Введение к работе
Актуальность темы. Исследование волновых процессов в насыщенных пористых средах актуально с точки зрения приложений в разведке и добыче нефти и газа. Искусственно возбуждаемые сейсмические волны дают информацию о конфигурации слоев в породах дня разведки нефти и газа. Свойства пластов, вскрываемых нефтяными скважинами, определяются путем регистрации сейсмических волн на разных глубинах при возбуждении их взрывами либо другими источниками, расположенными в тон же скважине поблизости от приемника. При этом следует изучать направленность и эффективность источников, волновые характеристики отдельных слоев н границ, так как все эти параметры видоизменяют волну в процессе ее распространения и взаимодействия с приемником. Эти процессы могут быть поняты только тогда, когда зарегистрированные сигналы будут должным образом истолкованы в терминах истинного движения грунта в области приемника. Поэтому необходимо исследовать закономерности распространения волн вблизи цилиндрических полостей, так как любые измерения во внутренних точках среды требуют бурения скважины: при этом очень редко скважишюе пространство заполняется таким веществом, чтобы можно было считать среду ненарушеной. В реальных условиях необходимо учитывать влияние скважины на процесс регистрации волн. В связи с этим представляется актуальным изучить особенности распространения не только плоских волн, но и волн с цилиндрической и сферической симметрией. Для адекватного описания распространения и затухания волн необходим учет несовпадения скоростей и напряжений флюида и твердой фазы, неупругого поведения скелета пористой среды.
Имеющиеся в настоящее время промысловые данные свидетельствуют о том, что. трещиноватые породы имеют сложное строение, а движение жидкости и газа в них отличается некоторыми особенностями по сравнению с движением в пористой среде. В трещиноватой породе имеются Микро- и макротрещины, мелкие и крупные каверны, полости; сама порода (пространство между трещинами) может быть абсолютно непроницаемой или представлять собой обычную пористую среду. Анализ течения флюида в порах и в трещинах с учетом реальных значений их размеров и объемных содержаний показывает, что характеристики движения в блоках и трещинах
(давление, скорость фильтрации) оказываются различными. Поэтому трещиновато-пористую среду рассматривают как совмещение двух сред с порами разных масштабов, причем между системами пор в такой среде может происходить обмен жидкостью (газом). При изучении процессов фильтрации в таких средах обычно принимается, что скелет неподвижен, а пористости и проницаемости каждой из систем пор могут зависеть от давлении. Поэтому построение и обоснование моделей сред с двойной пористостью, позволяющих исследовать движение и флюида, и твердого скелета, представляют интерес как в теоретическом, так и в практическим плане. Численное исследование волновых процессов в таких средах и дальнейшие исследования, возможно, дадут оспину для определения характеристик природных систем, исходя из результатов наблюдении взрывных или искуственно возбуждаемых сейсмических волн.
Целью работы является теоретическое исследование нестационарных
волновых процессов в насыщенной жндкоеть.0 пористой среде с вязкоуиругим
скелетом, анализ особенностей распространения одномерных импульсных
возмущений сжатия и сдвига в рамках линейной теории; построение модели
деформируемой среды с двойной пористостью, учитывающей несовпадение
скоростей и давлений жидкости в системах пор различного характерного
размера, и исследование закономерностей распространения
монохроматических волн в такой среде.
Научна» повита рабош состоит в исследовании процессов распространения одномерных цилиндрически- и сферически- симметричных волн сжатия, а также одномерных волн сдвига с плоской и цилиндрической симметрией в насыщенной порисюй среде. Исследование процессов с цилиндрической и сферической симметрией в рамках двухскоростной с двумя напряжениями модели проведено впервые. Предложена трехекоростная с тремя давлениями модель деформируемой среды с двойной пористостью (построено уравнение состояния для скелета и предложено выражение для интенсивности обмена жидкостью между системами пор, )чи1ываюшее нестационарное! ь процесса); изучены особенности распространения монохрома шческн.ч волн в средах с двойной норне і остью; выяснено влияние параметров среды.и модели на характер распространения линейных воли.
Дастонгрмк-пп- результатов диссертации следует из тою, что они основаны на общих іаконах и уравнения'; механики' сплошных сред и
обусловлена согласием полученных уравнений и соотношений в предельных частных случаях с известными из литературы, а также проведением тестовых расчетов.
Практическая ценность заключается в установлении основных закономерностей распространения одномерных цилиндрически- и сферически-симметричных волн сжатия, сдвиговых монохроматических волн, а также одномерных импульсных волн сдвига с плоской и цилиндрической симметрией в насыщенной жидкостью пористой среде; в построении модели деформируемой среды с двойной пористостью; изучении особенностей распространения монохроматических волн в средах с двойной пористостью; выявлении характера влияния параметров среды и модели на распространение волн.
Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались на научных семинарах по механике многофазных сред (Институт механики многофазных систем, Тюмень, 1994-1996г.), на семинарах "Акустика неоднородных сред" (Новосибирск, 1994г., 1996г.), на международной конференции "Математические модели и числегшые методы механики сплошных сред" (Новосибирск, 1996г.), на международной Паучно-техничесой конференции "Нефть и газ Западной Сибири" (Тюмень, 1996г.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 16 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 156 страниц, включая 48 рисунков и список литературы, состоящий из 101 наименования.