Спектральні характеристики бігармонічних акустичних хвиль під час їх дії на нелінійне геофізичне середовище

Abstract

Для підвищення нафтогазовіддачі пластів застосовують акустичні методи дії на їх геофізичне середовище. З метою розширення можливостей акустичного впливу на нафтогазоносні пласти досліджено спектральні характеристики бігармонічної акустичної дії на пласт. Використано рівняння нелінійної акустики, які методом змінного профілю зведено до рівняння простих хвиль. На основі розв’язку рівняння простих хвиль для збурення довільної форми досліджено спектральні характеристики бігармонічного сигналу ν = sin2ωt + msin(ωt + φ), який поширюється в нелінійному геосередовищі при m ≪ 1. Установлено, що процес взаємодії потужного сигналу з частотою 2ω і слабкішого сигналу з частотою ω чутливий до зсуву фази φ. За взаємодії слабкого сигналу з частотою ω, зсунутого за фазою φ, з інтенсивною хвилею накачування частоти 2ω виникає нелінійний ефект параметричного підсилення слабкого сигналу. Виявлено, що підсилення амплітуди слабкого сигналу спостерігається під час зсуву за фазою в діапазоні φ = 45-135°, найбільше підсилення — при куті зсуву фази φ = 90°. В інших випадках амплітуда слабкого сигналу зменшується. Отриманий результат може бути використаний при розробці перспективних хвильових методів обробки структурованих нафтогазоносних пластів, в яких розширення ділянки обробки пов’язується з підсиленням амплітуди акустичної хвилі

Для повышения нефтегазоотдачи пластов применяются акустические методы воздействия на геофизическую среду. С целью расширения возможностей акустического воздействия на нефтегазоносные пласты исследованы спектральные характеристики бигармонического акустического воздействия на пласт. Использованы уравнения нелинейной акустики, сводимые методом переменного профиля к уравнению простых волн. На основе решения уравнения простых волн для возмущения произвольной формы исследованы спектральные характеристики бигармонического сигнала ν = sin2ωt + msin (ωt + φ), распространяющегося в нелинейной геофизической среде при m ≪ 1. Установлено, что процесс взаимодействия мощного сигнала с частотой 2ω и более слабого сигнала с частотой ω чувствителен к смещению фазы φ. При взаимодействии слабого сигнала с частотой ω, смещенного по фазе φ, с интенсивной волной накачки частоты 2ω возникает нелинейный эффект параметрического усиления слабого сигнала. Усиление амплитуды слабого сигнала наблюдается при сдвиге по фазе в диапазоне φ = 45°-135°, максимальное — при сдвиге по фазе φ = 90°. В других диапазонах сдвига φ амплитуда слабого сигнала уменьшается. Полученный результат может быть использован при разработке перспективных волновых методов обработки структурированных нефтегазоносных пластов, в которых расширение области обработки связывается с усилением амплитуды акустической волны резонансной частоты путем использования энергии более высокочастотной интенсивной волны накачки.

Purpose. Acoustic methods are used for acting on geological medium in order to increase oil and gas reservoir recovery. To enlarge possibilities of acoustic effect on hydrocarbon layers the authors have studied spectral characteristics of biharmonic acoustic effect on a layer. Design/methodology/approach. Equations of non-linear acoustics were applied in this process, which can be reduced to equations of simple waves with the help of an alternating profile method. Findings. Based on solving the equation of simple waves for disturbance of arbitrary shape, we studied spectral characteristics ofbiharmonic signal ν = sin2ωt + msin(ωt + φ) which propagates in nonlinear geo-medium with m ≪ 1. We have found that the process of interaction of a strong signal with frequency 2ω and a weaker signal with frequency ω is sensitive to the shift of the phase φ. In case of interaction of a weak signal with frequency ω, shifted by phase φ, with intense wave of pumping with frequency 2ω, there appears a nonlinear effect of parametric amplification of a weak signal. We have revealed that amplification of the weak signal pulse height is observed in the case of the shift of the phase in the range of φ = 45°...135°. The biggest amplification is observed when the angle of the shift of the phase φ = 90° and reaches 3,7. When φ = 0°...45°; 135°...180° the amplitude of a weak signal decreases. Practical value/implications. The results obtained can be used for developing promising wave methods of structured hydrocarbon-bearing layers processing, where the proposed widening of acoustic processing range is connected with the enhancement of the amplitude of resonance frequency wave by applying the energy of an intensive injection wave with higher frequency.