2. Насыщающие пласт флюиды и газы не только влияют на акустическую активность твердой части пласта, но в свою очередь могут генерировать акустические колебания, когда возникает дегазация флюидов и фильтрационный поток становится неустойчивым с пульсациями скорости и давления, что соответствует переходу числа Рейнольдса через критическое значение.

Оно не имеет универсального значения и может находится в пределах от нескольких десятков до тысяч, в зависимости от условий фильтрации и свойств флюида или газа. При, числах Рейнольдса больших критического движение быстро приобретает сложный и запутанный характер со все меньшими масштабами турбулентности, возмущения взаимодействуют друг с другом, приводя как к упрощению, так и усложнению движения. Сейчас нет исчерпывающей теории возникновения турбулентности в различных типах течений. Допускаемые уравнениями движения моды возмущений обладают разными масштабами, т.е. расстояниями, на которых заметно меняется скорость пульсаций. Чем меньше масштаб движений, тем больше градиенты скорости и тем сильнее оно тормозится вязкостью. Остановимся теперь на некоторых параметрах развитой турбулентности, которая может встречаться на практике при затрубных перетоках, негерметичности обсадной колонны, в перфорированных интервалах, в пластах с интенсивным газовыделением. По мере возрастания числа Рейнольдса сначала появляются крупномасштабные пульсации, затем их масштаб уменьшается. Крупномасштабные обладают наибольшими амплитудами. Их скорость сравнима с изменениями Δν средней скорости на протяжении 1 основного масштаба турбулентности. Частоты этих пульсаций имеют порядок V/1. Мелкомасштабные пульсации, соответствующие большим частотам, имеют значительно меньшие амплитуды. Имеется как бы непрерывный поток энергии от малых частот к большим. Этот поток диссипируется в самых высокочастотных пульсациях. Порядок величины пульсации давления в области турбулентного движения . Наряду с пространственными масштабами представляют интерес временные характеристики пульсаций – частоты. Нижний порог частотного спектра турбулентных движений находится на частотах V/1, верхний определяется частотами

где - λ0 внутренний масштаб турбулентности, который определяет порядок величины масштабов наиболее высокочастотных пульсаций в потоке. Приведенные здесь общие характеристики турбулентного потока раскрывают один из механизмов генерации колебаний в околоскважинной среде и тем самым диагностические возможности ГАШ.

3. Теперь о механизме, связанном с дегазацией флюида. Если пластовое давление совпадает с давлением насыщения флюида газом, то жидкость находится в насыщенном состоянии. Движение газожидкостных систем в пористой среде сопровождается фазовыми переходами, которые влияют на характеристики фильтрации. Фазовые переходы происходят при изменении давления (процесс изотермический). Движение выделенного объема жидкости в пористой среде связано с изменением давления в нем и, соответственно, происходит выделение газа из жидкости. Темп изменения давления, а значит, и темп выделения газа, зависит от скорости движения в коллекторе. Давление может изменяться также в каждой точке во времени. В общем случае для одномерного потока:

Из термодинамики известно, что процесс фазовых превращений можно считать равновесным, если . При больших значениях процесс неравновесный и количество новой фазы определяется не только значением давления, но и скоростью его изменения. Для нефтегазовых систем неравновесный характер фазовых превращений проявляется при

Рассматривая радиальный поток, получим, что наибольшее значение имеет вблизи скважины, т.е. в призабойной зоне может быть неравновесный процесс разгазирования нефти, порождающий упругие колебания. В процессе дегазации также выделяют докавитационный (пульсация пузырьков преимущественно без схлопывания) и кавитационный режимы. Процесс дегазации происходит вплоть до установления нового значения равновесной концентрации. Практически всякая жидкость содержит газ в растворенном виде и в виде пузырьков. Растворимость основного компонента природного газа - метана в пластовой воде во много раз меньше его растворимости в нефти. При больших гидростатических давлениях, количество растворенного газа в нефти в 10-100 раз больше, чем в воде. Поведение жидкости и газа можно оценить на примере одиночного пузырька. В жидкости, находящейся под давлением Р0, на пузырек газа радиусом г действуют следующие силы: гидростатическое давление Р0,силы поверхностного натяжения , стремящиеся сжать, и давление газа Рг, пара Рп, противостоящие сжатию.

Результирующее давление:

Р = Рг + Рп – Р0 – 2

При Р>0 увеличиваются, а при Р<0 уменьшаются размеры пузырька. При достаточном количестве маленьких пузырьков газа, дегазация жидкости может происходить за счет их слияния. В зависимости от газового фактора, вязкости, поверхностного натяжения и сжимаемости нефти могут дегазироваться как лучше, так и хуже воды. Большую роль играет разность пластового давления P0 и давления насыщения. Если эта разность соответствует давлению метастабильной зоны, то дегазация и кавитация в нефти возможны при малой интенсивности сторонних воздействий. Рассмотренные процессы имеют нестационарный, колебательный характер, являются физической предпосылкой большого информативного потенциала ГАШ для решения наиболее существенных и сложных задач на всех стадиях геологоразведочных и эксплуатационных работ.

2.3. Аппаратура

BN-4002D - регистратор акустических шумов в скважинах с выводом сигналов в цифровом виде для оперативной обработки и визуализации данных на персональном компьютере NOTE BOOK в процессе измерений.

Аппаратура РДА-3 (регистратор динамической активности трехкомпонентный) с чувствительностью, позволяющей регистрировать сейсмоакустический отклик геосреды на деформации порядка 10-7 – 10-11 м, была разработана в Институте геофизики УрО РАН В.А.Фадеевым. (Рис. 3)Ó.

Аппаратура РДА-3 состоит из скважинного прибора и наземного пульта. В скважинном приборе размещены: пъезодатчики-акселерометры (вертикальный и два горизонтальных, расположенных под углом 90°) предварительный усилитель, калибровочный генератор, коммутационное устройство и стабилизатор питания. Скважинный прибор соединяется с наземным пультом трехжильным бронированным каротажным кабелем, по которому осуществляется питание прибора, управление режимами его работы и передача информации.