Разработка метода возбуждения сейсмических волн в массиве горных пород газовым взрывом в скважине

Свинцов, Игорь Степанович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка метода возбуждения сейсмических волн в массиве горных пород газовым взрывом в скважине
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка метода возбуждения сейсмических волн в массиве горных пород газовым взрывом в скважине"

На правах рукопири

Свинцов Игорь Степанович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД ГАЗОВЫМ ВЗРЫВОМ В СКВАЖИНЕ

Специальность 25.00.10 - «геофизика, геофизические методы поисков полезных

ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006 г.

Работа выполнена в Институте динамики геосфер Российской Академии наук

Научный руководитель:

доктор физико-маггеметических наук Г.Г.Кочарян

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук А.'А.Сулимов

доктор технических наук Б.Д.Христофоров

Ведущая организация:

Всероссийский проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт промышленной технологии (ВНИИПИпромтехнологии) Федерального агентства по атомной энергии

Защита состоится «/У» апреля 2006г.

в ^ jчасов на заседании диссертационного Совета Д502 050 01

Института динамики геосфер РАН

Адрес: г. Москва, Ленинский проспект, д.38, корп. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИДГ РАН

к.

Автореферат разослан « " » марта 2006г

Ученый секретарь Диссертационного Совета канд. физ.-мат. наук / В.А.Рыбаков

дообл

4574

< ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Как в сейсморазведке, так и при решении ряда прикладных задач геофизики и геомеханики, бывает необходимо получать высокочастотные (десятки герц) многократно повторяющиеся сейсмические импульсы с амплитудой в группе объемных волн до Ю'^Ю^см/с на расстояниях от источника порядка тысячи метров.

Методы традиционной взрывной сейсморазведки отработаны и позволяют решать разнообразные задачи. Однако возможности использования взрывных источников в тех случаях, когда требуется многократное повторение опыта, ограничены. Кроме того, необходимость использования взрывчатых веществ, требует соблюдения особых мер безопасности.

В вибрационной сейсморазведке колебания возбуждаются приложением переменных во времени нагрузок непосредственно к поверхности грунта. Наряду с неоспоримыми преимуществами вибрационных источников, эта технология имеет и ряд недостатков, к числу которых необходимо отнести достаточно сложную технику, весьма дорогое оборудование, а также наличие специфических для вибрационной сейсморазведки помех, обусловленных особенностями передачи нагрузок среде. Частотные характеристики колебаний, возбуждаемых вибратором, могут достаточно резко изменяться вдоль профиля в зависимости от жесткости грунта и условий контакта опорной плиты с грунтом. Кроме того, условия контакта изменяются и в процессе проведения одного сеанса.

Многие современные методы сейсморазведки основаны на использовании поперечных волн. Во взрывной сейсморазведке для этих целей использовались специальные схемы подрыва зарядов, что в большинстве случаев оказывается нетехнологичным. Более успешным оказалось применение для этих целей мощных поперечных вибраторов, однако им присущи все недостатки описанные выше.

Разработка и совершенствование методов вибрационного воздействия на горный массив и призабойную зону скважин может иметь большое значение для интенсификации добычи углеводородов, а также для стимуляции водозаборных и нагнетательных скважин.

Известные способы виброобработки нефтяных залежей с использованием источников, располагаемых в скважине, ограничены по площади и эффективны лишь для призабойной зоны обрабатываемого пласта.

Способ, основанный на воздействии на массив установленного на поверхности мощного вибратора, имеет очень низкий КПД из-за больших потерь в амплитуде волн при их распространении от дневной поверхности, особенно через зону малых скоростей. Те же недостатки существенны для источников с расположением взрывной камеры на поверхности массива

Таким образом, разработка компактного и эффективного сейсмического источника, способного совместить в себе достоинства взрывных и вибрационных технологий является актуальной задачей.

Целью настоящей работы является разработка научно-методических основ технологии излучения сейсмических волн, пригодной как для долговременного динамического .воздействия на горный массив, так и для сейсморазведки.

Идея работы состоит в разработке метода, основанного на использовании детонации воздушно-топливной смеси, который позволяет периодически, через заданные промежутки времени создавать волну давления в рабочем объеме, расположенном в горном массиве на требуемой глубине.

В соответствии с целью работы определены следующие задачи исследований:

• Исследовать параметры волнового поля, излучаемого при детонации воздушно-топливной смеси в скважине, расположенной в плотных породах и оценить приемлемость этих параметров для выполнения поставленной цели.

• Разработать конструкцию устройства для осуществления периодической детонации воздушно-топливной смеси в скважине и провести исследования, необходимые для оптимизации режимов работы установки.

• Провести апробацию устройства в полевых и лабораторных условиях.

• Определить сейсмическую эффективность предлагаемого метода возбуждения колебаний.

• Оценить в полевых условиях эффективность долговременного, низкоамплитудного динамического воздействия на трещиноватый горный массив.

Достоверность научных положений и выводов обеспечивается значительным объёмом экспериментальных исследований, проведенных как в лабораторных, так и полевых условиях; применением апробированных современных методов измерения и регистрации исследуемых параметров, серийно выпускаемых датчиков и приборов, прошедших метрологический контроль; сопоставлением экспериментальных данных с существующими представлениями, результатами численных расчетов и аналитических оценок.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Предложен новый способ многократного возбуждения сейсмических волн в массиве горных пород и создано устройство для его осуществления.

• Сконструирован и построен не имеющий аналогов экспериментальный стенд для изучения условий возбуждения и распространения детонационных волн в скважинах. Это дало возможность детально изучить физику процесса и разработать оптимальную технологию работы установки.

• Проведены экспериментальные и теоретические исследования сейсмического эффекта газового взрыва в скважине. Выявлены, не описанные ранее, особенности волнового поля, излучаемого подобным источником и определена его сейсмическая эффективность.

• В полевых экспериментах продемонстрирована эффективность предложенного метода долговременного воздействия на трещиноватые коллекторы.

Личный вклад автора состоит

• в участии в разработке идеи нового метода излучения сейсмических волн;

• в разработке конструкции скважинного генератора сейсмических волн и его модификаций;

• в проведении лабораторных и натурных испытаний устройства;

• в непосредственном участии в проведении исследований эффекта долговременного динамического воздействия на горный массив.

Практическая ценность работы заключается в разработке нового способа излучения сейсмических волн, пригодного как для долговременного динамического воздействия на горный массив, так и для сейсморазведки, и в создании устройства для его осуществления.

На защиту выносятся следующие положения:

• Идея метода возбуждения сейсмических колебаний путем периодической детонации воздушно-топливной смеси в скважине, расположенной в плотных породах

• Особенности волнового ноля, излучаемого при детонации воздушно-топливной смеси в скважине.

• Базовая конструкция и модификации устройства для осуществления периодической детонации воздушно-топливной смеси в скважине.

• Результаты исследований сейсмической эффективности предлагаемого метода возбуждения колебаний.

• Результаты исследований эффекта долговременного динамического воздействия на трещиноватый горный массив.

Апробация работы Основные положения работы докладывались на семинарах НДГ РАН (2000-2006г г.), научных конференциях фирмы 81итЬе^ег (2000,2001, 2002,2005г.г.), семинаре «Геофизика и геомеханика» Института геофизики СО РАН под руководством академика С.В.Гольдина. Материалы диссертации изложены в 13 публикациях. По материалам диссертации получены три патента на изобретения.

Работы были выполнены при поддержке грантов РФФИ №№ 98-05-64627-а; 00-05-79071-к; 01-05-64317-а; 01-05-79008-к; 02-05-79071-к; 03-05-79073-к; 04-05-65027-а; 04-05-08013-офи_а.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю Г.Г.Кочаряну и научному консультанту В.Н.Костюченко за постоянное внимание и помощь при выполнении работы, а также всем сотрудникам Лаборатории деформационных процессов в земной коре ИДГ РАН за неоценимое содействие на всех стадиях выполнения работы.

Обьём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 134 страницах, включая 61 рисунок и фотографий и список литературы из 100 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении выполнен краткий обзор результатов работ, касающихся вопросов развития способов возбуждения сейсмических колебаний и методов обработки информации (Н.Н.Пузырев, С В.Гольдин, А С.Алексеев, И.С.Чиченин и другие), исследований влияния слабых вибрационных воздействий на режим флюидных систем и методов динамического воздействия на коллекторы углеводородов и призабойную зону скважин (Г.Г.Вахитов, В.П.Дыбленко, И.Г. Киссин, Г.Г.Кочарян, О.Л.Кузнецов, М.В.Курленя, А.В.Николаев, В.Н.Николаевский, Д.Г. Осика, С.В.Сердюков, Э.М.Симкин и др.), проблем возбуждения и распространения детонации в газах (В.В.Адушкин, А.А.Борисов, Я.Б.Зельдович, С.М.Когарко, В.Е.Фортов и др.). Там же обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту, кратко описано содержание работы ло главам.

В главе 1 рассматриваются теоретические основы метода излучения сейсмических волн с использованием газового взрыва в скважине.

В разделе 1.1 анализируется процесс детонации воздушно-топливной смеси, закачанной в участок скважины, пробуренной в плотной горной породе ниже зоны малых скоростей. Такое расположение источника позволяет в значительной степени избежать потерь энергии колебаний при прохождении через зону малых скоростей и обеспечивает возможность распространения по массиву высокочастотных импульсов значительной амплитуды. Поскольку требования безопасности не позволяют использовать богатые смеси на основе кислорода или ацетилена, то целесообразно ориентироваться на смеси воздуха с углеводородными горючими - пропаном и метаном.

Проведенные в работе оценки показывают, что при детонации газовой смеси на участке скважины длиной около 10м выделяется достаточное количество энергии для обеспечения излучения сейсмического сигнала, по крайней мере,

сопоставимого по амплитуде с сейсмическими колебаниями, излучаемыми источниками, используемыми в сейсморазведке. Важно отметить, что максимальное давление в детонационной волне при Р0 ~1МПа составляет величину порядка 20МПа, т.е. недостаточно для разрушения стенок скважины в скальной породе.

« 9 10 15 20 29 О 9 10 19 20 29

Рис 1 Схема профилей фронтов поперечных волн, излучаемых с поверхности скважины а - С5=1500м/с, Е>=1750м/с; б- С,=1500м/с, 15=1000м/с

Волновая картина сейсмического излучения при детонации газовой смеси в скважине в плотных породах будет существенно отличаться от случая цилиндрического, а тем более сосредоточенного, взрыва конденсированного ВВ, поскольку скорость детонации в газе значительно ниже, чем в твердых и жидких веществах. При различных соотношениях между скоростью детонации Б и скоростями распространения в массиве продольных Ср и поперечных С5 волн, можно выделить три режима возбуждения сейсмических волн при газовом взрыве в скважине: досейсмический (Л^С, ), транссейсмический (С^Б^Ср) и сверхсейсмический (0(>СР). При детонации газовой смеси в скважине, пробуренной в массиве пород типа известняков, реализуется, как правило, именно транссейсмический режим (Ог-2км/с, Ср~3км/с, С5~ 1.5 км/с). Это приводит к необычной схеме интерференции волновых фронтов, что определяет высокую эффективность излучения именно поперечной волны и пространственной анизотропии излучения.

Этот процесс удобно пояснить при помощи простой схемы, приведенной на рис 1. Здесь показаны профили фронтов поперечных волн, излучаемых из нескольких точек вдоль скважины для двух значений скорости детонации Ог. Как видно, при транссейсмическом режиме (рис. 1а) в глубине массива формируется область интерференции фронтов поперечных волн Пунктиром показано направление, в котором достигаются наилучшие условия интерференции. В

случае досейсмического режима 0(<Ьо (рис. 16) пересечения фронтов поперечных волн не происходит. В сверхсейсмическом режиме аналогичная картина наблюдается уже для Р волн.

В работе проведен, также, анализ результатов численного моделирования взрыва воздушно—топливной смеси в скважине.1 Пример расчета векторного поля скорости движения грунта в момент времени 1=13мс, показан на рис.2. Распространяющаяся вдоль скважины детонационная волна является интенсивным источником поперечных волн, огибающая фронтов которых к0 имеет коническую форму в силу того, что Б(>Ьо.

Таким образом, показано, что распространяющаяся в транссейсмическом режиме по скважине волна давления, является источником интенсивных поперечных волн. Для этой цели может быть использована детонация топливно-воздушной смеси, закачанной в участок скважины определенной длины.

В разделе 1 2 проведен анализ проблем, возникающих при инициировании детонации воздушно-топливных смесей, которые необходимо учесть при разработке сейсмического источника, основанного на предлагаемом принципе

1 Расчеты проводились д.т н А М Будковым

Рис 2 Векторное поле скорости смещения грунта при детонации воздушно-топливной смеси на отрезке скважины Ь=10м.

Стрелками показаны вектора скорости смещения Длина стрелки пропорциональна

логарифму скорости.

Это позволило сформулировать технические проблемы, решение которых является непременным условием создания скважинного сейсмического источника на основе детонации воздушно-топливной смеси'

• надежное достижение максимально близкого к стехиометрическому соотношения между горючим и окислителем на всем протяжении рабочего участка и линии передачи детонации

• обеспечение равномерного перемешивания компонентов смеси по всему рабочему объему;

• обеспечение необходимых условий для перехода горения смеси в детонацию при «слабом» инициировании,

• перевод детонации из канала малого диаметра в рабочий объем скважины.

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке конструкции скважинного генератора сейсмических волн (СГСВ) и его лабораторной апробации.

В разделе 2.1 детально обсуждена конструкция первого варианта установки, разработанного совместно со специалистами ЦНИИ ХМ. В этом случае приготовление топливовоздушной смеси производилось непосредственно перед нагнетанием её в скважину. Отличительным элементом этого варианта являлся специальный блок смешения, состоящий из регулируемых газовых и воздушных редукторов, обеспечивающих нужное давление каждого компонента смеси, дросселей для дозированной подачи воздуха и газа, инжекторного смесителя для смешивания газа и воздуха и электропневмоклапанов, управляющих подачей воздуха, газа и готовой смеси. Близкое к стехиометрическому соотношение между горючим и окислителем, в зависимости от регулировки воздушного дросселя, достигалось регулировкой газового дросселя по расчетным номограммам. Далее смесь подавалась в камеру сгорания, где производился поджиг рабочей смеси от искры автомобильной свечи. Фронт горения распространялся по разгонной (детонационной) трубе длиной около 5м при внутреннем диаметре 25 мм, где скорость фронта постепенно увеличивалась и горение переходило в детонацию Для перевода детонационной волны в рабочий объём (скважину) применялся конус с углом раствора ~2°.

Описанный вариант генератора был изготовлен и испытан в лабораторных и полевых условиях Проведенные испытания продемонстрировали принципиальную возможность создания сейсмического источника на основе детонации воздушно-топливной смеси и показали, что сейсмическая эффективность устройства близка к расчетной. Достоинством схемы, описанной выше, является возможность достижения высокой частоты повторения взрывов (до 1 подрыва в секунду) и точного (~1мс) соблюдения интервалов между последовательными подрывами. В то же время в ходе испытаний были выявлены существенные недостатки такого способа приготовления топливо-воздушной смеси. К ним, в первую очередь, относится неоправданно высокий расход компонентов и недостаточная надежность обеспечения детонации смеси в рабочем объеме в силу ряда причин -неустойчивости работы инжекторного смесителя из-за флуктуаций скорости потока воздуха и, как следствие, неоднородного состава смеси по длине скважины, засорения инжекторного смесителя тяжелыми продуктами, Кроме того, при таком способе смешения топлива и окислителя невозможно осуществить работу установки при избыточном давлении.

В силу перечисленных причин было принято решение отказаться от подготовки смеси путем перемешивания компонент в процессе их нагнетания в скважину и разработана принципиально новая схема установки, которая получила название "Скважинный генератор сейсмических волн" (СГСВ). Основное отличие новой конструкции состояла в том, что подача воздуха и газа в установку осуществлялось раздельно, а смешивание происходило непосредственно в рабочем объёме (скважине).

Рис.3. Принципиальная схема базового варианта установки СГСВ.

I - воздушный компрессор; 2 -воздушный ресивер; 3 - газовый баллон; 4 - газовый ресивер; 5 - пульт управления; 6 - камера сгорания; 7 -скважина; 12 и 13 - манометры; 8,9, 10,

II и 16-электромагнитные клапаны; 14 - газовая магистраль; 15 - выпускные газовые отверстия.

Принципиальная схема СГСВ приведена на рис.3. Воздух от компрессора (1) через ресивер (2) и открытый клапан (8) подаётся в камеру сгорания (6) и через открытый клапан дренажной трубы (9) производит продувку, очищая весь объём генератора от посторонних веществ (в том числе продуктов детонации предыдущего взрыва или воды при работе в скважине заполненной жидкостью) После закрытия дренажного клапана (9) весь объём заполняется чистым воздухом до давления Рв, контролируемого манометром (12). Предварительно через открытый клапан (11) при закрытом клапане (10) заполняется дозирующий газовый ресивер (4), объём которого можно изменять, до давления Рг, превышающего давление Рв, после чего клапан (11) закрывается. Далее, после открытия клапана (10), газ через линию подачи (14) впрыскивается в рабочий объём (7) - скважину или её имитатор. Распыление газа внутри этого объёма происходит посредством газовой трубки с внутренним диаметром 10 мм через большое количество отверстий (15) малого диаметра (0,3-1мм), что должно обеспечивать равномерное перемешивание компонентов смеси по всему рабочему объёму После открытия на некоторое время клапана (16) из установки вытесняется избыток воздуха и весь объём СГСВ заполняется смесью необходимого состава. Контроль за давлением газа, воздуха и смеси осуществляются манометрами (12) и (13).

После окончания детонации производят продувку рабочего объема воздухом при открытом выпускном клапане (9), после чего цикл повторяется. Минимальная длительность полного цикла составляет около Юсек. Устройство позволяет проводить повторное возбуждение колебаний. Частота подрывов может регулироваться в широких пределах с пульта управления (5) Встроенный кварцевый генератор обеспечивает высокую синхронизацию с управляющим сигналом (разброс не более 1мс). С этого же пульта по сигналам автоматики осуществляется открытие и закрытие клапанов.

Выбранная для установки СГСВ схема, обладает рядом преимуществ-

1) Перемешивание газа и воздуха непосредственно в рабочем объеме скважины обеспечивает безопасность работы устройства.

2) Выбранная система достаточно надёжно обеспечивает проведение работ при различных начальных давлениях в скважине.

3) Изменение длины рабочего участка и начального давления смеси позволяет регулировать амплитудно-частотные характеристики сейсмического источника.

4) Принятая схема позволяет исследовать различные режимы детонации и быстрого горения и влияние на них таких факторов, как концентрация газа, наличие вредных примесей, влажности и частоты повторяющихся циклов детонации.

Описанный вариант установки явился базовым для создания различных модификаций СГСВ, включая вариант установки, в котором детонация смеси осуществляется в объеме, расположенном на поверхности массива, а волна давления распространяется по жидкости, заполняющей скважину. Такая схема работы является более технологичной для воздействия на призабойную зону скважины, поскольку в данной редакции существенно упрощается монтаж установки на скважине и контроль качества смеси. В то же время, слабое затухание волны давления, распространяющейся по жидкости, заполняющей обсадную колонну, обеспечивает достаточную эффективность воздействия.

Одним из важных вопросов является необходимость контроля процесса формирования и развития детонационной волны по всей длине установки. В разделе 2.2 рассмотрены методические вопросы измерения скорости детонационной волны. Скорость распространения фронта измерялась при помощи ионизационных датчиков, установленных в различных частях установки. Датчик представлял собой разомкнутый проводник, который замыкается на корпус устройства плазмой, возникающей в момент прохождения детонационного фронта. Через специальную измерительную схему сигнал подавался на вход цифрового регистратора. По результатам регистрации строился годограф детонационной волны и определялась скорость ее распространения. Разработанная методика позволяла контролировать качество детонации смеси по всему объему установки, как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Результаты лабораторных исследований режимов работы СГСВ приводятся в разделе 2.3. Для изучения процессов возбуждения и распространения детонационных волн в скважинах и исследования различных режимов работы СГСВ, а также для проработки вопросов методического характера была создана крупномасштабная лабораторная установка, имитирующая условия

распространения волн в реальных скважинах. Скважина моделировалась отрезком стальной трубы внутренним диаметром 105мм и длиной до 8м.

Для оптимизации режимов перемешивания газа и воздуха в рабочем объеме скважины была проведена специальная серия экспериментов, в которых контролировался объем газа, проходящий в различные моменты времени через выпускные отверстия газовой магистрали. Исследования показали, что если длина рабочего объема превышает 2м, то для обеспечения одинакового состава смеси по длине установки необходимо увеличивать диаметр отверстий пропорционально расстоянию от начала магистрали. Это усовершенствование конструкции дало хорошие результаты. Опыты с модифицированной газовой магистралью, показали, что концентрация смеси остается неизменной при любой длине скважины.

На созданной установке в

различных сериях экспериментов

были исследованы границы

А детонационной способности

пропано-бутано-воздушных смесей

разной концентрации, границы

начала детонации в разгонной

Рис. 4. Схема проведения опытов' А - трубе, условия прохождения волны

разгонная труба; В - конус; С -

соединительное устройство; Э - скважина. через конус, переводящий

детонацию в трубу большего диаметра, распределение скорости распространения волны по разгонной трубе и вдоль имитатора скважины. Типичная схема опытов показана на рис4.

Измеренные границы изменения концентрации газа (а) для получения устойчивой детонации составили 0,03 - 0,08.

На рис. 5 а показано изменение скорости фронта детонационной волны вдоль установки в зависимости от концентрации газовоздушной смеси При изменении концентрации смеси в пределах а~0,03 - 0,08 скорость распространения фронта волны соответствует нормальной детонации. При выходе величины а за установленные пределы, скорость распространения фронта снижается, постепенно переходя к значениям, соответствующим горению смеси.

^ 1.6 н

е ^ 08

о.

° 0.4 4

Коицвтрвция (а)

--в-- 0 028 —0037

-<-0 05

-♦—0065

■ 0 06 009

в 1С I

1.9-

5 18

о.

■е

ё "и

о а. о

1 6

1.5

Расстояние, м

Наиболее «критическим» участком на пути распространения детонационной волны является переход из разгонной трубы в рабочий объем. Этот участок содержит конус, для перевода детонации, а также соединительное устройство, в

котором рабочее сечение резко уменьшается (~ на 30%) за счет введения газовой магистрали и дренажной трубы. Как правило, на этом участке скорость детонационной волны несколько снижается, что связано с изменением поперечного сечения канала. Если величина Э на входе в конус достаточно велика (-1,7-1.8км/с), то при прохождении переходного участка значение скорости распространения снижается до 0-1.6-1.65км/с. При дальнейшем распространении волны по рабочему объему величина О восстанавливается до исходного значения. В тоже время, если скорость детонации на входе в конус составляет

1.6км/с или ниже, то в конце участка С (см. рис.4) величина О снижается до 1-1.2км/с и в дальнейшем детонация затухает. Это означает, что при значениях концентрации близких к крайним (а~0.3 или а~0.8) высока вероятность отказа в работе установки. Испытания показали, что наименьшее влияние на режим распространения детонации оказывает конус длиной 0.9м с дискретно изменяющимся углом раствора (2°, 4°, 6°, 8°).

На рис.56 приведены результаты измерений скорости распространения фронта волны при различных значениях рабочего давления топливно-воздушной смеси Как показали полученные результаты, увеличение рабочего давления приводит к

-©— 0.13 МП« -ф-- 0 18 МП»

А ВС

Г1-1—'—

4 8

Расстояние, м

Рис.5 Изменение скорости распространения фронта волны по длине установки при различных значениях концентрации смеси (а) и давления (б) в рабочем объеме

снижению влияния переходного участка и улучшению работы установки вблизи границ детонационных пределов концентрации.

Одним из основных ограничений использования устройства в полевых условиях является применение в качестве топлива пропана Низкое давление насыщающих паров не позволяет использовать пропан при размещении установки в скважине на большой глубине. Существенно более перспективным является использование в качестве топлива метана (СНД Попытка использовать в СГСВ в качестве топлива метан оказалась неудачной - детонационные пределы концентрации топлива в смеси воздух-метан оказались чрезвычайно узкими и получить устойчивую детонацию метано-воздушной смеси не удалось. Поэтому была предпринята попытка получения устойчивой детонации путем добавления к метану небольшого количества пропана. Результаты измерений показали, что добавка всего лишь 5-8% пропана радикально увеличивает скорость распространения волны и обеспечивает устойчивую детонацию смеси.

Результаты полевых испытаний СГСВ приведены в главе 3. Изложены методические вопросы проведения полевых испытаний, которые проводились в течении нескольких сезонов с 2000г. по 2005г. Целью работ являлась отработка методических вопросов использования разрабатываемого устройства, оптимизация конструктивных особенностей установки, проверка работоспособности отдельных узлов и агрегатов, исследование сейсмической эффективности газового взрыва в скважине, оценка возможности использования методики для долговременного воздействия на трещиноватый горный массив.

Исследования производились на двух испытательных площадках. В 2000г. и 2001г. работы проводились на полигоне НИЦ 26 ЦНИИ МО РФ вблизи г.Выборг, где имеются обширные выходы на поверхность слабовыветрелых гранитов. В 2002-2005г. г. испытания проводились на территории геофизической станции ИДГ РАН «Михнево» в Московской области, где на поверхности располагался слой мягкого грунта, перекрывающий массив трещиноватого известняка. В большинстве экспериментов установка располагалась на поверхности массива, в котором были пробурены скважины различной глубины.

Эксперименты показали, что после подбора необходимого режима, детонация осуществлялась достаточно надежно, с минимальным количеством отказов.

Помимо контроля детонации, проводились измерения параметров сейсмических волн на различных расстояниях от скважины и волн давления в жидкости, заполняющей скважину.

При проведении измерений параметров сейсмических колебаний на поверхности массива выставлялся сейсмический профиль длиной свыше 200м.

Примеры волновых форм,

зарегистрированных в экспериментах, показаны на рис.6. Анализ показывает, что структура колебаний существенно отличается от случая взрыва сосредоточенного заряда Первое вступление соответствует приходу на данное расстояние продольной волны. Более поздние фазы колебаний распространяются с заметно меньшей скоростью и достаточно четко выделяются на больших расстояниях. Скорость распространения основных фаз близка к скорости поперечной волны. Амплитуда этой волны заметно превышает амплитуду продольной, что соответствует особенностям излучения такого источника, выявленным при проведении численного моделирования. При сосредоточенном взрыве, проведенном в соседней скважине, наблюдается интенсивная продольная волна, первые фазы которой по горизонтальной составляющей заметно превышают по амплитуде последующие колебания.

При взрывах в мягком грунте опыты проводились как с использованием рабочего объема, расположенного в скважине, так в варианте с поверхностным расположением рабочего объема В последнем случае основным источником сейсмических волн является волна давления, распространяющаяся по жидкости, заполняющей скважину.

Анализ зависимости максимальной скорости от расстояния для сосредоточенных взрывов и детонации топливно-воздушной смеси на участке

«00015 0.005

-/ к Л/ Ом, 2-6г

\1 V

100 |Т» 150

I о

0 0004 - ТИ— (НН -рг

«и —^ М; т ¡М

Рис.6 Примеры зарегистрированных сейсмограмм.

а- газовый взрыв в граните Я=105м 6- взрыв 200г ТИТ в граните в, г- газовый взрыв в мягком грунте, Я=44м

скважины в граните показывает, что на больших расстояниях максимальная скорость колебаний при детонации топливно-воздушной смеси в скважине диаметром ~100мм и глубиной рабочего объема ~7м близка к амплитуде сейсмической волны при взрыве заряда весом 200г в скважине без воды и примерно на порядок меньше, чем при взрыве такого же заряда в скважине с водой. При этом следует учитывать, что сравниваются разные типы волн с различными периодами. В настоящее время учёт этих различий при оценке сейсмической эффективности СГСВ провести трудно. В связи с этим целесообразно на первом этапе использовать энергетический подход, согласно которому амплитуда сейсмических волн на больших расстояниях будет пропорциональна энергии источника.

При газовой детонации энергию источника Е можно оценить из соотношения E = q■V, где ^ - удельная энергия детонации, V - рабочий объём скважины В нашем случае при Р0=0.1МПа, кал/см3, У~7х104см3, £=7х104кал. Учитывая, что при взрыве тротила выделяется 1ккал/г, получим, что тротиловый эквивалент газовой детонации составил {?/-=70г.

Принимая за основу взрыв в скважине с водой, имеем оценку сейсмического эквивалента детонации газовой смеси: От Аг 200 1 п.

п = -£1--— »--ж 0,3

бг ¿т 70

В отдельной серии опытов исследовалась зависимость максимальной амплитуды колебаний от начального давления воздушно-топливной смеси в рабочем объеме скважины. Результаты измерений показали, что амплитуда колебаний ит увеличивается в соответствии с зависимостью:

где и^ - амплитуда колебаний при нулевом избыточном давлении, а ДР-величина избыточного давления. Таким образом, увеличивая избыточное давление смеси можно увеличить амплитуду излучаемого сигнала в несколько раз.

Относительно низкое максимальное давление в детонационной волне обеспечивает сохранность скважины и высокую степень повторяемости сейсмических сигналов. Эксперименты показали, что степень повторяемости волновых форм очень высокая. Коэффициенты корреляции между парами

сейсмограмм, зарегистрированных при последовательных взрывах, составляли величину не ниже 0.97 Вид функции когерентности для зарегистрированных в одном пункте наблюдения сигналов от двух опытов, свидетельствует о хорошей повторяемости в диапазоне частот от приблизительно 5 Гц до 40-60 Гц, где функция когерентности близка к единице. Высокий коэффициент корреляции между сигналами, излучаемыми при последовательных взрывах, дает возможность улучшения соотношения сигнал-шум методом суммирования сигналов. В предположении, что сейсмический фон от опыта к опыту не коррелирован, суммирование (накапливание) сигналов, как известно, повышает отношение S/N в 4п раз, где п - число слагаемых.

Четвертая глава диссертации посвящена исследованию возможности использования СГСВ для длительного воздействия на трещиноватый коллектор. В разделе 4.1 рассмотрены некоторые экспериментальные данные, касающиеся изменения флюидодинамики в трещиноватых коллекторах при динамическом воздействии удаленных землетрясений, взрывов и т.д. Проведенный анализ существующих публикаций показал, что одной из причин изменений флюидодинамических характеристик среды может являться накопление остаточных деформаций в блочной среде Выполненные в ИДГ РАН модельные эксперименты позволили продемонстрировать возможность подобного эффекта даже при очень малых амплитудах воздействия. Проведенные в диссертации оценки порядков величин остаточных деформаций, накапливаемых на межблоковых границах при динамическом воздействии различными источниками, показывают, что использование скважинного источника может оказаться заметно эффективнее воздействия с дневной поверхности. Выполненные в полевых условиях при работе СГСВ измерения параметров волны давления в жидкости, заполняющей скважину, позволяют заключить, что можно ожидать, эффективного воздействия такого источника не только на коллектор, но и на призабойную зону скважины. В разделах 4.2 и 4.3 приведены результаты экспериментов, в которых исследовалось влияние длительного динамического воздействия при помощи установки СГСВ сравнительно малой мощности на свойства нарушений сплошности в горном массиве.

В работе исследована динамика фильтрационных характеристик трещины в массиве гранита и трещиноватого пласта известняка при долговременном воздействии СГСВ. В обоих случаях максимальная амплитуда колебаний была настолько мала, что какое-либо разрушение материала было исключено.

В экспериментах на граните измерения заключались в регистрации расхода воздуха при его продувке через шпур, пересекающий субвертикальную трещину на глубине 75см, при заданных величинах перепада давления. Деформационные и фильтрационные характеристики этого нарушения исследовались ранее в течение трех полевых сезонов и оставались практически неизменными на протяжении этого периода времени.

Результаты эксперимента показаны на рис.7 в виде зависимости расхода | воздуха при избыточном давлении ОЛМПа, приведенного к начальной величине, от времени. На этом же графике показано количество произведенных подрывов топливно-воздушной смеси в скважине. Как видно из приведенных результатов, в ходе динамического воздействия произошло более чем двукратное увеличение проницаемости трещины. При этом наблюдается очевидная корреляция между количеством произведенных «выстрелов» и динамикой изменения расхода воздуха через шпур. Судя по внешним проявлениям (выход пузырьков воздуха на поверхности трещины), увеличение проницаемости произошло как за счет раскрытия ранее существовавших каналов, так и за счет образования новых проницаемых участков.

Аналогичные эффекты наблюдались в течение нескольких полевых сезонов при воздействии на массив известняка, где методом налива исследовалась динамика приемистости двух скважин, пробуренных на глубину около 30м Водоносный слой был приурочен к пласту известняка, залегающему на глубине 20.7-24м до 26.5-27м.

Рис.7 Изменение величины расхода воздуха через трещину и количества выстрелов в процессе эксперимента

1- количество выстрелов

2- расход воздуха, нормированный на начальную величину

На рис.8 показаны зависимости коэффициента проницаемости пласта известняка от времени и количества «выстрелов» СГСВ.

0-)-1-1-1-1-г-]-1-1-т-1 0-f—-.-1-1-1-1-1

О 400 800 1200 1600 2000 0 1000 2000 3000

The number of shots Time, hours

Рис 8 Зависимость проницаемости пласта известняка от количества выстрелов (а) и от времени (Ь).

Как видно из приведенных результатов, и в 2002г. и в 2004г. проницаемость пласта известняка, увеличилась в 1.4-1.8 раза. При этом изменения характеристик пласта остаются в дальнейшем достаточно стабильными. Измерения, проведенные примерно через три месяца после завершения воздействия показали почти те же значения проницаемости. Измеренное перед опытами 2004г. начальное значение проницаемости пласта (~9Дарси) примерно соответствует конечным значениям экспериментов 2002г. (~7Дарси). Отметим, что в опытах 2004г. наблюдаемый эффект наблюдался при существенно меньшем количестве «выстрелов». Это может быть обусловлено тем, что амплитуда вибровоздействия на пласт в 2004г. была заметно выше. В 2002г. взрывы производились в скважине глубиной 2м, которая была расположена в мягких породах. В 2004г. волна давления, распространяясь по воде, воздействовала непосредственно на массив известняка.

Воздействие СГСВ оказалось эффективным и для декольматации призабойной зоны одной из скважин, гидравлическая связь которой с пластом была нарушена глинистыми отложениями. После проведения длительной серии воздействий (-1000 выстрелов) гидравлическая связь скважины с пластом изменилась радикально. Скорость изменения уровня жидкости увеличилась на три порядка и превысила начальную величину, которая наблюдалась до кольматации скважины. Соответствующее значение средней проницаемости пласта составило величину ~3-6 Дарси.

Как видно из приведенных в настоящей работе экспериментальных результатов, длительное воздействие низкоамплитудными динамическими импульсами на трещиноватый горный массив приводит к заметному изменению его флюидодинамики. При этом в проведенных экспериментах рабочим телом являлись воздух или вода. Это означает, что можно исключить из рассмотрения эффекты изменения вязкости или химического состава флюида, которыми зачастую пытаются объяснить влияние вибраций на характеристики пласта. Иными словами, можно достаточно уверенно утверждать, что в результате долговременного динамического воздействия изменились именно механические характеристики среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в диссертации исследований предложен новый метод многократного возбуждения сейсмических колебаний в массивах горных пород и разработано устройство для его осуществления.

Кратко, основные результаты, полученные в работе, можно сформулировать следующим образом.

1. Исследованы параметры волнового поля, излучаемого при детонации воздушно-топливной смеси в скважине, расположенной в плотных породах. Показано, что при детонации газовой смеси на участке скважины длиной около Юм выделяется достаточное количество энергии для обеспечения излучения сейсмического сигнала, по крайней мере, сопоставимого по амплитуде с сейсмическими колебаниями, излучаемыми источниками, используемыми в сейсморазведке. При этом распространяющаяся в транссейсмическом режиме вдоль скважины детонационная волна является интенсивным источником поперечных волн.

детонацию смеси в рабочем объеме. В частности, разработана схема перевода детонации из линии малого диаметра в скважину и предложен оригинальный способ обеспечения стехиометрического состава смеси в рабочем объеме Новизна технического решения подтверждена двумя патентами РФ и патентом Великобритании

3. Апробация СГСВ в лабораторных и полевых условиях продемонстрировала достаточно высокую степень надежности осуществления детонации в рабочем объеме и эффективность предложенной схемы излучения сейсмических волн. Разработанный метод имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными вибрационными и взрывными источниками - возможность излучения интенсивной поперечной волны, возможность расположения источника ниже зоны малых скоростей, достаточно высокая частота излучаемого сигнала, малое время между последовательными воздействиями. Относительно низкое максимальное давление в детонационной волне обеспечивает сохранность скважины и высокую степень повторяемости экспериментов, что дает возможность использования метода накопления слабых сигналов.

4. В эксперименте определена сейсмическая эффективность газового взрыва в скважине Показано, что эта величина составляет около 30% тротилового взрыва соответствующей энергии. Выполненные оценки показывают, что тротиловый эквивалент детонации воздушно-топливной смеси, заключенной в рабочем объеме скважины, может достигать ~3кг ТНТ.

5. Выполненные в полевых условиях экспериментальные исследования ясно демонстрируют изменение флюидодинамики трещиноватой среды в результате длительного воздействия низкоамплитудными сейсмическими колебаниями. Установлена очевидная корреляция между режимом динамического воздействия и закономерностью увеличения проницаемости массива и восстановления гидравлической связи между пластом и скважиной. Хотя вопрос о детальной разработке механизма наблюдаемого изменения проницаемости остается, открытым, проведенные исследования позволяют с высокой степенью уверенности заключить, что изменение характеристик коллектора может происходить за счет изменения структуры нарушений сплошности массива.

Таким образом, в результате проведенных исследований решена задача, имеющая существенное значение для геофизики и геомеханики, а именно, разработаны научные основы нового метода многократного возбуждения сейсмических волн при помощи взрывов воздушно-топливной смеси в скважине, пробуренной в массиве горных пород.

Разработанный метод может найти применений как при активном воздействии на трещиноватые коллекторы, так и в сейсморазведке. Проведенные оценки показывают, что применение для воздействия на трещиноватый коллектор многократной детонации топливно-воздушной смеси, нагнетаемой в участок скважины, расположенный на заданной глубине, может оказаться не менее эффективным, чем воздействие поверхностными вибраторами. Этот способ удобен, также, тем, что с его помощью может осуществляться как вибрационное площадное воздействие на коллектор, так и воздействие на призабойную зону скважины.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Н.В.Кабыченко, И.С.Свинцов. О возможности регистрации длинных сейсмовзрывных волн малогабаритными сейсмометрами // "Сейсмические приборы". Вып. 16. М.: "Наука". 1984. С.76-78.

2. И.С.Свинцов. Методика измерений движения грунта при крупномасштабных взрывах электродинамическими акселерометрами. // "Взрывное дело" №90/47. М.: "Недра". 1990. С.283-286.

3. Б.Г.Горюнов, И.С.Свинцов. Устойчивость сейсмоприёмников к поперечным воздействиям. // Динамические процессы в геосферах под воздействием внешних и внутренних потоков энергии и вещества. М.: ИДГ РАН. 1998. С.99-108.

4. Б.Г.Горюнов, Н.В.Кабыченко, Д.В.Павлов, И.С.Свинцов. Каналы регистрации сильных возмущений и высокочастотных микросейсм для длительного мониторинга массива горных пород. // Физические процессы в геосферах: их проявления и взаимодействия. М.: ИДГ РАН. 1999. С. 125-139.

5. Б.Г.Горюнов, Н В.Кабыченко, И.С.Свинцов. О регулировке степени затухания колебательной системы малогабаритных сейсмоприёмников. // "Сейсмические приборы". Вып.ЗО. М.: "Наука". 1998.

6. Г.Г.Кочарян, Б.Г.Горюнов, Н.В.Кабыченко, Д.В.Павлов, И.С.Свинцов. Сейсмический фон и диагностика блочной среды. // Физические процессы в геосферах: их проявления и взаимодействия. М.: ИДГ РАН. 1999. С. 140-145.

7. В.Н.Костюченко, Г.Г.Кочарян, И.С.Свинцов. Устройство для многократного создания сейсмических волн в массиве горных пород. // Патент РФ №2199660. Е 21 В 43/263. Бюл. № 6.27.02.2003.

8. В.Н.Костюченко, Г.Г.Кочарян, И.С.Свинцов. Способ волнового воздействия на нефтяную залежь. // Патент РФ №2200833. Е 21 В 43/263. Бюл. № 8. 20.03.2003.

9. В.Н.Костюченко, Г.Г.Кочарян, А.М Будков, И.С.Свинцов. Новый сейсмический источник и некоторые перспективы его применения. // Геофизика. №6. 2003. С.17-24.

10. В.Н Костюченко, Г.Г.Кочарян, А.М.Будков, Н.В.Кабыченко, Д.В.Павлов, И С.Свинцов. Сейсмический эффект детонации воздушно-топливной смеси в скважине. // ФТПРПИ. 2003. №3. С.32-46.

11. В.Н.Костюченко, Г.Г.Кочарян, А.Л.Бенедик, А.М.Будков, Н.В.Кабыченко, Д.В.Павлов, Л.М.Перник, И.С.Свинцов. Опыт воздействия на трещиноватый коллектор низкоамплитудными сейсмическими колебаниями // Геоэкология. 2004. №4. С.367-377.

12 V.N.Kostyuchenko, G.G.Kocharyan, I.S.Svintsov. Method and apparatus for generating seismic waves. Patent GB 2377020. 13.08.2003.

13 Е.А.Виноградов, В Н.Коспоченко, И.С.Свинцов. Метод воздействия на призабойную зону скважины при помощи скважинного генератора сейсмических волн. //Динамика взаимодействующих геосфер. М: ИДГ РАН. 2004. С.57-63.

g.Q06ft 457^

- 4 5 7 41

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Свинцов, Игорь Степанович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ИЗЛУЧЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЗОВОГО ВЗРЫВА В СКВАЖИНЕ.

1.1. Параметры волнового поля при детонации газовой смеси в скважине.

1.2. Проблемы инициирования детонации воздушно-топливной смеси.

1.2.1. Общие положения.

1.2.2. Переход горения в детонацию.

1.2.3. Влияние начальных Р-Т параметров на детонационную способность и длину преддетонационного участка.

1.2.4. Перевод детонации из каналов малого диаметра в большие.

2. РАЗРАБОТКА СКВАЖИННОГО ГЕНЕРАТОРА СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН И ЕГО ЛАБОРАТОРНАЯ АПРОБАЦИЯ.

2.1. Разработка конструкции установки.

2.2. Методические вопросы измерения скорости детонационной волны.

2.3.Результаты исследования режимов работы СГСВ.

3. ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ СГСВ.

3.1. Методические вопросы.

3.2. Исследование сейсмической эффективности СГСВ.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СГСВ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ТРЕЩИНОВАТЫЙ КОЛЛЕКТОР.

4.1. Изменение свойств трещиноватых коллекторов при динамическом воздействии.

4.2. Динамическое воздействие на трещину в гранитном массиве.

4.3. Эксперименты в массиве известняка.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка метода возбуждения сейсмических волн в массиве горных пород газовым взрывом в скважине"

Как в сейсморазведке, так и при решении ряда прикладных задач геофизики и геомеханики, бывгает необходимо получать высокочастотные (десятки герц) многократно повторяющиеся сейсмические импульсы с амплитудой в группе объемных волн до Ю^-ЯОЛш/с на расстояниях от источника порядка тысячи метров.

Перед сейсморазведкой, как в рудной, так и в инженерной геологии, обычно ставятся задачи, связанные с изучением объектов, залегающих на сравнительно небольших глубинах. В рудной геологии сейсмические исследования проводятся с целью картирования фундамента, прогнозирования состава пород, трассирования различного рода неоднородностей для выявления зон, перспективных на руды. В инженерной геологии - это детальное исследование грунтов при строительстве гидротехнических сооружений или промышленных объектов, определение уровня грунтовых вод и др. Основное значение при инженерных работах имеет изучение физических, и том числе упругих параметров среды. Отсюда вытекает необходимость определения скоростей как продольных, так и поперечных волн.

Именно использование поперечных волн дало возможность значительно полнее расшифровать явление анизотропии скоростей в горных породах и связать его с пространственной поляризацией поперечных и обменных волн. Применение метода преломленных поперечных и отраженных волн получило интенсивное развитие и в связи с поисками новых месторождений нефти и газа при изучении осадочных отложений. Ещё более полную информацию об изучаемых объектах даёт комбинированный метод с использованием волн различных типов (многоволновая сейсморазведка). В частности, при помощи многоволнового варианта метода отраженных волн оказалось возможным достаточно корректно вычислить пластовые значения коэффициента Пуассона и выявить отчётливую связь последнего с нефтегазоносностью разреза [20,70]. При картировании кристаллического фундамента под наносами путём комбинирования волн различных типов убедительно показана более высокая точность выделения блоков небольших размеров, в том числе с малой амплитудой вертикальных подвижек , особенно когда одновременно используются кинематические и динамические признаки записи, включая изменение поляризации [24, 70].

Развитию способов возбуждения колебаний и методов обработки информации посвящены труды Н.Н.Пузырева, С.В.Гольдина, А.С.Алексеева, И.С.Чиченина и многих других исследователей [4,5,20,21,60, 69-71, 87 и др.].

Методы традиционной взрывной сейсморазведки отработаны и позволяют решать , разнообразные задачи. Однако известны некоторые недостатки этого-способа возбуждения сейсмических колебаний. В наиболее распространенном случае - взрыв ВВ в неглубокой скважине заполненной водой - основная энергия колебаний сосредоточена в группах продольных и поверхностных волн. Повторное использование скважины часто оказывается невозможным из-за ее разрушения. Да и при сохранности скважины, время на ее повторное снаряжение довольно велико. Это ограничивает возможности использования взрывных источников в тех случаях, когда требуется многократное повторение опыта (например при использовании метода накопления в сейсморазведке или при вибрационном воздействии на горный массив). Кроме того, необходимость использования взрывчатых веществ, требует соблюдения особых мер безопасности. Именно последний недостаток во многом инициировал развитие вибросейсмических методов разведки.

В вибрационной сейсморазведке колебания возбуждаются приложением переменных во времени нагрузок непосредственно к поверхности грунта. Излучающим элементом вибратора является жёсткая металлическая плита, которая под действием развиваемых ¡ им сил приводится в движение в вертикальной или горизонтальной плоскости в ^зависимости от типа возбуждаемых волн. Трассы виброграмм имеют вид протяженных квазисинусоидальных колебаний, не связанных напрямую с какими-либо границами раздела. С. помощью математической процедуры вычисления взаимной корреляции между зарегистрированными и посылаемыми в грунт колебаниями отраженные, преломленные и другие волны сжимаются в волновые импульсы, схожие с сейсмическими сигналами от импульсных источников. Наряду с неоспоримыми преимуществами вибрационных /источников, эта технология имеет и ряд недостатков, к числу которых необходимо отнести достаточно, сложную технику, весьма дорогое оборудование, а также наличие специфических для вибрационной сейсморазведки помех, обусловленных особенностями передачи нагрузок среде и побочными максимумами сжатых импульсов. Первые вызваны нелинейными искажениями в системе вибратор-грунт, особенно на низких частотах, гармоники которых попадают в полосу регистрируемых частот. Частотные характеристики колебаний, возбуждаемых вибратором, могут достаточно резко изменяться вдоль профиля в зависимости от жесткости грунта и условий контакта опорной плиты с грунтом. Кроме того, условия контакта изменяются и в процессе проведения одного сеанса. В силу этого возникает необходимость разработки способов компенсации неидентичности возбуждаемых колебаний. Опыт вибросейсмических исследований свидетельствует также о том, что вибраторы зачастую не обеспечивают, в отличие от импульсных скважинных источников, качественного выделения глубоких горизонтов, что требует, в свою очередь, применения избыточных систем наблюдений в полевых условиях и тщательного выбора опорного сигнала. Это связано, в том числе, и с довольно низкой амплитудой волны, излучаемой поверхностным вибрационным источником.

Как отмечалось выше, многие современные методы основаны на использовании поперечных волн. Попытки применения специальных методов для излучения интенсивной поперечной волны во взрывной сейсморазведке предпринимались достаточно давно [44,70,71]. Как правило, для этих целей использовались специальные схемы подрыва зарядов, что в большинстве случаев оказывается нетехнологичным.

Наиболее широко применяются поверхностные и приповерхностные источники. Но при этом значительная доля энергии источника поглощается верхними мягкими слоями. Для заглубленных источников неблагоприятным фактором является необходимость производить воздействие, как правило, во влагонасыщенных породах. В этих условиях резко возрастает интенсивность продольных волн, возбуждаемых осесимметричной частью воздействия, а создание на глубине неоднородностей для обеспечения достаточно высокой искусственной направленности становится технически сложным и трудоёмким. Поэтому в основном все взрывные источники (барьерно-щелевые, траншейные и камуфлетные разных типов) являются поверхностными. Скважинные же (кольцевые, роторные и др.) требуют большого времени на свою оснастку. [70, 78].

Более успешным оказалось применение для этих целей мощных поперечных вибраторов, однако им присущи все недостатки описанные выше. Кроме того, необходимо отметить весьма высокую стоимость этих агрегатов (свыше полумиллиона долларов).

Таким образом, задача создания компактного и эффективного источника поперечных волн по-прежнему является актуальной.

Другой интересной областью применения вибрационных источников является технология воздействия на коллекторы углеводородов.

В настоящее время существует целый ряд экспериментальных свидетельств влияния слабых вибрационных воздействий на режим флюидных систем. Изучение этого вопроса проводилось рядом исследователей Г.Г.Вахитовым, В.П.Дыбленко, И.Г. Киссиным, Г.Г.Кочаряном, О.Л.Кузнецовым, М.В.Курленей, А.В.Николаевым, В.Н.Николаевским, Д.Г. Осикой, С.В.Сердюковым, Э.М.Симкиным и др. [15, 16, 23,27, 34, 41-43, 45-50, 64-67, 77,79-83 и др.].

Во многих упомянутых публикациях, сообщается об изменении различных характеристик месторождений углеводородов в результате вибрационного воздействия на пласт. В результате воздействий, хотя и не регулярно, наблюдалось некоторое увеличение продуктивности скважин, увеличение процентного содержания нефти в добываемой жидкости, изменение свойств пластовых флюидов и т.д. Более яркими являются примеры резкого изменения режима флюидных систем при воздействии удаленных землетрясений. Многочисленные данные о подобных событиях собраны в монографии [67].

Разработка и совершенствование методов вибрационного воздействия на горный массив может иметь большое значение для интенсификации добычи углеводородов, а также для стимуляции водозаборных и нагнетательных скважин. Применение и развитие подобных методов сдерживается тем обстоятельством, что использование поверхностных вибраторов во многих случаях оказывается неэффективным, поскольку значительная часть энергии излучается в виде поверхностных волн, а также диссипируется в низкоскоростном поверхностном слое.

Существующие способы интенсификации нефтедобычи можно разделить на два класса - методы воздействия на призабойную зону скважины и методы «площадного» воздействия на коллектор.

Призабойная зона — это особая часть общей пластовой гидродинамической системы месторождения нефти и газа, которая обычно простирается на несколько метров от стенки скважины. Этот участок массива находится в существенно неравновесном состоянии, фазе активного энерго- и массообмена между скважиной и пластом, причем свойства призабойной зоны непрерывно изменяются в ходе разработки месторождения. Несмотря на свои относительно малые размеры, эта область в большой степени определяет успешность разработки всей продуктивной залежи.

Существующие методы воздействия на призабойную зону можно разделить на механические, химические и термодинамические. Здесь мы ограничимся рассмотрением, главным образом, методов первой группы.

Впервые метод обработки призабойных зон нагнетательных и добывающих скважин, использующий виброволновое воздействие, был испытан на нефтяных промыслах еще в 60-х годах, и сразу же были получены достаточно обнадеживающие данные по его технологической эффективности. На нефтяных месторождениях СССР начали применять воздействие упругими колебаниями на призабойную зону пласта с помощью спускаемых в скважины различных забойных устройств. Наибольшее распространение получили генераторы, использующие для работы гидродинамический напор закачиваемой в скважину технологической жидкости (вода, растворы ПАВ, нефть, растворители, кислоты и др.). Это, например, известные вибратор ГВЗ золотникового типа конструкции МИНГ, вставной пульсатор ПВ-54 клапанного типа конструкции ТатНИПИнефти. Так, по данным МИНГ за период с 1967 по 1985 г. с помощью вибратора ГВЗ-108 проведено около 6000 обработок скважин. Успешность работ составила 70%. Продолжительность эффекта 1-1,5 года. Общий прирост добычи нефти по ним превысил более 5 млн. т., увеличение приемистости по нагнетательным скважинам 15 млн. м3 [23].

В ИГД СО АН СССР проводились работы по разработке электромагнитного скважинного виброисточника, работающего на электроэнергии, подводимой по кабелю с устья скважины [23,79].

Особую группу составляют забойные ударно-импульсные воздействия. К ним относятся термогазохимическое воздействие (ТГХВ), разрыв пласта давлением пороховых газов, виброфрак, стереофрак, воздействие гидроимпульсами, создаваемыми взрывами газообразных смесей, электрогидравлическое воздействие, ударное воздействие резким снятием давления с пакера или на устье скважины, создание управляемых депрессий и др. Среди этих методов наибольшее применение на месторождениях России, а также стран СНГ получили ТГХВ воздействие с помощью аккумуляторов давления АДС и разрыв пласта с помощью пороховых генераторов ПГДБК. [23,84].

Успешность внедрения методов ТГХВ в среднем составила около 60% в эксплуатационных скважинах (по 1036 обработкам) и около 70 % в нагнетательных скважинах (по 270 обработкам). В среднем на одну успешную обработку добыто около 900 т нефти, дополнительно закачано воды 34 тыс. м3. Средняя продолжительность эффекта 8 мес. При использовании генераторов ПГДБК на 400 скважинах успешность составила 70 %, дополнительная добыча нефти в среднем по успешным обработкам достигла 500 т, продолжительность эксплуатации скважин с повышенным дебитом до 2,5-5 лет [23].

Время горения пороховых зарядов АДС исчисляется секундами, но может достигать и 200с, не считая последующего времени пульсации газового пузыря. Давление на забое скважины растет достаточно медленно и не должно приводить к разрыву пласта. АДС оказывает импульсное гидравлическое, тепловое и физико-химическое воздействия. При горении пороховых зарядов ПГДБК время действия максимального давления составляет доли секунды, общее время воздействия с учетом пульсации газового пузыря 10-20 с, значение максимального давления может в два раза превышать горное давление. В радиусе 5-6 м от скважины образуется несколько разветвленных трещин, которые не смыкаются после снятия давления, поэтому, в отличие от гидроразрыва, нет необходимости закрепления их проппантом.

На нефтяных месторождениях Техаса в 1958 г. впервые был успешно применен способ разрыва пласта, получивший название "виброфрак". Сущность метода заключается в создании в ПЗП ударных волн особой конфигурации, за счет размещения специальных зарядов. В отличие от обычных взрывов ВВ, при виброфраке периодически следующие по времени пики давления заставляют образовывающиеся трещины вибрировать - смыкаться и расширяться, что приводит к гораздо более значительному последующему увеличению проницаемости ПЗП. Разновидностью виброфрака является стереофрак, где применяется специальная фокусировка кумулятивных зарядов. [23]

Несмотря на успешные результаты испытаний, широкое распространение импульсно-ударных методов на месторождениях в геолого-промысловых условиях, основанных на использовании взрывчатых веществ, сдерживается их невысокой эффективностью, недостаточной надежностью и весьма существенными проблемами безопасности.

К импульсно-ударным методам также относится электрогидравлический (ЭГВ) метод обработки скважин, где для получения импульсов давления используется эффект от электрического пробоя скважинной жидкости между электродами скважинного устройства. Помимо электромагнитного излучения разряда и выделяющегося тепла, в скважинной жидкости образуются импульс давления, газопаровая полость и ее последующее пульсирующее схлопывание. Метод прошел испытания на месторождениях России, СНГ, в США - в штате Техас. Так, например, на месторождениях АНК "Башнефть" 60 % обработок оказались успешными, с длительностью эффекта в среднем более 7 мес. Дополнительная добыча нефти на одну обработку в среднем составила свыше 200т. Наилучший эффект был достигнут при обработках скважин, в которых снижение продуктивности было вызвано отложениями минеральных солей на стенках обсадной колонны скважины и в ПЗП. [40]

Метод ЭГВ не получил широкого распространения из-за невысокой эффективности, в особенности при его использовании на глубоких скважинах. Это объясняется тем, что для образования разряда и газопаровой полости в жидкости требуется напряжение в десятки тысяч вольт, с ростом глубины и давления в жидкости необходимо все больше увеличивать подаваемое напряжение. При этом, соответственно, значительно возрастают электрические потери в кабеле.

На артезианских скважинах г. Минска был испытан гидроимпульсный метод Белорусского политехнического института [30] Метод основан на использовании энергии взрыва смеси водорода и кислорода, которую получают электролизом воды на забое скважины [29]. Способ успешно опробован на 20 неглубоких артезианских скважинах, при этом их дебиты возросли в 1,5-2,5 раза. На более глубоких скважинах он не нашел применения из-за резкого снижения его эффективности с увеличением глубины скважин.

Известны, также, способы механического воздействия на пласт, в которых повышение нефтеотдачи достигается путем нанесения периодических ударов по забою скважины [12,13].

Для «площадного» воздействия на коллектор применяются, главным образом, воздействие на пласт сейсмическими колебаниями.

В Институте Физики Земли АН СССР и Кубанском государственном университете в 70-80 годы были систематизированы многолетние наблюдения за сейсмической активностью различных участков Земли с целью теоретического обоснования возможности направленного сейсмического воздействия с поверхности на нефтяные пласты. Этому способствовало создание относительно мощных невзрывных поверхностных виброплатформ, предназначенных для вибрационного «прозвучивания» Земли. Подобные источники работают в диапазоне частот от 5 до 100 Гц и могут развивать усилия до 100т [4,79, 87].

Единого объяснения увеличения нефтеотдачи при слабом сейсмическом воздействии до сих пор не существует.

В ряде работ механизм низкочастотного воздействия объясняется инерционными силами, возникающими вследствие разности плотностей нефти и воды. Другим вероятным механизмом может оказаться изменение капиллярного взаимодействия при вибрации пласта. Считается, что механические вибрации разрушают поверхностные пленки, адсорбированные на границах пор, тем самым, увеличивая эффективное сечение пор. Разрушение пленок происходит как в слабых, так и в интенсивных волновых полях. [15, 16, 23,43, 59,79].

В некоторых работах предполагается, что возбуждение упругими волнами может изменить коэффициент фазовой проницаемости нефти, тем самым увеличивая мобильность нефти при высоких степенях обводненности флюида [65,66].

Полагают, также, что при вибросейсмическом воздействии непрерывные потоки нефти могут образовываться из диспергированных нефтяных капель. Упругие волновые поля могут значительно уменьшить влияние капиллярных сил на фильтрацию нефти, что приводит к увеличению скорости массопереноса.

Еще один эффект, увеличивающий фазовую проницаемость нефти, - это уменьшение поверхностного натяжения и вязкости жидкостей в ультразвуковом поле, что вызвано нагреванием среды в результате ультразвукового поглощения.

Ряд возможных объяснений механизмов воздействия колебаний на двухфазную или вязкую жидкость, вероятно, нельзя считать удовлетворительными, так как существуют экспериментальные исследования, демонстрирующие воздействие вибраций на коллектор с водой, что не объясняется в рамках подобных моделей [23, 34, 77].

Причиной изменения флюидодинамики коллекторов могут являться и динамические деформации, обусловленные прохождением сейсмических волн [93]. Некоторые оценки показывают, что для получения положительного результата необходимо обеспечить достаточно интенсивные ( амплитуда в группе объемных волн многократно повторяющиеся импульсы сейсмических колебаний в окрестности коллектора[38]. Особенно эффективным может оказаться воздействие поперечными волнами [46].

Низкочастотные сейсмические волны, способные привести к увеличению продуктивности пласта, могут создаваться наземными вибраторами. Предполагается, что слабый эффект низкой амплитуды воздействия может быть компенсирован, до некоторой степени, увеличением времени вибрационной обработки. При вибросейсмическом воздействии на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности, в отличие от сейсмической разведки недр, используются, как правило, более мощные, по сравнению с сейсморазведкой, стационарные наземные источники. При этом, длительность их работы в одном месте составляет десятки и сотни часов. Конструктивно такие источники состоят из генератора колебаний дебалансного, гидрорезонансного, гидравлического и др. типов), установленного на излучающей платформе [23,60,79, 81, 82].

Проведенный анализ показывает, что все рассмотренные способы воздействия на ПЗП и коллектор в целом имеют те или иные недостатки.

Известные способы виброобработки нефтяных залежей с использованием источников, располагаемых в скважине, в силу низкой амплитуды воздействия ограничены по площади и эффективны лишь для призабойной зоны обрабатываемого пласта.

Методы, в основе которых лежит применение источников взрывного типа, имеет недостатками малую мощность источников, необходимость поднятия на поверхность устройства для снаряжения при последующих воздействиях, повышенную взрывоопасность компонентов устройства. Увеличению амплитуды воздействия путем применения мощных твердых или жидких ВВ препятствует опасность разрушения скважин.

Недостатками способов, в которых повышение нефтеотдачи достигается путем нанесения периодических ударов по забою скважины, являются сложность технических решений, связанная с тем, что воздействие производится ударом длинной колонны (около 1 км), помещенной в скважину и низкая амплитуда излучаемых волн напряжений.

Способ, основанный на воздействии на массив установленного на поверхности мощного вибратора, частота колебаний которого согласована с частотой собственных колебаний данного продуктивного пласта, основным недостатком имеет очень низкий КПД из-за больших потерь в амплитуде волн при их распространении от дневной поверхности, особенно через зону малых скоростей. По этой причине для накопления значимых остаточных деформаций в пласте-коллекторе, необходимо произвести очень большое число воздействий. Те же недостатки существенны для источников с расположением взрывной камеры на поверхности массива [88].

Таким образом, разработка сейсмического источника, способного совместить в себе достоинства взрывных и вибрационных технологий является актуальной задачей.

Одним из возможных источников энергии для создания подобного устройства может являться детонация воздушно-топливной смеси. Вопросы возбуждения и распространения детонации в газах изучались в большом количестве работ В.В.Адушкина, А.А.Борисова, Я.Б.Зельдовича, С.М.Когарко, В.Е.Фортова и др. [1-3,8-10, 22, 26, 62]. Опыт исследований процессов детонации газовых смесей показывает, что существует принципиальная возможность разработки «скважинного генератора, сейсмических колебаний взрывного типа». Установка должна представлять собой генератор детонационных волн, создающихся посредством взрывов топливовоздушных смесей на заданной глубине через заданные промежутки времени. Созданию такого устройства, исследованию характеристик источника и эффективности его работы посвящена настоящая работа.

Целью работы является разработка научно-методических основ технологии излучения сейсмических волн, пригодной как для долговременного динамического воздействия на горный массив, так и для сейсморазведки.

В соответствии с целью работы определены следующие задачи исследований:

• Провести апробацию устройства в полевых и лабораторных условиях.

• Определить сейсмическую эффективность предлагаемого метода возбуждения колебаний.

Методы исследований. Анализ и обобщение литературных данных, численное моделирование и аналитические оценки, экспериментальные методики изучения быстропротекающих процессов, современные методы сейсмометрии и цифровой регистрации, методы гидрогеологических наблюдений.

Достоверность научных положений и выводов обеспечивается значительным объёмом экспериментальных исследований, проведенных как в лабораторных, так и полевых условиях; применением апробированных современных методов измерения и регистрации исследуемых параметров, серийно выпускаемых- датчиков и приборов, прошедших метрологический контроль; сопоставлением экспериментальных данных с существующими представлениями, результатами численных расчетов и аналитических оценок. Научная новизна работы заключается в следующем:

Личный вклад автора состоит

• в участии в разработке идеи нового метода излучения сейсмических волн;

• в разработке конструкции скважинного генератора сейсмических волн и его модификаций;

• в проведении лабораторных и натурных испытаний устройства;

Практическая ценность работы заключается в разработке нового способа излучения сейсмических волн, пригодного как для долговременного динамического воздействия на горный массив для сейсморазведки, так и в создании устройства для его осуществления.

На защиту выносятся следующие положения:

• Особенности волнового поля, излучаемого при детонации воздушно-топливной смеси в скважине.

• Результаты исследований сейсмической эффективности предлагаемого метода возбуждения колебаний.

Обьём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 133 страницах, включая 61 рисунок и фотографию и список литературы из 108 наименованийю.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Свинцов, Игорь Степанович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кратко, основные результаты, полученные в работе, можно сформулировать следующим образом.

2. Разработаны и изготовлены различные модификации Скважинного генератора сейсмических волн (СГСВ) - устройства для осуществления периодической детонации воздушно-топливной смеси в скважине. Выполненные исследования позволили разработать конструктивные решения, обеспечивающие надежную детонацию смеси в рабочем объеме. В частности, разработана схема перевода детонации из линии малого диаметра в скважину и предложен оригинальный способ обеспечения стехиометрического состава смеси в рабочем объеме. Новизна технического решения подтверждена патентами РФ №2199660 и № 2200833 и патентом Великобритании №2377020.

время между последовательными воздействиями. Относительно низкое максимальное давление в детонационной волне обеспечивает сохранность скважины и высокую степень повторяемости экспериментов, что дает возможность использования метода накопления слабых сигналов.

4. В эксперименте определена сейсмическая эффективность газового взрыва в скважине. Показано, что эта величина составляет около 30% тротилового взрыва соответствующей энергии. Выполненные оценки показывают, что тротиловый эквивалент детонации воздушно-топливной смеси, заключенной в рабочем объеме скважины, может достигать 3кг ТНТ.

Разработанный метод может найти применение как при активном воздействии на трещиноватые коллекторы, так и в сейсморазведке. Проведенные оценки показывают, что применение для воздействия на трещиноватый коллектор многократной детонации топливно-воздушной смеси, нагнетаемой в участок скважины, расположенный на заданной глубине, может оказаться не менее эффективным, чем воздействие поверхностными вибраторами. Этот способ удобен, также, тем, что с его помощью может осуществляться как вибрационное

площадное воздействие на коллектор, так и воздействие на призабойную зону скважины.

1. Адушкин B.B. Исследование взрыва больших объемов газовых смесей и возникающих ударных волн в атмосфере.// канд. дисс. физ.-мат. наук. М. ИФЗ, 1965.

2. Адушкин В.В., Гостинцев Ю.А., Петухов В.В., Фортов В.Е. Тротиловые эквиваленты взрывов турбулентных топливовоздушных облаков.// Химическая физика, 1996, Т. 15, №10.

3. Адушкин В.В., Гостинцев Ю.А., Фортов В.Е. Энергетические характеристики взрыва и параметры ударных волн в воздухе при детонации водородосодержащих облаков в свободной атмосфере.// Химическая физика, 1995, Т. 14, №6.

4. Алексеев A.C., Глинский Б.М., Ковалевский В.В., Хайретдинов М.С. Активные методы сейсмических исследований с мощными вибрационными источниками // Сб. Современные проблемы сейсмологии. - Изд. Вузовская книга. М. - 2000. - С.5-24.

5. Алексеев A.C., Глинский Б.М., Ковалевский В.В., Хайретдинов М.С. и др. Активная сейсмология с мощными вибрационными источниками. Монография. Издательство СО РАН "Гео", Новосибирск, 350 стр, 2004г.

6. Баишев Е.В., Гливенко Е.В., Губарь В.А., Ентов В.М., Ершов Т.Б. О газоимпульсном воздействии на призабойную зону скважин// Механика жидкости и газа, №4,2004. с.84-91.

7. Бакиров A.A. Бакиров В.А. и др. Применение подземных ядерных взрывов в нефтедобывающей промышленности. М.: Недра, 1984. 198 с.

8. Борисов A.A., Лобань С.А. Пределы детонации углеводородных смесей в трубах.// Физика горения и взрыва. 1977. Т.13, №5. С.729-732.

9. Борисов A.A. Гельфанд Б.Е., Лобань С.А. и др. Исследование пределов детонации топливовоздушных смесей в гладких и шероховатых трубах// Химическая физика, 1982, №6. С.848-853.

10. Борисов A.A., Губин С.Л., Когарко СМ. и др. Вставка для передачи газовой детонации без разрушения// Авторское свидетельство СССР №798661, 1981. бюл. №3.

11.Будков A.M., Хомяков И.Г. Особенности волнового поля движения грунта при взрыве газа в скважине// Нестационарные процессы в верхних и нижних оболочках Земли. М.: ИДГ РАН, 2002. С. 500-508.

12. Вагин В.П. Способ волнового воздействия на залежь и устройство для его осуществления.// Патент РФ №2075596, Е21 В 43/25, 28/00, 43/16. 20.03.97. Бюл.№8

13. Вагин В.П., Симкин Э.М., Сургучев М.Л. Способ волнового воздействия на залежь и устройство для его осуществления.// Патент РФ №1710709, Е21 В 43/25, 07.02.92. Бюл. №5

М.Валиуллин A.B., Максутов P.A., Доброскок Б.Е. и др. Некоторые особености технологии и виброобработки продуктивного пласта // РНТС. Сер. Нефтепромысловое дело. - 1973.-№11.-с 13-16.

15.Вахитов Г.Г., Симкин Э.М. Исследование влияния физических полей для извлечения нефти из пластов. - М.: Недра, 1985.

16.Гадиев С.М. Использование вибрации в добыче нефти. - М.: Недра, 1977.

17.Газизов А.Ш., Клеев A.M., Нигматуллин И.Г. Способ обработки призабойной зоны пласта.//Патент РФ №2065949, Е21 В43/263. 27.08.96. Бюл.№24

18.Ганиев Р.Ф., Петров С.А., Украинский А.Е. О резонансном характере распределения волнового поля в призабойной зоне скважины// Вибротехника.-1989-№62. С.82-87.

19. Головин С.А., Пушкар А. Микропластичность и усталость металлов. М.: Металлургия. 1980. 240с.

20. Гольдин C.B. Интерпретация данных сейсмического метода отраженных волн - М.: Недра, 1979. - 344 с.

21. Гольдин C.B. Линейные преобразования сейсмических сигналов-М.: Недра, 1974.-352 с.

22. Горев В.А., Мирошников С.Н. Ускоряющееся горение в газовых объемах.// Химическая физика, 1982, №6. С.854-858.

23. Дыбленко В.П., Камалов Р.Н., Шариффулин Р.Я., Туфанов И.А. Повышение продуктивности и реанимация скважин с применением виброволнового воздействия. 2000 г. 381 с.

24. Егоркин A.B., Егоркина Г.В. Поперечные волны при глубинных исследованиях.// Геология и геофизика, 1980, №6, с.109-120.

25.3арецкий Ю.К. Лекции по современной механике грунтов. - Изд-во Ростовского университета, 1989. 608с.

26. Зельдович Я.Б., Компанеец A.C. Теория детонации. - М., ГИТТЛ. 1955.

27.Киссин И.Г. Возможный механизм вибрационных эффектов и виброчувствительности насыщенной среды // в сб. Физические принципы сейсмического метода. Нетрадиционная геофизика. М.: 1991. с.210-221.

28. С.М.Когарко, В.В.Адушкин, Ф.Г.Лямин.Исследование сферической детонации газовых смесей. //Научно-технические проблемы горения и взрыва. 1965. №2.

29.Клеменков Г.П., Яковлев В.Н. Источник импульсов для сейсморазведки. //Патент РФ №2082990, G01 V1/04,27.06.97. Бюл. №18

30. Козлов Д.А., Ледян Ю.Л. Способ регенерации напорных фильтров. A.c. 8918351, СССР,. - № 2878855/29-15; заявлено 05.02.80 Опубл. 23.12.81, Бюл. №47.

31.Костюченко В.Н., Г.Г.Кочарян, Д.В.Павлов Деформационные характеристики межблоковых промежутков различного масштаба// Физическая мезомеханика. 2002. №5. С.23-42.

32.Костюченко В.Н., Кочарян Г.Г., Свинцов И.С. Способ волнового воздействия на нефтяную залежь // Патент РФ №2200833. Е 21 В 43/263. 20.03.2003, бюл. №8.

33.Костюченко В.Н., Кочарян Г.Г., Свинцов И.С. Устройство для многократного создания сейсмических волн в массиве горных пород // Патент РФ №2199660. Е 21 В 43/263. 27.02.2003, бюл. №6.

34. Кочарян Г.Г., Бенедик А.Л., Костюченко В.Н., Павлов Д.В., Перник Л.М., Свинцов И.С. Опыт воздействия на трещиноватый коллектор низкоамплитудными сейсмическими колебаниями // Геоэкология, 2004, №4, С.367-377.

35. Кочарян Г.Г., Костюченко В.Н., Павлов Д.В. Инициирование деформационных процессов в земной коре слабыми возмущениями // Физическая мезомеханика 2004, т.7, №1. С.5-22.

36. Кочарян Г.Г., Лившиц Л.Д., Павлов Д.В., Перник Л.М. Исследование деформационных свойств и проницаемости зон нарушений сплошности скальных массивов // Геоэкология. 2001. №1. С. 3-15.

37. Кочарян Г.Г., Марков В.К., Марков Д.В. Исследования закономерностей процесса накопления макродеформаций в массиве блочной структуры под действием сейсмических колебаний.// Нестационарные процессы в верхних и нижних оболочках Земли. М.: ИДГ РАН, 2002. С. 130-140.

38. Кочарян Г.Г., Спивак A.A. Динамика деформирования блочных массивов горных пород.// М. Академкнига. 2003.423с.

39. Крощенко В.Д., Михайлов A.A. Сансарян Н.С., Челышев В.П., Шкиткин Б.В., Улунцев Ю.Г. Способ обработки пласта.// Патент РФ №2064576, Е21 В43/263, 27.07.96. Бюл.21

40. Максутов P.A., Сизоненко О.Н., Малюшевский П.П. и др. Использование электровзрывного воздействия на призабойную зону.// Нефтяное хозяйтство.-1985. №1. С.34-35.

41. Кузнецов В.В., Николаев A.B. Разработка физических основ вибросейсмического воздействия на нефтяную залежь. // М.: ИФЗ, 1999, препринт.

42. Кузнецов О.Л., Ефимова С.А. Применение ультразвука в нефтяной промышленности. // М.: Недра, 1983.

43. Кузнецов О.Л., Симкин Э.М. Преобразование и взаимодействие геофизических полей в литосфере. //М.: Недра, 1990.

44. Куликов В.А. О диаграмме направленности 1 рода траншейных взрывных источников поперечных волн.//Геология и геофизика, 1979, №2.

45. Курленя М.В., Сердюков C.B. Нелинейные эффекты при излучении и распространении вибросейсмических колебаний в массиве горных пород // ФТПРПИ.- 1999. -№2.

46. Курленя М.В., Сердюков C.B. Определение области вибросейсмического воздействия на месторождение нефти с дневной поверхности // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископ. 1999. №4. С. 3-11.

47. Курленя М.В., Сердюков C.B. Определение области вибросейсмического воздействия на месторождение нефти с дневной поверхности // ФТПРПИ. -1999.-№4.

48. Курленя М.В., Сердюков C.B. Реакция флюидов нефтепродуктивного пласта на вибросейсмическое воздействие малой интенсивности // ФТПРПИ. - 1999. - № 2.

49. Курленя М.В., Симонов Б.Ф., Сердюков C.B. и др. Об эффективности вибросейсмического воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности // ФТПРПИ. -1998.-№1.

50.Кучумов Р.Я. Применение метода вибровоздействия в нефтедобыче. // Уфа: Башкирское кн. изд., 1988.

51. Лишак Ю.Н., Панкратова Г.М. Методика исследования инерционности наблюдательных скважин». // В сб. «Техника и технология опробования гидрогеологических скважин при наблюдениях за режимом подземных вод. М., ВСЕГИНГЕО, 1983г.

52. Лопухов Г.П., Асан-Джалалов А.Г., Певнев A.A., и др. Вибрационный источник сейсмических сигналов//А. св. 1492330, оп. 07.07.89, бюл. N25.

53. Лопухов Г.П. О механизме вибросейсмического воздействия на нефтяной пласт, представленный иерархической блочной средой// Ежегодник ВНИИнефть, 1996, с.63-90.

54. Лопухов Г.П., Погосян А.Б., Симкин Э.М. Вибросейсмический метод воздействия на обводненные и нефтяные пласты. Результаты экспериментальных и промысловых исследований//Сб."Фундамент, и поиск, иссл. механизма вытеснения нефтей различными агентами и создание технологий разраб. трудноизвл. запасов нефти" //, М., ВНИИОЭНГ, 1992, с.105-112.

55. Лопухов Г.П., Погосян А.Б., Симкин Э.М. Устройство для ударно-волнового воздействия на нефтяную залежь// А.св. 1686879, ДСП.

56. Лопухов Г.П.,.Симкин Э.М. Виброволновые и вибросейсмические методы воздействия на нефтяные пласты //М.: ВНИИОЭНГ, Обзорн. инф., Серия "Нефтепромысловое дело", 1989, 32 с.

57. Лопухов Г.П., Переплетчиков В.М. Способ возбуждения сейсмических колебаний. //А. св. 1341602, оп. 30.09.87, бюл. N36.

58. Лопухов Г.П, Переплетчиков В.М. Устройство подготовки газовой смеси (газодинамический источник сейсмических колебаний)// А. св.1217111, ДСП,.

59. Лопухов Г.П. Вибросейсмическое воздействие и технические средства его реализации на поздней стадии разработки нефтяных месторождений // Автореферат докт. диссертации. М. 2000г. 49с.

60. Лугинец А.И. Электрогидравлические вибраторы для возбуждения упругих колебаний в сейсморазведке. // М.: Обзор ВИЭМС. 1981. 54 с.

61.Майнчен Дж., Сак Е. Метод расчета "ТЕНЗОР".// Сб. Вычислительные методы в гидродинамике. - М.: Мир. 1967.

62.Нетлетон М. Детонация в газах. // М.: Мир. 1989. 278с.

63.Никифоровский B.C., Шемякин Е.И. Динамическое разрушение твердых тел. // Новосибирск. Наука. 1979.272с.

64. Николаев A.B. Эффект сейсмических воздействий на залежи нефти и

. подземных вод// Сейсмическое вибровоздействие на нефтяную залежь. М.: ИФЗ РАН, 1993. С. 7-13.

65. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика.//-М.: Недра, 1996.

66. Николаевский В.Н. Механизм вибровоздействия на нефтеотдачу месторождений и доминантные частоты.//Дан.-1989.-t.307, №3.

67.0сика Д.Г. Флюидный режим сейсмически активных областей. // М.: Наука, 1981. 204 с.

68.Погосян А.Б., Симкин Э.М., Стремовский Э.В. и др. Сегрегация углеводородной жидкости и воды в пористой среде в поле упругих волн//ДАН.- 1989. - Т. 307, № 3.

69. Пузырев H.H. Развитие методов поперечных и обменных волн в сейсмической разведке.// В кн.: Развтие идей Г.А.Гамбурцева в геофизике. М., Наука, 1982, с. 132-177.

70. Пузырев H.H., Тригубов A.B., Бродов Л.Ю. и др. Сейсмическая разведка методом поперечных и обменных волн. //М., Недра, 1985.-277с.

71. Пузырев H.H. Бродов Л.Ю., Ведерников Г.В. Развитие метода поперечных волн и проблема многоволновой сейсморазведки.// Геология и геофизика, 1980, №10, с. 13-26.

72. Родионов В.Н., Адушкин В.В., Костюченко В.Н. и др. Механический эффект подземного взрыва. // М., Недра, 1971. 224с.

73.Ряшенцев Н.П., Гамзатов С.М. Ряшенцев А.Н. Способ волновой обработки пластов.// Патент РФ №2001254, Е 21 В 43/25. 15.10.93. Бюл. №37-38.

74. Ряшенцев Н.П. Малахов А.П., Макарюк Н.В. Обоснование конструктивной схемы источника вибросейсмических колебаний для вибрационного просвечивания Земли // Исследование Земли невзрывными сейсмическими источниками.//М.: Наука, 1981.

75. Садовский М.А., Абасов М.Т., Николаев A.B. Перспективы вибрационного воздействия на нефтяную залежь с целью повышения нефтеотдачи // Вестник АН СССР. - 1986. - № 9.

76.Саламахин К.П., Хабибуллин A.M., Симинский В.В. Устройство для воздействия на призабойную зону скважины. // Патент РФ № 2042799, 1995, бюл. №24.

77. Сейсмическое вибровоздействие на нефтяную залежь. // М.: ИФЗ РАН, 1993.

78. Сейсморазведка, справочник геофизика. // М, Недра 1981 г

79. Сердюков C.B. Экспериментальное обоснование вибросейсмической технологии добычи нефти.// Дисс.докт.техн.наук Новосибирск. ИГД СО

« РАН. 2001.

80. Сердюков C.B., Кривопуцкий B.C., Гамзатов С.М. Исследования сейсмических и акустических полей при низкочастотном вибрационном воздействии на нефтяной пласт. // Новосибирск, 1991. - Препр. ИГД СО АН СССР, № 43.

81. Симонов Б.Ф., Сердюков C.B., Передников E.H. Результаты опытно-промысловых работ по повышению нефтеотдачи вибросейсмическим методом // Нефтяное хозяйство. - 1996. - №3.

82. Симонов Б.Ф., Чередников E.H., Сердюков C.B. и др. Технология вибросейсмического воздействия на нефтяные пласты с земной поверхности (ВСВ) для повышения нефтеотдачи пластов// Нефтяное хозяйство. - 1998. -№4.

83.Сургучев M.JL, Кузнецов O.JI., Симкин Э.М. Гидродинамическое,

* акустическое, тепловое, циклическое, воздействие на нефтяные пласты. // М.: Недра, 1975.

84. Фридляндер Л.Я. Прострелочно-взрывная аппаратура и ее применение в скважинах. // М. Недра, 1985 - 199 с.

85.Хошанов Т.Г. Способ воздействия на призабойную зону пласта// Авторское свидетельство СССР №1803544, 1993. бюл. №11.

86. Черский Н.В., Царев В.П., Коновалов В.М., Кузнецов O.JI. Влияние ультразвуковых полей на проницаемость горных пород прифильтрации воды //ДАН. - 1977. - Т. 232, № 1.-С.201-204.

87.Чичинин И.С. Вибрационное излучение сейсмических волн. // М.: «Недра», 1984,223с

88. Шевелев В.А., Балашканд М.И., Чен O.JI. и др. Устройство для возбуждения

• упругих колебаний с поверхности земли// Авторское свидетельство СССР №760010, 1980. бюл. №32.

89.1Делкачев В.Н., Лапук Б.Б. Подземная гидравлика. //М.-Л.: Гостехиздат, 1949. 523 с.

90.1Дёлкин К.И., Трошин Я.К. Газодинамика горения. // М. АН СССР 1963.

91. Barton N., Bandis S., Bakhtar К. Strength, deformation and conductivity coupling of rock joints// Int. J.Rock Mech. 1985. Vol. 22, №3. P. 121-140.

92.Cubbage,P.(1963) The protection by Flame Traps of Pipelines Containing-Combustible Mixtures, 2nd,Symp.Chem.Proc.Hazards, Chem. Eng., London, p. 29.

93. Field H.S., Mitchell D.K. Repetitive detonation seismic surveying method and apparaturs// U.S. Patent № 4026382, 1977

94. Gomberg J., Beeler N.M., Blanpied M.L., Bodin P. Earthquake triggering by transient and static deformations.//J. Geophys. Res., 1998, V.103, №B10, p.24411-24426.

95. Goodman R.E. Methods of geological engineering in discontinuous rocks // St.Paul: West Publish.Co., 1976. 472 p.

96. Hill D.P. Reasenberg-P.A., Michael A. et al. Seismicity Remotely Triggered by the Magnitude 7.3 Landers, California, Earthquake // Science 1993, Vol 260, pp 1617-1623

97.Simkin E.M., Surguchev M.L. Advanced vibroseismic techniques for water flooded reservoir stimulation. Mechanism and field results: Proc. 6th Europ. Symp. On improved Oil Recovery (Stavanger, Norvay), 1, Book l:p.233-241.

98. Field H.S., Mitchel D.K. Repetitive detonation seismic syrveying method and apparatus//U.S.Patent 4,026,382 G01V 1/12, May 31, 1977.

99. Lee, J.H., Knystantas, R., and Lee, B.H.K. 1965. Structure of gaseous detonations in a convergent - divergent channel, AJAAY, 3.

100. V.N.Kostyuchenko, G.G.Kocharyan, I.S. Svintsov. Method and apparatus for generating seismic waves. Patent GB 2377020. 13.08.03

101. Е.А.Виноградов, В.Н.Костюченко, И.С.Свинцов. Метод воздействия на призабойную зону скважины при помощи скважинного генератора сейсмических волн. //Динамика взаимодействующих геосфер. М: ИДГ РАН. 2004. С.57-63.

102. И.С.Свинцов. Методика измерений движения грунта при крупномасштабных взрывах электродинамическими акселерометрами. // "Взрывное дело" №90/47. М.: "Недра". 1990. С.283-286.

103. Б.Г.Горюнов, И.С.Свинцов. Устойчивость сейсмоприёмников к поперечным воздействиям. //Динамические процессы в геосферах под воздействием внешних и внутренних потоков энергии и вещества. М.: ИДГ РАН. 1998. С.99-108.

104. Б.Г.Горюнов, Н.В.Кабыченко, Д.В.Павлов, И.С.Свинцов. Каналы регистрации сильных возмущений и высокочастотных микросейсм для длительного мониторинга массива горных пород. // Физические процессы в геосферах: их проявления и взаимодействия. М.: ИДГ РАН. 1999. С. 125-139.

105. Б.Г.Горюнов, Н.В.Кабыченко, И.С.Свинцов. О регулировке степени затухания колебательной системы малогабаритных сейсмоприёмников. // "Сейсмические приборы". Вып.30. М.: "Наука". 1998.

106. Г.Г.Кочарян, Б.Г.Горюнов, Н.В.Кабыченко, Д.В.Павлов, И.С.Свинцов. Сейсмический фон и диагностика блочной среды. // Физические процессы в геосферах: их проявления и взаимодействия. М.: ИДГ РАН. 1999. С.140-145.

107. В.Н.Костюченко, Г.Г.Кочарян, А.М Будков, И.С.Свинцов. Новый сейсмический источник и некоторые перспективы его применения. // Геофизика. №6. 2003. С. 17-24.

108. В.Н.Костюченко, Г.Г.Кочарян, А.М.Будков, Н.В.Кабыченко, Д.В.Павлов, И.С.Свинцов. Сейсмический эффект детонации воздушно-топливной смеси в скважине. // ФТПРПИ. 2003. №3. С.32-46

Информация о работе

Свинцов, Игорь Степанович
кандидата технических наук
Москва, 2006
ВАК 25.00.10

Диссертация

Разработка метода возбуждения сейсмических волн в массиве горных пород газовым взрывом в скважине - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы