процессы, происходящие во внутренних точках гетерогенных сред при воздействии внешних упругого и электрического полей и оценить вклад каждого из этих процессов ув/

измеряемые интегральные характеристики среды.

Научная задача

Определить закономерности изменения параметров состояния консолидированных и рыхлосвязанных многофазных сред при взаимодействии с акустическим и постоянным электрическим полями.

Фактический материал и методы исследования

Теоретической основой решения поставленной задачи являются теории взаимодействия упругих и электрических полей (Я.И. Френкель, 1944; Pride, 1994; В.Н. Доровский и Х.Х Имомназаров, 1994; Б.С.Светов, 1996), теория контактного взаимодействия (Hertz, 1942), а также уравнения распространения упругих волн в микронеоднородных средах (Biot, 1956; Winkler, 1985; В.Н. Доровский, 1994; Б.П. Сибиряков, 1983), уравнения электропроводности гетерогенных сред (Maxwell, 1873; Bruggemann, 1935; Archie, 1942) и уравнения стационарной электрокинетики (Smoluchowski, 1905;Huckel, 1923; Henry, 1939).

Основным методом исследования является физико-математическое моделирование распространения упругих волн в многофазных средах в условиях протекания по ним постоянного электрического тока (построение физико-механических моделей геологических сред, получение и решение уравнений механики, электродинамики пористых сред, насыщенных электролитами). Этот метод моделирования также включает изготовление физических моделей геологических пород; измерение и расчет петрофизических параметров исследуемых моделей с использованием данных микроскопического, гранулометрического, рентгеноструктурного и рентгенофлюоресцентного анализов; проведение геофизических исследований скважин, регистрацию акустических и акустоэлектрических сигналов; измерение скоростей Р и S волн.

Полученные соискателем научные закономерности сравнивались с результатами вычислительных экспериментов по распространению упругих волн в многофазных средах (White, 1986), взаимодействию упругих и электрических полей (Pride , 1994; Б.С. Светов, 1996), а так же с результатами физического моделирования эффектов взаимодействия электрических и упругих полей для однородных сплошных веществ (М.Б. Гохберг, 1980; Г.А. Соболев, 1990) и для многофазных сред (Э.И. Пархоменко, 1968; Toksoz, 1996; O.A. Агеева, 1998). Сравнение показало, что выбранная соискателем методика исследований приемлема для решения поставленной задачи.

Защищаемые научные результаты

В условиях протекания постоянного электрического тока в многофазных средах экспериментально установлено и теоретически обосновано, что:

1) эффект изменения упругих модулей среды определяется тремя физическими процессами одновременно протекающими в воде, насыщающей поровое пространство среды:

а) движение молекул воды в область взаимодействия структурных элементов среды, обуславливающее уменьшение упругих модулей;

б) насыщение порового пространства газовой компонентой вследствие процесса электролиза жидкости, возбуждаемого постоянным электрическим током, приводит как к уменьшению упругих модулей, так и к их увеличению;

в) движение ионов солей в зону контакта микрогранул среды, что ведет к возрастанию упругих модулей среды путем образования новых дополнительных связей в твердом скелете.

2) наличие в поровом пространстве среды свободного (подвижного) полярного флюида (воды) является необходимым условием появления эффекта изменения упругих модулей микроструктурированных флюидонасыщенных сред.

3) Физическим механизмом генерации (сейсмо)акустоэлектрического сигнала является разность скоростей перемещения твердой и жидкой компонент, причем этот отклик водонасыщенной среды содержит составляющую микрофонного эффекта-помехи, генерируемую в условиях протекающего по среде постоянного электрического тока.

Научная новизна и личный вклад

1. Получены формулы, определяющие кинематические характеристики водонасыщенных сред, подверженных воздействиям динамическими упругими деформациями в условиях протекания постоянного электрического тока. На основе разработанной соискателем физико-механической модели геологической среды, результатов лабораторных и натурных скважинных экспериментов, показано, что основной причиной изменения упругих модулей среды являются электрохимические реакции, протекающие в поровом пространстве многофазной среды.

2. Используя математическую модель контактных взаимодействий Герца, результаты натурных и лабораторных экспериментов, установлено, что изменение упругих модулей среды в условиях протекания постоянного электрического тока происходит лишь при насыщении порового пространства водой до состояния появления свободной жидкости. Воздействие внешнего электрического поля на среды, содержащие адсорбционно-связанную воду или насыщенные неполярными флюидами (маслом), не вызывает изменений упругих параметров.

3. Экспериментально установлен и математически обоснован механизм генерации сейсмоэлектрического (акустоэлектрического) отклика, используя кинематические параметры Р и S волн, зарегистрированных тензодатчиком, акселерометром и системой электродов. Получены формулы и реализованы методики вычислений истинных параметров акустоэлектрических сигналов при проведении измерений в условиях протекающего по водонасыщенной консолидированной среде постоянного электрического тока.

Теоретическая часть представленных в диссертации исследований, реализация алгоритмов регистрации, обработка данных сейсмических, акустических и электрических методов выполнены автором лично, лабораторные исследования - совместно с к.г.-м.н. Ю.А. Нефедкиным, натурные скважинные эксперименты - совместно с к.т.н. В.А. Куликовым.

Научная и практическая значимость

Результаты исследований могут быть положены в основу разработки новейших технологий в области измерений in situ параметров проницаемости, определения типов пород и флюидов.

Протекание электрического тока способно изменять структуру пористой среды (как консолидированной, так и рыхлой), поэтому существует принципиальная возможность по характеру акустического отклика в условиях протекания электрического тока сделать заключение о степени консолидации геологической среды верхней части разреза и типе насыщающего её флюида.

Явление конверсии упругих динамических деформаций в электрический сигнал, положенное в основу многоволнового акустоэлектрического каротажа, позволит избегать эффекта разномаштабности геофизических полей и более достоверно разделять среды с различными фильтрационно-емкостными, но с практически неотличимыми акустическими параметрами.

Разработанные соискателем алгоритмы и процедуры цифровой обработки сейсмоэлектрических сигналов позволяют с большей надежностью выделять полезный сигнал конверсии и выявлять помехи при регистрации сейсмоэлектрических эффектов во внешних электромагнитных полях.

Результаты проведенных исследований используются в учебных курсах геолого-геофизического факультета НГУ.

Апробация

Основные научные результаты докладывались на: Международной научной студенческой конференции (Новосибирск, 2002, 2003, 2004),

Международной научной конференции «Акустика неоднородных сред» (Новосибирск, 2002), Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, 2003, 2005, 2007), Федеральной итоговой научно-практической конференции творческой молодежи России (Москва, 2003), SEG/EAGE/ЕАГО International Meeting (Москва, 2003, Санкт-Петербург, 2006, 2008), Международной научной конференции «Сейсмические исследования земной коры» (Новосибирск, 2004), VIII Международном научном симпозиуме молодых ученых им. акад. М. А. Усова (Томск, 2004), Молодежной Байкальской школе-семинаре «Геофизика на пороге третьего тысячелетия» (Иркутск, 2004), 66 EAGE Conference and Exhibition (Париж, Франция, 2004), SEG 75lh annual meeting (Хьюстон, США, 2005), SEG Forum «Mathematical Geophysics, Mezomechanics and Seismic Processing» (Новосибирск, 2006), Международной научной конференции-семинаре «Геофизика и физическая мезомеханика» (Иркутск, 2006), Международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Трофимуковские чтения» (Новосибирск, 2007).

Полученные научные результаты изложены в 21 публикации, из которых 2 - статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных Перечнем ВАК («Геология и геофизика», «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых»), 14 -материалы российских и международных конференций, симпозиумов, семинаров, 1 - методическое пособие, 3 - курс лекций Новосибирского государственного университета.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения с общим объемом 177 страниц, содержит 77 рисунков и 12 таблиц. Список литературы включает 140 наименований.

Благодарности

За советы и поддержку в проведении исследований автор выражает благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. Б.П. Сибирякову. Автор глубоко признателен к.т.н. В.А. Куликову за оказанное плодотворное влияние на работу, интересные дискуссии и методическую помощь в написании диссертации. Особо благодарен к.г.-м.н. Ю.А. Нефедкину за неоценимый вклад в проведение лабораторных исследований и постоянную поддержку. Автор благодарит д.ф.-м.н. В.Н. Доровского за участие в формировании научных взглядов, советы и замечания, д.ф.-м.н. Ю.А. Дашевского за пристальное внимание к результатам исследований и постоянное участие в их обсуждении, к.г.-м.н. О.А. Агееву за сотрудничество и ценные консультации при подготовке диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность, сформулированы цель и основная задача исследования, защищаемые результаты, научная новизна и практическая значимость работы.

Глава 1. ИЗУЧЕННОСТЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И ДИНАМИЧЕСКИХ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕД

В главе представлен анализ работ, посвященных описанию строения осадочных пород, исследованиям механизмов взаимодействий упругих и электрических полей с данными породами и построению математических моделей эффектов взаимодействий физических полей.

Горные породы являются многофазными и микронеоднородными объектами (Ю.В. Ризниченко, 1949; Н.Б. Дортман и др., 1992; J1.M. Дорогиницкая и др., 2007), подверженными постоянному воздействию естественных и техногенных физических полей. Данные воздействия вызывают изменения параметров состояния фаз (твердь, вода, газ) и, как результат, общих характеристик всей среды (эффекты первого рода). Физика изменений параметров каждой фазы в отдельности и двухфазовых смесей (парожидкостные среды) под действием физических полей различной природы изучаются достаточно давно (Л.М. Беляев и др., 1965; A.M. Блох, 1969; A.B. Гульельми, 1986; Л.М. Бреховских и др., 1982). В частности, еще Фарадеем было установлено, что протекание электрического тока в жидкости инициирует процесс электролиза и превращение однородной среды в двухкомпонентную среду. В работе (Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, 1987) отмечается, что незначительное содержание пузырьков газа в воде вызывает уменьшение скорости звука, а последующее увеличение процента газовой фазы приводит к ее постепенному возрастанию. Очевидно, что аналогичные явления должны наблюдаться при протекании постоянного электрического тока в пористых водонасыщенных консолидированных и рыхлых средах.

В монографии (O.A. Потапов и др., 1988) показывается, что заметные изменения скоростей упругих волн, распространяющихся в водонасыщенных горных породах, происходят лишь при напряженностях действующего электрического поля порядка 105-106 В/м (электросейсмический эффект). Предложен механизм физико-химических преобразований флюида, который обуславливает данные изменения. Однако процессы электролиза и насыщения среды пузырьками газа не были учтены. Кроме того, результаты экспериментальных работ (А.К. Манштейн и др. 1999), доказывают, что

заметные изменения скоростей продольных и поперечных волн, распространяющихся в породах естественного залегания, могут происходить в слабых электрических полях напряженностью менее 5 В/м. Предлагаемые механизмы изменения скоростей связываются с процессами электроосмоса, электролиз жидкости в очередной раз был опущен из рассмотрения. Таким образом, остается открытым вопрос о степени влияния на упругие характеристики многофазных сред физических процессов, инициированных протекающим в поровом пространстве постоянным электрическим током. Ответ на этот вопрос позволит сделать заключение о петрофизических параметрах горных пород (степени консолидации, проницаемости, типе насыщающего флюида) используя характеристики сейсмоакустического сигнала, распространяющегося в геологических средах в условиях протекания электрического тока.

Кроме эффектов первого рода - изменений физических свойств среды (Blaua et al., 1936; Thompson, 1936; М.И. Эпов и др., 1995), комплексное воздействие упругих и электрических полей на геологические породы приводит к генерации эффектов второго рода -сейсмоэлектрические эффекты Е (Thompson, 1936; А.Г. Иванов, 1939; М.С. Анциферов, 1962). С середины XX века активно разрабатываются поисковые комплексные методы, использующие эффекты второго рода (Нейштадт и др., 1970; Long et al., 1975; Mikhailov et al., 2000, Б.С. Светов и др. 2001). Данные методы можно разделить на две группы: 1) регистрация сейсмоэлектрических (СЭ) сигналов при воздействии на среду только упругими колебаниями, 2) регистрация СЭ сигналов в условиях протекания электрического тока. Применимость методов ограничивается дифференциацией геологического разреза на качественном уровне, а дополнительное воздействие на горные породы постоянным электрическим током с целью увеличения интенсивности и повышения информативности сейсмоэлектрических сигналов (Г.Я. Черняк, 1975; Н.И. Мигунов и др., 1976) является до конца не обоснованным. Данные факты вызваны несовершенством измерительно-обрабатывающих методов и отсутствием общей согласованной теории акустики и электромагнетизма для многофазных сред. В теориях, объединяющих электромагнетизм с акустикой (Я.И. Френкель, 1944), традиционно сейсмоэлектрические эффекты в среде, насыщенной электролитом, связывают с возникновением электрического поля под действием градиента давления Е=-с'Р. Исходную формулу Гельмгольца-Смолуховского считают диссипативным соотношением (Pride, 1994), однако, это соотношение справедливо только в стационарных условиях

фильтрации жидкости (В.Н. Доровский и др., 1994). Поэтому до сих пор ведутся дискуссии о механизмах возбуждения упругой волной электромагнитных колебаний (A.B. Гульельми, 1986). Это приводит к неоднозначной интерпретации геофизических данных и постановке вопроса об экспериментальном обосновании физического механизма генерации сейсмоэлектрического отклика. При этом необходимо разработать методику регистрации сейсмоэлектрических сигналов в условиях протекающего по водонасыщенной среде постоянного электрического тока.

Глава 2. ИЗМЕНЕНИЕ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЛЮИДОНАСЫЩЕННЫХ СРЕД В УСЛОВИЯХ ПРОТЕКАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

В главе приведены описания и результаты натурных скважинных измерений, лабораторных экспериментов с использованием стержневых (одномерных) и плоских (двумерных) моделей рыхлосвязанных и консолидированных флюидонасыщенных сред, находящихся в условиях протекания постоянного электрического тока. Установлены основные физические процессы, сопровождающие протекание тока в водонасыщенных средах и изменяющие упругие модули сред. Получены формулы расчета скоростей упругих волн, распространяющихся в средах, через которые протекает постоянный электрический ток.

Лабораторные эксперименты с одномерными стержневыми моделями. Ниже представлены результаты серии экспериментов со стержневыми моделями рыхлых (пески) и консолидированных (песок+цемент) сред, насыщенных пресной водой и водным раствором №С1 (с концентрацией 15 г/л). Модели представляют собой замкнутые

системы: пузырьки газа,

Неконсолидированные среды

1.1

0.9

1.1

0.9

Консолидированные среды l.li-

Минерализованная

вода

Пресная вода

0.9,

10 20 ""0 10 Количество электричества I-t, А-с

Рис. 1. Относительные изменения скоростей распространения Р и S волн

выделившиеся в результате электролиза при протекании в среде электрического тока, аккумулируются в поровом пространстве. На рис. 1 приведены графики

изменения скоростей Р и Б волн в условиях протекания в среде электрического тока относительно скоростей соответствующих волн, измеренных в его

отсутствии, как функции количества электричества /7 [А с], прошедшего через среду. При значениях /-гсЮО А с в присутствии пресных вод (в пресной воде, используемой в экспериментах, содержание солей порядка 0.3 г/л, минимальная концентрация солей в минерализованной воде составляла 5 г/л) скорость продольных волн, как в консолидированных, так и в неконсолидированных средах уменьшается. Одновременно с этим, скорость поперечных волн в консолидированных средах возрастает с увеличением количества электричества, пройденного через модель, в то время как скорость продольных волн уменьшается.

Установлена принципиальная возможность определения степени консолидации водонасыщенных пород основанная на измерении скоростей поперечных волн распространяющихся в условиях протекания постоянного электрического тока.

Физические процессы, сопровождающие протекание тока в водонасыщенных средах. В условиях длительного протекания электрического тока в рассматриваемых средах выделено три основных физических процесса («а», «б», «в»), изменяющих скорости распространения упругих волн (рис. 2). Знаки «-» показывают, что данные процессы приводят к уменьшению скоростей упругих волн, а «+»- к увеличению.

«-а» - движение микрообъемов воды в область взаимодействия структурных элементов среды, что обуславливает уменьшение данной области. В рыхлых средах скорости распространения продольных и поперечных волн уменьшаются. В консолидированных средах скорости распространения упругих волн не изменяются.

«-б» - уменьшение коэффициента объемного сжатия флюида при насыщении порового пространства газовой компонентой вследствие процесса электролиза жидкости. Скорость распространения продольных волн уменьшается, скорость поперечных волн не изменяется.

«+б» - уменьшение плотности среды в результате газовыделения. Пузырьки газа, выделившиеся при электролизе, постепенно скапливаются на некотором уровне, образуя газовую шапку. Это скопление газа вытесняет жидкость из зоны протекания электрического тока. Общая плотность среды остается постоянной, однако изменяется локальная плотность объема среды, находящейся между электродами, где и производится измерение скоростей. Скорости распространения продольных и поперечных волн возрастают.

«+в» - движение ионов солей в зону контакта микрогранул среды, которое приводит к дополнительной консолидации среды путем образования новых связей в твердом скелете. Скорости распространения продольных и поперечных волн возрастают.

V _р_

Vй

400 800 0 400

Консолидированные среды

■S+R +6+В

_____

.■6 , +б

1.5

г 1

! 0.5 О

800

Физические процессы, обуславливающие изменения скоростей Р и Б волн

а) Расклинивание водой

б) Электролиз жидкости

в) Консолидация ионами солей

400 800 0 400

Количество электричества /г, А-с

Рис. 2. Вычисленные (линии), измеренные (точки) изменения скоростей

распространения продольных, поперечных волн и физические процессы,

обусловливающие данные изменения

Формулы расчета скоростей упругих волн, распространяющихся в среде, через которую протекает постоянный электрический ток. Используя теоретическую модель контактных взаимодействий Герца (Hertz, 1942), опираясь на результаты проведенных гранулометрических, петрофизических, микроскопических анализов и систему рассматриваемых выше физических процессов, получены формулы, определяющие кинематические характеристики водонасыщенных сред, подверженных воздействиям динамическими упругими деформациями в условиях протекания постоянного электрического тока. Ключевым моментом адаптации теории Герца к рассматриваемым процессам является добавление слагаемого, связанного с изменением площади межзернового контакта, в процессе протекая тока, а также включение в формулы газовыделения в процессе электролиза (красные квадраты в формулах (1), (2)).

Выражения для вычисления плотности водонасыщенной среды (Рсреаы) и скорости поперечной волны (V5), распространяющейся в этой среде в условиях протекания электрического тока, обеспечивающего насыщение порового пространства пузырьками газа, имеют вид (1), (2). В формуле (2) знак минус «-» в первых скобках соответствует насыщению рыхлой среды пресной водой, для консолидированных сред, находящихся в идентичных условиях, второе слагаемое в первых скобках равно 0. Знак плюс «+» соответствует насыщению консолидированных и рыхлосвязанных пород минерализованной водой.

V/ - 3

л (к " • /г)'

ЛЧ1-Л с,,.,,,,,,

5Л-Й р„......

_|_ 4

1-// + 3(2-//)

(2),

где: а0 - радиус контакта зерен, N - координационное число, /? -средний радиус зерна, К* - электрохимический коэффициент, Н -отношение упругих модулей зерна, Сжр„а - модуль сдвига зерна, -газосодержание, а - химический параметр флюида, V - объем среды,/-пористость.

Используя полученные формулы, были вычислены зависимости изменения скоростей Р и 8 волн, распространяющихся в водонасыщенных средах, от количества электрического заряда (/•/) прошедшего через данные среды. Поведение рассчитанных зависимостей совпадает с графиками на рис. 2. Кроме того, теоретические выводы подтверждены результатами лабораторных измерений, натурных скважинных и наземных экспериментов по регистрации вариаций скоростей упругих волн в зависимости от электрического заряда, прошедшего через трещиноватую водонасыщенныю геологическую среду и через обводненные породы (Манштейн и др., 1999) верхней части разреза. Количественное несовпадение (<10%) обусловлено точностью измерений, использованием для вывода формул изначально идеализированной теории Герца, а также исключением второстепенных процессов, не оказывающих существенного влияния на рассматриваемые эффекты. Качественное совпадение достроенной теории Герца и экспериментальных результатов свидетельствует о том, что физические механизмы изменения скоростей распространения упругих волн при протекании электрического тока определены правильно.

Роль свободной воды в проявлении эффектов изменения упругих модулей флюидонасыщенных сред в условиях протекания постоянного электрического тока. Изменение скоростей Р и Б волн, распространяющихся в горных породах, находящихся в воздушно-сухом состоянии, зарегистрировано не было, независимо от величины электрического потенциала, приложенного к электродам. Относительная деформация диэлектрических зерен в электрическом поле (напряженностью 10 В/см) равна 4.5-Ю"'0. Эта величина на четыре порядка меньше деформации, создаваемой упругими волнами (на частотах 1- 5 кГц) в экспериментах с лабораторными моделями.

Увлажнение моделей водой (5 мас.%) не приводит к регистрируемому изменению скоростей распространения упругих волн

при воздействии электрическим полем на среду.

При насыщении всех моделей неполярной жидкостью (низковязким маслом) величина изменения кинематических параметров упругих волн при включении электрического поля не превышала ошибки измерений.

Таким образом, установлена принципиальная возможность по скоростям упругих волн, разделять среды, содержащие в поровом пространстве свободную воду и нефть, воздействуя на них постоянным электрическим током.

Глава 3. МЕХАНИЗМ ГЕНЕРАЦИИ ПРЯМОГО АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

В главе описаны результаты лабораторных измерений сейсмоэлектрических эффектов на продольных и поперечных волнах с использованием стержневых моделей консолидированных сред. Определен механизм генерации электрического отклика упругой волной, распространяющейся в водонасышенной среде. Получены формулы расчета истинных параметров сейсмоэлектрических сигналов при проведении измерений в условиях протекания по водонасыщенной среде постоянного электрического тока.

Акустоэлектрические эффекты на поперечных и продольных волнах. Экспериментальное исследование механизмов преобразования производилось с использованием источников упругих колебаний, работающих в акустическом диапазоне частот, поэтому правильнее употреблять термин акустоэлектрические эффекты вместо сейсмоэлектрические эффекты.

Для генерации поперечно поляризованных колебаний применялись источники изгибного и крутильного типов. Крутильный источник создает чистую сдвиговую компоненту акустического волнового поля, а изгибный - дисперсионное волновое поле, состоящее из сдвиговой компоненты и изгибной моды. С использованием двух типов источников поперечных колебаний, акустического датчика, ориентированного на прием сдвиговой компоненты и поперечного измерительного диполя были проведены профильные наблюдения. Поперечный измерительный диполь располагался в диаметральной плоскости стержневой модели, таким образом, чтобы электроды этого диполя находились в противоположных точках поверхности модели. Выделены различные моды поперечных

акустических/акустоэлектрических волн. Скорости распространения акустоэлектрических и упругих волн совпадают в пределах ошибки измерений. Чувствительность электрического отклика к упругим

поперечным колебаниям экспериментально доказывает, что электрическое поле формируется не за счет градиента давления.

В качестве экспериментального определения механизма формирования электрических сигналов продольной волной были проведены измерения акустоэлектрической конверсии с различными акустическими системами. Одновременно регистрировались три сигнала от каналов тензодатчика, продольного измерительного диполя (кольцевые электроды) и акселерометра (АР-19). Акселерометр и тензодатчик располагались в окрестности измерительного электрода, ближнего по отношению к акустическому источнику. Для анализа выбирался первый положительный экстремум (половина видимой длины волны) каждого сигнала, поскольку это - область, затронутая колебаниями, сформированными лишь падающей волной, и не осложненная вторичными колебаниями ограниченной по размерам модели.

Теоретически показано (В.Н. Доровский и др., 1994), что амплитуда акустоэлектрического сигнала пропорциональна разности скоростей смещения жидкой фазы и скелета среды. В условиях эксперимента электрический сигнал регистрировался электродами, находящимися на внешней поверхности стержневой модели. В точках контакта электродов сигнал обусловлен мало различающимися скоростями смещения на фронте акустической волны твердой матрицы и жидкости, что характеризуется малой амплитудой электрического отклика. Первый интеграл от функции ускорений (показания акселерометра) и первая производная от функции деформаций акустического поля (показания тензодатчика) совпадают с локальным электрическим полем (показания электродов). Можно сделать вывод, что экспериментально доказан механизм генерации локального электрического поля разностью скоростей смещения жидкой и твердой компонент (3).

А ~ и-у (3),

где: А - амплитуда акустоэлектрического сигнала, и - скорость смещения жидкости, у - скорость смещения матрицы.

Амплитуда акустоэлектрических сигналов в средах подверженных воздействию постоянного электрического тока. Основной проблемой в выделении акустоэлектрических эффектов в чистом виде является предельно малая величина коэффициента преобразования на фоне влияния внешних электрических полей. Поэтому были изучены изменения амплитудных и частотных особенностей акустоэлектрических эффектов в средах, подверженных воздействию постоянного электрического поля.

Использовались консолидированные модели пеносиликата,

насыщенные водными растворами соли ИаС1, концентрация которой менялась от 0 до 20 г/л. Направление протекания электрического тока было параллельно волновому вектору акустического импульса. Исходя из результатов экспериментов по влиянию внешнего электрического тока на упругие характеристики горных пород (глава 2), электрическое напряжение подбиралось таким образом, чтобы упругие параметры сред оставались постоянными.

При действии электрического поля различной напряженности наблюдается зависимость амплитуды и фазы акустоэлектрического сигнала от направления протекания электрического тока, при этом частотный состав сигналов остается постоянным. Отмечено, что увеличение напряженности внешнего постоянного электрического поля приводит к линейному возрастанию амплитуды акустоэлектрического сигнала, как было показано и в других экспериментах (Г.Я. Черняк, 1987).

Акустоэлектрический сигнал А(Е), зарегистрированный в присутствии внешнего электрического поля, представляется в виде следующей суммы:

А(£) = |-(Др)+ £(«„-и,) (4),

о?

где Д(р - разность потенциалов в точках а и Ь, Е - напряженность внешнего электрического поля, иа_ь - скорости смещения на фронте упругой волны в точках размещения измерительных электродов.

Чтобы непосредственно выделить эффект акустоэлектрического взаимодействия необходимо дважды зарегистрировать акустоэлектрический сигнал А(Е1) и А(Е2) в присутствии внешних постоянных электрических полей напряженностями Е] и Е2, а затем выполнить преобразование (5).

А(Е1)-Е2-А(Е2)-Е< _ э (5).

е2-ех д I 9

Используя (5) для зарегистрированных сигналов, установлено, что амплитуда акустоэлектрического сигнала мало зависит от внешнего электрического поля, в среднем оставаясь неизменной, а слагаемое Е(иа-иь) является микрофонным эффектом - помехой. Микрофонный эффект представляет собой дополнительный электрический сигнал за счет периодического перемещения фронтом упругой волны измерительных электродов. В случае ортогональности векторов напряженности электрического поля и волнового вектора акустического импульса микрофонный эффект не регистрируется.

Таким образом, разработан алгоритм расчета истинных параметров сейсмоолектрических сигналов при проведении измерений в

условиях протекания в водонасыщенной среде постоянного электрического тока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Программно реализованы процедуры регистрации и цифровой обработки данных на базе современных технологий. Это позволило провести анализ данных экспериментов in situ и in vitro при повышенной точности измерений.

Полученные экспериментальные данные, на основе которых построена физико-механическая модель гетерогенной среды и усовершенствованы уравнения механики микроструктурированных сред, позволили сформулировать более полные представления о природе физических процессов, происходящих в многофазных средах при взаимодействии с упругими и электрическими полями. Эти взаимодействия, выражающиеся в проявлении эффектов первого рода в многофазных средах, являются многофакторными физико-химическими процессами. Определяющую роль при этих взаимодействиях играют свойства порового флюида, в особенности вода и растворенные в ней соли. Именно изменения, вызванные воздействием электрического тока на воду, вносят определяющий вклад в изменения кинематических параметров упругих волн сейсмического и акустического диапазона частот, распространяющихся в водонасыщенных породах.

Установлена принципиальная возможность определения степени консолидации водонасыщенных пород основанная на измерении скоростей поперечных волн, распространяющихся в условиях протекания постоянного электрического тока.

Экспериментально доказано, что механизм сейсмоэлектрических эффектов второго рода, генерируемых средой при распространении продольных и поперечных волн, определяется величиной разности скоростей смещения скелета и порового флюида. Данный факт позволит корректно комплексировать данные сейсмических и сейсмоэлектрических методов, что повысит достоверность геологической интерпретации извлекаемой информации.

Динамика импульса разности электрических потенциалов, формирующегося в объеме среды, подверженной действию постоянного электрического поля, включает в себя составляющую помехи, которая может в 3 раза превосходить величину полезного сигнала. Разработан алгоритм выделения исходных акустоэлектрических сигналов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Куликов В.А., Манштейн А.К., Нефедкин Ю.А., Подбережный М.Ю., Сибиряков Е.Б. Электросейсмическая активность рыхлых пористых горных пород // Физика нефтяного пласта: Труды школы-семинара. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. - С. 95-101.

2. Подбережный М.Ю. Упругие характеристики слабосвязанных гетерогенных сред, возмущенных действием постоянного электрического поля. // Геофизика: Доклады 38-39 межд. студенческих конф. - Новосибирск: РИЦ НГУ, 2003. - С. 73-83.

3. Подбережный М.Ю. Оценка сил взаимодействия гранул рыхлосвязанных горных пород, насыщенных водой при воздействии слабого постоянного электрического поля // Геофизика - 2003: Труды межд. научно-практической геолого-геофиз. конф. молодых ученых и специалистов. - Санкт-Петербург: СПбГУ, 2003.-С. 151-154.

4. Подбережный М.Ю. Переходный процесс изменения упругих характеристик сыпучих сред в постоянном электрическом поле. // Студент и научно-технический прогресс: труды XLI межд. науч. студенческой конф. -Новосибирск: РИЦ НГУ, 2003. - Ч. 1. - С. 12-20.

5. Подбережный М.Ю. Электросейсмические явления в рыхлосвязанных флюидонасыщенных средах и способ оценки типа флюида методом акустического каротажа скважин при воздействии на геологическую породу слабым постоянным электрическим полем. Инновационные технологии: Материалы федеральной итоговой научно-практической конф. творческой молодежи России по естественным, техническим, гуманитарным наукам. Москва: МГИЭМ, 2003. - С. 20-21.

6. Нефедкин Ю.А., Куликов В.А., Подбережный М.Ю., Сибиряков Е.Б., Уракаев Ф.Х. Электросейсмические явления во флюидонасыщенных рыхло связных средах [Электронный ресурс] // SEG/EAGE/ЕАГО Int. Meeting. Moscow, 2003. - 4 с. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

7. Nefedkin Y.A., Podberezhnyy M.Y., Kulikov V.A., Sibiryakov E.B. Electroseismic effect in fluid saturated rocks [Электронный ресурс] // 66'h EAGE Conf. and Exhibition. Paris, 2004. - 4 с. -1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

8. Подбережный М.Ю., Нефедкин Ю.А., Куликов В.А., Сибиряков Е.Б.. Анизотропия глинистых водонасыщенных пород, вызванная действием электрического поля. // Сейсмические исследования земной коры: Доклады межд. научн. конф. - Новосибирск, 2004. - С. 165-172.

9. Нефедкин Ю.А., Подбережный М.Ю., Куликов В.А., Сибиряков Е.Б.. Сейсмическая анизотропия водонасыщенных отложений, вызванная воздействием электрического поля // Динамика сплошной среды. Акустика неоднородных сред. - 2005. - Вып. VIII. - С. 42-50.

10. Podberezhnyy M.Y., Nefedkin Y.A., Kulikov V.A., Sibiryakov E.B.. Emersion of seismic anisotropy and nonlinear effects in liquid saturated friable media under weak DC field // SEG 75th Annual Meeting. Houston, USA, 2005. - Pp. 1025-1029.

11. Подбережный М.Ю. Оценка влияния постоянных электрического и магнитного полей па упругие параметры флюидонасыщенных рыхлосвязанных и консолидированных горных пород // Геофизика - 2005: Труды межд. научно-практической геолого-геофиз. конф. молодых ученых и специалистов,- Санкт-Петербург: СПбГУ, 2005. - С. 231-233.

12. Podberezhnyy M.Y., Nefedkin Y.A. Nonlinear Effects in Liquid and in Fluid Saturated Friable Media under DC Field [Электронный ресурс] // SEG/EAGE/EATO Int. Meeting. St-Petersburg, 2006. - 4 с. -1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

13. Сибиряков Б.П., Подбережный М.Ю. Неустойчивость структурированных сред и мягкие сценарии развития катастроф // Геология и геофизика. - 2006. -Т. 47. - № 5. - С. 42-53.

14. Дашевский Ю.А., Куликов В.А., Неведрова H.H., Моисеев Б.Е., Подбережный М.Ю., Сагайдачная О.М., Дунаева К.А. Сейсмическая и электрическая анизотропия как индикатор напряженного состояния трещиноватого массива горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2006. - № 4. - С. 31-47.

15. Подбережный М.Ю., Нефедкин Ю.А. Электросейсмические явления в флюидонасыщенных горных породах // Российский геофизический журнал. -2006.-№ 43-44. - С. 103-108.

16. Куликов В.М., Куликов В.А., Подбережный М.Ю. Полевая геофизическая практика: Методическое пособие. - Новосибирск: РИЦ НГУ, 2006. - 52 с.

17. Куликов В.М., Куликов В.А., Подбережный М.Ю. Многоволновая сейсморазведка (физические основы). Ч. 1. - Новосибирск: РИЦ НГУ, 2006. -120 с.

18. Куликов В.М., Куликов В.А., Подбережный М.Ю. Многоволновая сейсморазведка (геологические основы). Ч. 2. - Новосибирск: РИЦ НГУ, 2007. - 100 с.

19. Куликов В.М., Куликов В.А., Подбережный М.Ю. Многоволновая сейсморазведка (методики и приложения к задачам нефтяной геологии). Ч. 3. -Новосибирск: РИЦ НГУ, 2008. - 226 с.

20. Подбережный М.Ю. Натурное моделирование эффектов вызванной нелинейности и изменения анизотропии пород геологического разреза под действием внешнего электрического поля // Трофимуковские чтения - 2007: Труды межд. конф. молодых ученых и специалистов. - Новосибирск: РИЦ НГУ, 2007.-С. 1269-1273.

21. Podberezhnyy M.Y, Kulikov V.A., Nefedkin Y.A. Appearance of seismic nonlinearity in geological rocks in-situ under external DC field [Электронный ресурс] // SEG/EAGE/ЕАГО Int. Meeting. St-Petersburg, 2008. - 4 с. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

_Технический редактор О.М.Вараксина_

Подписано в печать 17.07.2009 Формат 60x84/16. Бумага офсет №1. Гарнитура Тайме

_Печ. л. 0,9. Тираж 125. Зак. № 28_

ИНГГ СО РАН, ОИТ, пр-т Ак. Коптюга, 3, Новосибирск, 630090

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Подбережный, Максим Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ИЗУЧЕННОСТЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И ДИНАМИЧЕСКИХ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕД.

1.1. Методики измерений и результаты экспериментальных исследований взаимодействий физических полей в телах горных пород.

1.2. Математические модели явлений взаимодействий физических полей.!.

1.3. Выводы.

Глава 2. ИЗМЕНЕНИЕ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ФЛЮИДОНАСЫЩЕННЫХ СРЕД В УСЛОВИЯХ ПРОТЕКАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.

2.1 Основные результаты исследований.

2.2 Петрофизические параметры компонентов, составляющих физические модели.

2.3. Измерительно-обрабатывающий комплекс.

2.3. Натурные скважинные измерения (Р и 8 волны).

2.4. Лабораторные эксперименты с использованием двумерных моделей сред (Р и 8 волны).

2.5. Лабораторные эксперименты с использованием одномерных моделей сред (Р и 8 волны).

2.6. Физические механизмы влияния электрического тока на изменения упругих характеристик гетерогенных сред.

2.7. Выводы.

Глава 3. МЕХАНИЗМ ГЕНЕРАЦИИ ПРЯМОГО

АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА.

3.1. Основные результаты исследований.

3.2. Измерение акустоэлектрического эффекта на лабораторных одномерных моделях (Р и S волны).

3.3. Математическое обоснование механизма генерации прямого акустоэлектрического эффекта.

3.4. Лабораторные измерения акустоэлектрических сигналов во внешних электрических полях (Р и S волны).

3.5. Теоретические оценки влияния внешнего постоянного электрического поля на амплитуду акустоэлектрических сигналов.

3.6. Выводы.

3.7. Предложения по практическому применению исследованных эффектов взаимодействия физических полей в телах горных пород.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Особенности взаимодействия многофазных микроструктурированных сред с акустическими и электрическими полями"

Актуальность исследования

Традиционный подход к решению задач поиска месторождений углеводородов и дифференциации геологического разреза на основе комплексирования данных сейсмо- и электроразведки не удовлетворяет в полной мере нуждам нефтепромысловой отрасли. Это связано с тем, что в большинстве случаев при формировании математических моделей физических явлений, экспериментально наблюдаемых в горных породах, используется классический подход к описанию сплошной среды. Данный подход исключает из рассмотрения такие свойства сред, как микроструктурированность, многофазность, пренебрегает фактом разномасштабности комплексируемых данных и не учитывает взаимное влияние друг на друга полей, используемых в различных геофизических методах. Применение этого подхода снижает возможность получения полной и более достоверной информации о петрофизических свойствах пород in situ, в частности пород, слагающих верхнюю часть разреза. Однако экспериментально показано [55], [129], что в рамках сейсмических и электроразведочных методов повысить полноту геофизических данных возможно путем комплексного возмущения исходного состояния микронеоднородной породы упругими и электрическими полями. Это приводит к формированию вторичных откликов, которые могут характеризовать физические параметры геологической среды и ее внутреннее строение. На данный момент существуют поисковые комплексные методы, использующие вторичные отклики, так называемые электросейсмические и сейсмоэлектрические эффекты [44], [108], [111], [61], однако число этих методов не велико, а применимость ограничивается лишь дифференциацией геологического разреза на качественном уровне. Данный факт вызван отсутствием общей теории перекрестных явлений, учитывающей многофакторность и многомасштабность физических процессов, происходящих в многофазных средах, в особенности неконсолидированных. До сих пор о природе многих процессов, протекающих на поверхностях раздела между элементами твердого скелета пористой среды в присутствии электролита, нет устоявшихся физико-химических представлений, а многие механизмы микропроявлений и их вклад в измеряемые интегральные характеристики геологических сред не были установлены.

Таким образом, актуальность исследований определяется необходимостью повышения информативности и достоверности интерпретации данных сейсмических и сейсмоэлектрических методов, заключающейся f в физико-математическом обосновании применимости комплексного воздействия упругого и электрического полей на горные породы и построении модели физических явлений, протекающих в геологических средах в условиях данного воздействия.

Цель исследования

Научная задача

Фактический материал и методы исследования

Теоретической основой решения поставленной задачи являются теории взаимодействия упругих и электрических полей [73], [119], [94], [59], теория контактного взаимодействия Герца [135], а также уравнения распространения упругих волн в микронеоднородных средах [85], [97], [7], [65], уравнения электропроводности гетерогенных сред [110], [80], [89] и уравнения стационарной электрокинетики [125], [100].

Основным методом исследования является физико-математическое моделирование распространения упругих волн в пористых многофазных средах в условиях протекания по ним постоянного электрического тока (построение физико-механических моделей геологических сред, получение и решение уравнений механики, электродинамики пористых сред, насыщенных электролитами). Физическое и скважинное натурное моделирование волновых полей производилось с использованием программно-алгоритмического комплекса разработанного в ИГФ СО РАН и соискателем. Этот метод моделирования включает: изготовление физических моделей геологических пород; измерение и расчет петрофизических параметров исследуемых моделей с использованием данных микроскопического, гранулометрического, рентгеноструктурного и рентгенофлюоресцентного анализов; проведение геофизических исследований скважин, регистрацию акустических и акустоэлектрических сигналов; измерение скоростей Р и Б волн.

Полученные соискателем научные закономерности сравнивались с результатами вычислительных экспериментов по распространению упругих волн в многофазных средах [132], взаимодействию упругих и электрических полей [119], [60], а также с результатами физического моделирования эффектов взаимодействия электрических и упругих полей для однородных сплошных веществ [11], [66] и для многофазных сред [51], [3]. Сравнение показало, что выбранная соискателем методика исследований вполне приемлема для решения поставленной задачи.

Защищаемые научные результаты и положения

1) эффект изменения упругих модулей среды определяется тремя физическими процессами одновременно протекающими в воде, насыщающей поровое пространство среды: а) движение молекул воды в область взаимодействия структурных элементов среды, обуславливающее уменьшение упругих модулей; б) насыщение порового пространства газовой компонентой вследствие процесса электролиза жидкости, возбуждаемого постоянным электрическим током, может приводить, в свою очередь, как к уменьшению упругих модулей, так и к их увеличению; в) движение ионов солей в зону контакта микрогранул среды, что ведет к возрастанию упругих модулей среды путем образования новых дополнительных связей в твердом скелете.

3) Физическим механизмом генерации акустоэлектрического (сейсмоэлектрического) отклика является разность скоростей перемещения твердой и жидкой компонент во фронту упругой волны. Этот отклик водонасыщенной среды содержит составляющую микрофонного эффекта, генерируемую в условиях протекающего по среде постоянного электрического тока. Микрофонный эффект представляет собой дополнительный электрический сигнал за счет периодического перемещения фронтом упругой волны измерительных электродов.

Научная новизна и личный вклад

1. Получены формулы определяющие кинематические характеристики водонасыщенных сред, подверженных воздействиям динамическими упругими деформациями в условиях протекания постоянного электрического тока. На основе разработанной физико-механической модели геологической среды, результатов экспериментов, а также данных микроскопического и петрофизического анализов установлено, что причиной изменения упругих модулей среды являются электрохимические реакции, протекающие в поровом пространстве многофазной среды. Данные реакции обусловлены движением ионов солей, насыщением порового пространства газовой компонентой вследствие процесса электролиза жидкости и ее осмотическим движением. Доказано, что избирательность в проявлении каждого из процессов определяется следующими факторами: количеством электрического заряда, прошедшего через среду, степенью минерализации флюида и сцементированностью скелета. Установлена закономерность изменения упругих характеристик водонасыщенных сред в зависимости от величины электрического заряда, переносимого через среду, и проницаемости данной среды. Экспериментально показано отсутствие зависимости изменения упругих модулей среды от направления протекания электрического тока.

2. Используя математическую модель контактных взаимодействий Герца-Винклера, результаты натурных и лабораторных экспериментов, установлено, что изменение упругих модулей среды в условиях протекания постоянного электрического тока происходит лишь при насыщении порового пространства водой до состояния появления свободной жидкости. Воздействие внешнего электрического поля на микронеоднородные среды содержащие адсорбционно-связанную воду или насыщенные неполярными флюидами (маслом) не вызывает изменений упругих параметров.

3. Экспериментально установлена и математически обоснована физическая природа акустоэлектрического отклика, определяющаяся разностью скоростей смещения твердой и жидкой компонент во фронте упругой волны (используя кинематические параметры Р и S волн, зарегистрированных тензодатчиком, акселерометром, велосиметром и системой электродов). На основе теории взаимодействия упругих и электрических полей [94], разработано уравнение и реализованы методики получения истинных параметров акустоэлектрических сигналов при проведении измерений в условиях протекающего по водонасыщенной консолидированной среде постоянного электрического тока.

Теоретическая часть представленных в диссертации исследований, реализация алгоритмов регистрации, обработка данных сейсмических, акустических и электрических методов выполнены автором лично, лабораторные исследования - совместно с к.г.-м.н. Ю.А. Нефедкиным, натурные эксперименты (вертикальное сейсмическое профилирование) -совместно с к.т.н. В.А. Куликовым.

Кроме того, соискателем был проведен комплекс геофизических исследований скважин, включающий акустический, гальванический каротажи с последующей цифровой обработкой и геологической интерпретацией данных.

Научная и практическая значимость

Результаты исследований являются теоретической и методической основой для разработки новейших технологий в области измерений in situ параметров проницаемости, типов породы и флюидов, распределения флюидов в пласте, положения ВНК, ГНК.

Поскольку протекание электрического тока способно изменять структуру пористой среды (как консолидированной, так и рыхлой), то существует принципиальная возможность по характеру акустического отклика в условиях протекания электрического тока сделать заключение о степени консолидации геофизической среды верхней части разреза и типе насыщающего её флюида.

Разработанные соискателем алгоритмы и процедуры цифровой обработки акустоэлектрических сигналов позволяют с большей эффективностью выделять полезный сигнал конверсии и выявлять помехи при регистрации сейсмоэлектрических эффектов во внешних электромагнитных полях.

Результаты проведенных исследований используются в учебных курсах геолого-геофизического факультета НГУ.

Апробация

Основные научные результаты докладывались на: Международной научной студенческой конференции (Новосибирск, 2002, 2003, 2004), Международной научной конференции «Акустика неоднородных сред» (Новосибирск, 2002), Школе-семинаре «Физика нефтяного пласта» (Новосибирск, 2002), Международной научно-практической геолого-геофизической конференции молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, 2003, 2005, 2007), Федеральной итоговой научно-практической конференции творческой молодежи России по естественным, техническим, гуманитарным наукам (Москва, 2003), SEG/EAGE/EATO International Meeting (Москва, 2003, Санкт-Петербург, 2006, 2008), Международной научной конференции «Сейсмические исследования земной коры» (Новосибирск, 2004), VIII Международном научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых им. акад. М. А. Усова (Томск, 2004), XV молодёжной научной конференции памяти чл.-корр. АН СССР К.О. Кратца (Санкт-Петербург, 2004), Молодежной Байкальской школе-семинаре «Геофизика на пороге третьего тысячелетия» (Иркутск, 2004), 66 EAGE Conference and

Exhibition (Париж, Франция, 2004), SEG International Exposition and 75th annual meeting (Хьюстон, США, 2005), SEG Forum «Mathematical Geophysics, Mezomechanics and Seismic Processing» (Новосибирск, 2006), Международной научной конференции-семинаре «Геофизика и физическая мезомеханика» (Иркутск, 2006), Международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Трофимуковские чтения» (Новосибирск, 2007).

Научные результаты отмечены: дипломом Министерства образования и науки РФ (2002), дипломами III, II, I степени Международной научной студенческой конференции (Новосибирск, 2002, 2003, 2004), дипломом I степени федеральной итоговой научно-практической конференции творческой молодежи России по естественным, техническим, гуманитарным наукам (Москва, 2003), медалью Министерства образования и науки РФ (2004), дипломом I степени VIII Международного научного симпозиума студентов, аспирантов и молодых ученых им. акад. М.А. Усова (Томск, 2004), дипломом I степени Международной научно-практической геолого-геофизической конференции молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, 2005), дипломом Фонда содействия отечественной науки по программе «Лучшие аспиранты РАН» (2007).

Исследования по теме диссертации выполнялись в рамках проектов СО РАН (28.7.2, 28.7.3), ведущих научных школ (00-15-98545, 893.2003.5), РФФИ (00-05-64224, 05-05-64503, 05-05-64663), Министерства образования и науки РФ (А04-2.13-276, 3H-334-05) и поддержаны Фондом содействия отечественной науки.

Полученные научные результаты изложены в 21 публикации, из которых 2 - статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных Перечнем ВАК («Геология и геофизика», «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых»), 1 - методическое пособие, 3 - курс лекций Новосибирского государственного университета, 14 - журналы, материалы российских и международных конференций, симпозиумов, семинаров.

Благодарности

За советы и поддержку в проведении исследований автор выражает благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. Б.П. Сибирякову. Автор глубоко признателен к.т.н. В.А. Куликову за оказанное плодотворное влияние на работу, интересные дискуссии и методическую помощь в написании диссертации. Особо благодарен к.г.-м.н. Ю.А. Нефедкину за неоценимый вклад в проведение лабораторных исследований и постоянную поддержку. Автор благодарит д.ф.-м.н. В.Н. Доровского за участие в формировании научных взглядов, советы и замечания, д.ф.-м.н. Ю.А. Дашевского за пристальное внимание к результатам исследований и постоянное участие в их обсуждении, к.г.-м.н. O.A. Агееву за сотрудничество и ценные консультации при подготовке диссертации.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Подбережный, Максим Юрьевич

3.6. Выводы

1. Экспериментально доказан механизм генерации локального электрического поля разностью скоростей смещения жидкой и твердой компонент. Для доказательства использовались кинематические параметры Р и 8 волн, зарегистрированные тензодатчиком, акселерометром и системой электродов.

2. Доказано, что акустоэлектрический сигнал от продольной упругой волны, регистрируемый продольным измерительным диполем в условиях протекающего по водонасыщенной консолидированной среде постоянного электрического тока, содержит составляющую микрофонного эффекта. Микрофонный эффект представляет собой дополнительный электрический сигнал за счет периодического перемещения фронтом упругой волны измерительных электродов. В случае, когда амплитуда акустоэлектрического сигнала мала (сильно проводящий флюид), основной вклад в регистрируемый сигнал дает именно микрофонный эффект. При ортогональности векторов напряженности электрического поля и волнового вектора акустического импульса микрофонный эффект не регистрируется.

3. Разработан алгоритм расчета истинных параметров сейсмоэлектрических сигналов при проведении измерений в условиях протекания по водонасыщенной среде постоянного электрического тока.

3.7. Предложения по практическому применению исследованных эффектов взаимодействия физических полей в телах горных пород

Результаты исследований являются теоретической и методической основой для разработки новейших технологий в области измерений in situ коэффициентов проницаемости, типов породы и флюидов, повышения нефтеотдачи, распределения флюидов в пласте, положения ВНК, ГНК.

Способ комплексного определения тина флюида и проницаемости геологической среды. Соискателем доказано, что величина изменения скоростей упругих волн при пропускании через геологическую породу электрического тока тесно связана с типом флюида, насыщающего горную породу. При заполнении пор породы маслами, производными нефти, или газами резко снижается амплитуда эффекта. Кроме того, в процессе электролиза поровой жидкости выделяются газы, насыщающие поровое пространство. Если расположить акустические приемные датчики в окрестностях электродов и измерять задержку времен прихода упругих волн при движении газового облака от нижнего электрода вверх, то существует принципиальная возможность определения коэффициента проницаемости пород геологического разреза по газу непосредственно в условиях залегания. Используя закон Дарси (и предполагая, что происходит фильтрация однофазового флюида) можно вычислить коэффициент фильтрации, пользуясь следующей формулой: kf=

V, г Р

-+ .

3.10), где кг - коэффициент фильтрации,/* - давление, V/- скорость фильтрации газа, определяемая из параметров акустического каротажа многоэлементным зондом, р - плотность флюида, g - ускорение свободного падения, г -вертикальная координата.

Таким образом, предлагается способ комплексного определения типов породы, флюида и проницаемости геологической среды по газу при проведении стандартного акустического каротажа или ВСП в открытом стволе скважины одновременно с приложением к пластам горной породы постоянного электрического поля.

Способ повышения нефтеотдачи. Результаты экспериментальных исследований [76] процесса вытеснения нефти из пористой среды растворами щелочей показали, что при контакте щелочного раствора с нефтями, содержащими нафтеновые кислоты, существенно уменьшается поверхностное натяжение на границе нефть-щелочной раствор, причем сравнительно узкий диапазон концентрации щелочи обуславливает резкое снижение поверхностного натяжения. Так, например, нефтеотдача резко возрастает при концентрации едкого натра ИаОН 0.01-0.1 вес. %. Наличие в воде поваренной соли ЫаС1 ведет к существенному снижению минимальной концентрации щелочи, необходимой для понижения поверхностного натяжения до требуемого уровня; 2.2 мг/л ЫаС1 снижает минимальную концентрацию щелочи в 10 раз. Как показано в главе 2, в результате электролиза на катоде выделяется водород, на аноде - хлор, а в растворе (вблизи катода) накапливается гидроксид натрия. Кроме того, в результате электролиза происходит газообразование. При наличии в порах нефти, на контакте газ-нефть происходит диффузия газа в нефтяную зону и его растворение в нефти. В результате свойства нефти в области фронта вытеснения изменяются, возрастает ее подвижность, снижается поверхностное натяжение. Так как газ по отношению к нефти является несмачивающейся фазой, он стремится занять крупные поры, увеличивая сопротивление для движения нефти. В конечном счете, это приводит к выравниванию фронта вытеснения. Это характеризует электролиз, как эффективный способ повышения нефтеотдачи.

Акустоэлектрические взаимодействия. На основе наблюдений акустоэлектрического эффекта можно разделять среды с различной проводимостью, но с практически неотличимыми акустическими характеристиками.

В условиях неоднородного насыщения коллекторов флюидом амплитуда крутильной волны, измеренная поперечным электрическим диполем, пропорциональна коэффициенту насыщения.

Лепестковый характер диаграммы направленности изгибной акустоэлектрической волны дает возможность использовать ее в комплексе с дипольным акустическим зондом, как индикатор: а) наличия в вертикальном разрезе скважины поперечно-изотропных сред с горизонтальной осью симметрии; б) положения водонефтяного контакта.

Разработанный алгоритм выделения, микрофонных эффектов при регистрации акустоэлектрической конверсии во внешних электромагнитных полях, позволит выделять полезный сигнал, а величину амплитуды микрофонных эффектов связать с проводимостью флюида.

Заключение

Разработаны новые методы проведения лабораторных и натурных исследований взаимодействия упругого и электрического полей в многофазных средах. На базе современных технологий программно реализованы процедуры регистрации и цифровой обработки данных. Это позволило провести анализ данных экспериментов in situ и in vitro на новом уровне точности измерений и установить закономерности изменения параметров состояния гетерогенных сред, под воздействием физических полей различной природы. При этом разработанный аппаратурно-програмный комплекс экспериментальных исследований допускает проведение измерений, как в лабораторных, так и в натурных условиях.

Обширные данные измерений, построенная физико-механическая модель гетерогенной среды и усовершенствованные уравнения механики упруго деформируемых микроструктурированных сред освещают изучаемые эффекты со всех сторон. Это позволило сформулировать более полные представления о природе физических процессах, происходящих в многофазных микроструктурированных средах при взаимодействии с упругими и электрическими полями.

Эти взаимодействия, выражающиеся в проявлении (сейсмо)акустоэлектрических эффектов в многофазных средах, являются многофакторными физико-химическими процессами. Характер проявления данных взаимодействий отображается в изменениях кинематических и динамических параметров упругих волн сейсмического и акустического диапазона частот. Установлено, что в основе изменений упругих модулей гетерогенной водонасыщенной среды в условиях протеканием в среде электрического тока лежит процесс электролиза полярных жидкостей. Направленность изменений определяется типом порового флюида, его минерализацией и условиями залегания геологической породы в процессе ее исторического генезиса. Амплитуда изменения динамических параметров упругих волн определяется петрофизическими свойствами пород, такими как проницаемость, пористость, гранулометрический состав.

Механизм прямого акустоэлектрического эффекта (Е), генерируемого средой при распространении продольных и поперечных волн определяется величиной разности скоростей смещения скелета и порового флюида. Обнаруженная закономерность позволит корректно комплексировать данные сейсмических и сейсмоэлектрических методов, что повысит достоверность геологической интерпретации извлекаемой информации.

Динамика импульса разности электрических потенциалов, формирующегося в объеме среды, подверженной действию постоянного электрического поля, включает в себя составляющую помехи, которая в 3 раза превосходит величину полезного сигнала. Разработан алгоритм выделения слабых сигналов путем использования свойств инверсии полярностей помехи.

Необходимость дальнейшего продолжения исследований проблем взаимодействия упругих и электрических полей с гетерогенными средами вытекает из возможностей использования результатов фундаментальных исследований в практических задачах нефтяной геологии, что позволит с большей точностью определять положение водонефтяного контакта, а включение магнитных полей в исследования увеличит количество извлекаемой геофизической информации.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Подбережный, Максим Юрьевич, Новосибирск

1. Авчан Г.М. Физические свойства осадочных пород при высоких давлениях. - М.: Наука, 1972. - 144 с.

2. Авчан Г.М., Матвиенко A.A., Стефанкевич З.Б. Петрофизика осадочных пород в глубинных условиях. М.: Недра, 1979. - 224 с.

3. Агеева O.A., Светов Б.С., Шерман Г.Х. Шипулин C.B. Сейсмоэлектрический эффект второго рода в горных породах // Геология и геофизика. 1999. - Т. 40. - №8. С. 1251-1257.

4. Ананян A.A. О плотности связанной воды в горных породах и почвах. Мерзлотные исследования. - Москва: МГУ, 1964. — 350 с.

5. Анциферов М.С. Лабораторное воспроизведение сейсмоэлектрического эффекта второго рода // ДАН СССР. — 1958. -Т. 125. №5.-С. 21-25.

6. Блох A.M. Структура воды и геологические процессы. М.: Недра, 1969. -216 с.

7. Блохин A.M., Доровский В.Н. Проблемы математического моделирования в теории многоскоростного континуума. -Новосибирск: Наука, 1994. 183 с.

8. Вержбитский В.В., Марков М.Г. Электромагнитное поле, создаваемое в скважине акустическим излучателем // Геофизика. 2002, № 2. - С. 47-50.

9. Геннадиник Б.И. Теория явления вызванной поляризации. Новосибирск: Наука, 1985. 279 с.

10. Гохберг М.Б., Гуфельд И.Л., Добровольский И.П. Источники электромагнитных предвестников землетрясений // ДАН СССР. -1980. Т. 250. - N 2. - С.323-326.

11. Гохберг М.Б., Моргунов В.А. Похотелов O.A. Сейсмоэлектромагнитные явления. М.: Наука, 1988. - 174 с. Григоров О.Н., Козьмина З.П., Маркович A.B., Фридрихсберг Д.А. Электрокинетические свойства капиллярных систем. - Москва: Изд. АН СССР, 1956.-352 с.

12. Гроот С.Р., Мазур П. Неравновесная термодинамика. М.: Мир, 1964. - 526 с.

13. Гулельми A.B. Возбуждение колебаний электромагнитного поля упругими волнами в проводящем теле // Геомагнетизм и аэрономия.-1986. Т. 26, № 3. - С. 467-470.

14. Гульельми A.B., Левшенко В.Т. Вопросы теории сейсмоэлектромагнитных сигналов. М.: Наука, 1995. - 12 с. Дахнов В.Н. Геофизические методы определения коллекторских свойств и нефтегазонасыщения горных пород. — М.: Недра, 1985. — 354 с.

15. Духин С.С., Дерягин Б.В. Электрофорез. М.: Наука, 1976. - 328с. Заграфская Р.В., Карнаухов А.П., Фенелонов В.Б. Глобулярная модель пористых тел корпускулярного строения // Кинетика и катализ. -1975. -Т. 16. - Вып.6. - С. 1583-1975

16. Зайцев В.Ю., Колпаков А.Б., Назаров В.Е. Детектирование акустических импульсов в речном песке. Теория // Акустический журнал. 1999. - Т. 45. - № 3. С. 232-241.

17. Ивакин Б.Н. Методы моделирования сейсмических волновых явлений. М.: Наука, 1960. - 287с.

18. Иванов А.Г. Методика изучения сейсмоэлектрических явлений // Известия АН СССР. Сер. География и геофизика. 1950. - № 6. - С. 11-20.

19. Куликов В.М., Куликов В.А., Подбережный М.Ю. Многоволновая сейсморазведка (геологические основы). Ч. 1. Новосибирск: РИЦ НГУ, 2006. - 120 с.

20. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. М.: Наука, 1987. - 244 с.

21. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1988. - 736 с.

22. Ляхов Г.М. Волны в грунтах и пористых многокомпонентных средах. -М.: Наука, 1982.- 187 с.

23. Манштейн А.К., Куликов В.А., Нефедкин Ю.А., Эпов М.И. Изменение скоростей сейсмических волн в поле постоянного электрического тока // Геология и геофизика. 1999. - Т. 40. - № 3. -С. 454-461.

24. Небрат А.Г., Сочельников В.В. Теоретические оценки сейсмоэлектрического эффекта и его влияния на переходные характеристики становления поля // Геофизика. 1997. - № 2. С. 3134.

25. Нейштадт Н.М. Использование сейсмоэлектрических и пьезоэлектрических явлений в разведочной геофизике. Л. : Недра, 1970. - 80 с.

26. Нерпин C.B., Чудновский А.Ф. Физика почвы. М.: Наука, 1967. 583 с.

27. Николаевский В.Н., Басниев К.С., Горбунов А.Т., Зотов Г.А. Механика насыщенных пористых сред. Москва: Недра, 1970. - 339 с.

28. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. JL: Судостроение, 1981. - 243 с.

29. Осипов В.И., Соколов В.Н., Румянцева H.A. Микроструктура глинистых пород. М.: Недра, 1989. - 211 с.

30. Пархоменко Э.И. Явления электризации в горных породах. — М.: Наука, 1968. 225 с.

31. Пархоменко Э.И., Гаскаров И.В., Марморштейн JI.M. О связи величины сейсмоэлектрического эффекта песчаников с их проницаемостью // ДАН СССР. 1975. - Т. 223. - № 5. - С. 1110-1111.

32. Пирсон С.А. Учение о нефтяном пласте. М.: Гостоптехиздат, 1961. -570 с.

33. Подбережный М.Ю., Нефедкин Ю.А. Электросейсмические явления в флюидонасыщенных горных породах // Российский геофизический журнал. 2006. - № 43-44. - С. 103-108.

34. Потапов O.A., Лизун С.А., Кондрат В.Ф. Основы сейсмоэлектроразведки. М.: Недра, 1995. - 268 с.

35. Ромм Е.С. Структурные модели порового пространства горных пород. Л.: Недра, 1985. - 240 с.

36. Ромм Е.С. Фильтрационные свойства трещиноватых пород. М.: Недра, - 1966. - 283 с.

37. Светов Б.С. Геэлектромагнитные исследования по грантам РФФИ // Вестник РФФИ. -1999. № 2. С. 42-50.

38. Светов Б.С. К теоретическому обоснованию сейсмоэлектрического метода геофизической разведки // Геофизика. 2000. - № 1. - С.28 — 39.

39. Светов Б.С., Губатенко В.П. Электромагнитное поле механо-электрического происхождения в пористых влагонасыщенных горныхпородах. 1.Постановка задачи // Физика Земли. 1999. - № 10. С. 6773.

40. Светов Б.С., Озерков Э.Л., Агеева O.A., Осипов В.Г., Тикшаев В.В. О влиянии вибровоздействия на электрические свойства геологической среды //Геофизика. 1998. - № 3. - С.30-34.

41. Сергеев Е.М., Голодковская Г.А., Зиангиров P.C. Грунтоведение. -Москва: Изд-во МГУ, 1983. 389 с.

42. Сибиряков Б.П. Геометрия трещиноватых сред и параметрические резонансы // Геология и геофизика. 2002. - Т. 43. - С. 882-887.

43. Сибиряков Б.П., Подбережный М.Ю. Неустойчивость структурированных сред и мягкие сценарии развития катастроф // Геология и геофизика. 2006. - Т 47. - № 5. - С. 42-53.

44. Сибиряков Б.П. Динамика микронеоднородных геологических сред. -Новосибирск: РИЦ НГУ, 2004. 236 с.

45. Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. -313 с.

46. Тарасевич Ю.Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы. -Москва: Эдиториал УРСС, -2002. 112 с.

47. Терцаги К. Теория механики грунтов. М.: Госстройиздат, 1961. - 346 с.

48. Тихомолов Д.В., Сляднева О.Н. Увеличение гидравлического давления в областях гидрофильного капилляра, заполненного двумя флюидами, вызванное неоднородностью внешнего электрического поля // ЖТФ. 1998, - Т. 68. - № 8. - С. 24-30.

49. Требин Г.Ф. Фильтрация жидкостей и газов в пористых средах. — М.: Гостоптехиздат, 1959. 157 с.

50. Требин Ф.А. Нефтепроницаемость песчаных коллекторов. М.: Гостоптехиздат, 1945. - 215 с.

51. Фалькенгаген Г. Электролиты. Ленинград: ОНТИ-Химтеорет, 1935. -467 с.

52. Френкель Я.И. К теории сейсмических и сейсмоэлектрических явлений во влажной почве // Изв. АН СССР. Серия географии и геофизики. 1944. - Т. VIII. - № 1. - С. 133-149.

53. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Ленинград: Химия, 1974.-235 с.

54. Черняк Г.А. Электромагнитные методы в гидрогеологии и инженерной геологии. М.: Недра, 1987. — 213 с.

55. Шейдеггер А.Э. Физика течения жидкостей через пористые среды. — М.: Гостоптехиздат, 1960. 283 с.

56. Шейнман С.М. Об электрических свойствах пород верхних слоев земной коры. Система уравнений электрического поля // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1968. - № 5. - С.49-60.

57. Щербаков Р.А., Корсуновская Л.П., Пачепский Я.А. Стохастическая модель порового пространства почвы // Почвоведение. 1994. - № 4. С. 43-49.

58. Энгельгарт В. Поровое пространство осадочных пород. — М.: Недра, 1904. 232 с.

59. Archie G.E. The electrical resistivity log as an aid in determining some reservoir characteristics // Petroleum Transactions of the AIME. 1942. -Vol. 146. Pp. 54-62.

60. Bigalke J. Analysis of conductivity of random media using DC, MT, and ТЕМ // Geophysics. 2003. - Vol. 68. - № 2. - Pp. 506-515

61. Biot M. A.Generalized theory of acoustic propagation in porous dissipative media // J. Acoust. Soc. Am. 1962. - № 34. - Pp. 1254-1264.

62. Biot M.A.Mechanics of deformation and acoustic propagation in porous media // J. Appl. Phys. 1962. - № 33. - Pp. 1482-1498.

63. Biot M.A. General solution of the equations of elasticity and consolidation for a porous material // J. of Appl. Mech. 1956. - Vol. 23. -№ l.Pp. 91-96.

64. Biot M.A. Theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated Porous Solids I. Low frequency range // J. Acoust. Soc. Amer. 1956. Vol. 28. Pp. 168-178.

65. Biot M.A. Theory of prorogation of elastic waves in fluid-saturated porous solid// Acous. Soc. Amer. 1956. - Vol. 28. - № 2. - Pp.168-191.

66. Birch F. The velocity of compression waves in rocks to lOkb // J. Geophys. Res. 1961. - Vol. 66. - № 7. - Pp. 2199-2222.

67. Blau, L.W., Statham L. Method and apparatus for seismicelectric prospecting // U. S. Patent 2054067. 1936.

68. Bussian A.E. Electrical conductance in a porous medium // Geophysics. -1983. Vol. 48. - № 9. - Pp.1258-1268.

69. Carman P.C. Flow of gases in porous media. London: Plenum Press, 1956. - 182 p.

70. Cattaneo C. Sul Contatto di due Corpi Elastici // Accad. Lincei. 1938. № 27.Pp. 342-348.

71. Chan, L.C.Y. and Page, N.W. Particle fractal and load effects on internal friction in powders // Powder Technology. — 1997. Vol. 90. - Pp. 259266.

72. Deresiewicz H.A. Review of some recent studies of the mechanical behavior of granular media // Appl. Mech. Rev. 1958. - № 11. - Pp. 259261.

73. Dorovsky V.N., Imomnazarov Kh.Kh. A mathematical model for the movment of a conducting liquid through a conducting porous medium. // Math. Comput. Modeling 1994. - Vol. 20. - №7. - pp.

74. Duffy J. and Mindlin R.D. Stress-strain relations and vibrations of a granular medium // J. Appl. Mech. 1957. - № 24. - Pp. 585-593.

75. Fatt I. The network model of porous media // Trans. AIME. 1956. - Vol. 207. - Pp. 160-181.

76. Gassman F. Elastic waves through a packing of spheres // Geophysics. — 1954. Vol. 16. - № 4. - Pp. 673-585

77. Glover, P., Hole M.J., Pous J. A modified Archie's Law for two conducting phases // EPSL. 2000. - № 180. - Pp. 369-383.

78. Hara G. Theorie der Akustischen Schwingungsausbreitung in Gekorten Substanzen und Experimentalle Untersuchungen an Kohlepulver // Elek, Nachr. Tech. 1935. -Bd 12. - Pp. 191-200.

79. Henry D.C. Cataphoresis of suspended particles // Proc. Roy. Soc. A. -1931. -№ 133. Pp. 106-129.

80. Herrick D.C., Kennedy W.D. Electrical efficiency: a pore geometric theory for interpretation of the electrical properties of reservoir rocks // Geophysics. 1994. - Vol. 59. - № 6. - Pp. 918-927.

81. Iida K. Velocity of elastic waves in a granular substance // Bull. Earthquake Res. Inst. 1939. - № 17. - Part 2. Pp. 783-808.

82. Johnson K.L. Contact Mechanics. Cambridge: University Press, 1985. -486 c.

83. Krug V. The sismo-elektrical effect—first ideas of recording and processing// 54th Meet and Techn. Exhib. 1992. - CD ROM

84. Krumbein W.C., Sloss L.L. Stratigraphy and Sedimentation. San Francisco: W.H. Freeman and Company, 1963. - 660 p.

85. Krumbein W.C. Measurement and geological significance of shape and roundness of sedimentary particles // Journal of Sedimentary Petrology. — 1941. Vol. 11. - № 2. - Pp. 64-72.

86. Liu C., Nagel S. R. Sound in a granular material: Disorder and nonlinearity // Physical Review. 1993. - Vol. 48. - № 21. Pp. 646-650.

87. Long Z.J., Rivers W.K. Field measurement of the electroseismic response // Geophysics. 1975. - Vol. 40. - № 2. - Pp 233-245

88. Love A.E.H. A Treatise on the Mathematical Theory of Elasticity . New-York: Dover, 1944. - 643 p.

89. Maxwell C. Treatise on Electric and Magnetism. Oxford: Claredon Press, 1873.-365p.

90. Mikhailov O., Queen J., Toksoz N. Using borehole electroseismic measurements to detect and characterize fractured (permeable) zones // Geophysics. 2000.- Vol. 65. - № 4. -Pp. 1098-1112.

91. Millar, J.W.A., and Clarke, R.H. Detection Method (Downhole Tool), Patent Application PCT/GB96/02542. 1996.

92. Mindlin R.D. Compliance of elastic bodies in contact // J. Appl. Mech. Trans, of ASME. 1949. - № 71. Pp. 259-268.

93. Molis J.C., Chotiros N. P. A measurement of grain bulk modulus of sands // J. Acoust. Soc. Am. 1992. - № 91. - Pp. 2463-2470.

94. Netz R.R. Debye-Huckel theory for interfacial geometries.// Physical Review E. 1999.-Vol .60. -№3. - Pp. 3174-3182.

95. Parkhomenko E.I., Tsze-San C. A study of the moisture influence on the magnitude of the seismoelectric phenomenon in sedimentary rocks using laboratory methods: Izvestia Academy of Science USSR, Geophysical series. 1964. - №2. - Pp. 206-212.

96. Podberezhnyy M., Kulikov V., Nefedkin Y. Appearance of seismic nonlinearity in geological rocks in-situ under external DC field. SEG/EAGE/EATO Int. Meeting. St-Petersburg: 2008. CDROM

97. Pride S.R., Haartsen M.W. Electroseismic wave properties // Journal of the Acoustic Society of America, 1996. - № 100. - Pp. 1301-1315.

98. Pride S., Governing equations for the coupled electromagnetics and acoustics of porous media // Phys. Rev. 1994. - Vol. 50. Pp. 1567815696.

99. Radjai F., Evesque P., Bideau D., Roux S. Stick-slip dynamics of a one dimensional array of particles // Physical Review. 1995. - Vol. 52. - №. 5. -Pp 5555-5564.

100. Revil A., Cathles L.M., Losh S., Nunn, J.A. Electrical conductivity in shaly sands with geophysical applications // J. Geophys.Res. 1998. -Vol.103. -№10.-Pp. 23925-23936.

101. Santamarina J.C., Klein K., Fam M. Soils and Waves. Chichester: John Wiley and Sons, 2000. - 530 p.

102. Scheel M., Seemann R., Brinkmann M. Morphological clues to wet granular pile stability // Nature Materials. 2008. - № 3. - Pp. 24-28.

103. Slichter C.S. Theoretical investigations of the motion of ground waters // 19-th Am. Rep. U. S. Geol. Survey. 1899. - Vol. 2. - Pp. 295-384.

104. Smoluchowsky, M.V. Versuch einer mathematischen Theorie der Koagulationskinetik kolloider Losungen // Z. Phys. Chem. 1916. - №92. -Pp. 129-168.

105. Stauffer D. Introduction to percolation theory. New York: Taylor & Francis. 1985. - 256 p.

106. Thompson R.R. The seismic-electric effect // Geophysics. 1936.- №1. Pp. 327-335.

107. Thompson A.H., and Gist G.A. Geophysical applications of electrokinetic conversion // The Leading Edge. 1993. - № 12. Pp. 1169-1173

108. Thompson A.H., Hornbostel S., Burns J. Field tests of electroseismic hydrocarbon detection // Geophysics. -2007. Vol. 72. - № 1. - Pp. 58-66.

109. Thompson R.P. A Note on the seismic-electric effect // Geophysics. -1939. Vol.4. №. 1. - Pp. 327-335

110. Thyssen S.V., Hummel I.H., Rulke O. Uber das wesen des seismishe-elektrischen effektes // Beitr. Z. Angev. Geophysik. 1938. - Bd. 7. - H. 3. -Pp. 23-28.

111. White J.E., Sengbush R.L. Velocity measurements in near surface for Formations // Geophysics. 1953. - Vol. 18. - № 1. Pp. 54—69.

112. Willie M.R.J., Gardner G.H.F. The generalized Kozeny-Carman equation. // World Oil. 1958. - Vol. 146. - N 5. - Pp. 210-213.

113. Winkler K, Liu H.L., Johnson D.L. Permeability and borehole Stone ley waves: Comparison between experiment and theory // Geophysics. 1989. -Vol. 54. -№1. - Pp. 66-75.

114. Winkler K.W. Contact Stiffness in Granular Porous Materials: Comparison between Theory and Experiment // Geophys. Res. Lett. 1983. - № 10. Pp. 1073-1076.

115. Wyllie M. R. J., Gregory A. R., Gardner D. W. Elastic wave velocities in heterogeneous and porous media // Geophysics. 1956. - Vol. 21. - Pp. 41-70.

116. Youd T.L. Factors controlling maximum and minimum densities of sands, evaluation of relative density and its role in geotechnical projects involving cohesionless soils // ASTM STP. 1973.- № 523. - Pp.98-112.

117. Zana R., Yeager E.B. Ultrasonic vibration potential. Modern Aspects of Electrochemistry. New York and London: Plenum Press, -1982. — 538 p.

118. Zhu Z., Haartsen M.W., Toksoz M.N. Experimental studies of electrokinetic conversions in fluid-saturated borehole models // Geophysics. 1999. - Vol. 64. № 5. - Pp. 1349-1356.

119. Zhu Z., and Toksoz M. N. Experimental studies of seismoelectric conversions in fluid-saturated porous medium // 66th Ann. Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys., Expanded Abstracts. 1996. Pp. 1699-1702.

Информация о работе

Подбережный, Максим Юрьевич
кандидата физико-математических наук
Новосибирск, 2009
ВАК 25.00.10

Диссертация

Особенности взаимодействия многофазных микроструктурированных сред с акустическими и электрическими полями - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы