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 энергои 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 200 т. 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 100 т [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.

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.

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 условияхприменением апробированных современных методов измерения и регистрации исследуемых параметров, серийно выпускаемыхдатчиков и приборов, прошедших метрологический контрольсопоставлением 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 для сейсморазведки, так 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 поля, 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.

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

.

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.

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 № 2 199 660 и № 2 200 833 и патентом Великобритании № 2 377 020.

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 3 кг 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 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, 2004 г.

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 № 798 661, 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 № 2 075 596, 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 № 1 710 709, 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 № 2 065 949, 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 № 2 082 990, G01 V1/04,27.06.97. Бюл. № 18.

30. Козлов Д. А., Ледян Ю. Л. Способ регенерации напорных фильтров. A.c. 8 918 351, СССР,. — № 2 878 855/29−15- 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 № 2 200 833. 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 № 2 199 660. 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 № 2 064 576, 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, 1983 г.

52. Лопухов Г. П., Асан-Джалалов А.Г., Певнев A.A., и др. Вибрационный источник сейсмических сигналов//А. св. 1 492 330, 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. 1 686 879, 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. 1 341 602, оп. 30.09.87, бюл. N36.

58. Лопухов Г. П, Переплетчиков В. М. Устройство подготовки газовой смеси (газодинамический источник сейсмических колебаний)// А. св.1 217 111, ДСП,.

59. Лопухов Г. П. Вибросейсмическое воздействие и технические средства его реализации на поздней стадии разработки нефтяных месторождений // Автореферат докт. диссертации. М. 2000 г. 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 № 2 001 254, 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 № 2 042 799, 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 № 1 803 544, 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 № 760 010, 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 № 4 026 382, 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.24 411−24 426.

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 2 377 020. 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.