Способ обнаружения прекращения распространения заполненной жидкостью трещины в среде - RU2347217C1

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к мониторингу заполненных жидкостью областей в среде и, в частности, к обнаружению прекращения распространения заполненной жидкостью трещины в среде на основе граничных волн, распространяющихся по их поверхностям.

Предшествующий уровень техники

Используемый в описании термин "заполненная жидкостью область" является обобщенным понятием для любой заполненной жидкостью несплошности в сплошной среде. В частности, заполненными жидкостью областями могут быть трещины, слои, разломы, сдвиги. Используемый в описании термин "мониторинг" является обобщенным понятием для действий по обнаружению, наблюдению, прогнозированию, анализу или определению основных характеристик.

Настоящее изобретение применимо к широкому разнообразию сред (в частности, подземным формациям, элементам конструкций, костям) и жидкостей (в частности, воде, нефти).

Мониторинг заполненных жидкостью трещин имеет исключительное значение во многих областях человеческой деятельности, например в добывающей промышленности, медицине, строительстве. При этом заполненные жидкостью трещины в среде могут быть как желательными, так и нежелательными. К желательным трещинам относятся трещины, созданные искусственным путем, например трещины гидроразрыва, предназначенные для повышения эффективности нефтедобычи или предварительной обработки руды при добыче. К нежелательным заполненным жидкостью трещинам относятся, в частности, крупномасштабные естественные подземные трещины в окрестности городов и промышленных объектов, трещины в строительных конструкциях и костях.

Иногда проппант образует непроницаемую структуру вблизи вершины трещины, в результате чего трещина прекращает расти. Обнаружение момента, когда трещина перестает расти, является важным для оператора, которому требуется определить момент остановки закачивания проппанта.

Мониторинг заполненных жидкостью областей также имеет большое значение в контексте обнаружения, отслеживания и определения характерных размеров масштабных природных трещин в подземных формациях, которые могут стать причиной эрозии земной поверхности, трещин в различных элементах строительных конструкций, таких как плиты, фундаменты зданий, различные виды опор, которые могут привести к разрушению элементов конструкций, а также разведки подземных слоев, заполненных жидкостью, и определения их характеристик.

Из US 5206836 известен способ обнаружения прекращения распространения заполненной жидкостью трещины в среде, содержащий этапы, на которых регистрируют колебания заполненной жидкостью трещины.

Результат, обеспечиваемый данным способом, достигается посредством отслеживания в реальном масштабе времени резонансной частоты колебаний заполненной жидкостью трещины; обнаружения прекращения распространения заполненной жидкостью трещины посредством обнаружения перехода, когда резонансная частота колебаний заполненной жидкостью трещины прекращает уменьшаться со временем и начинает расти.

Таким образом, в настоящее время в рассматриваемой области техники имеется потребность в быстрых надежных способах мониторинга заполненных жидкостью областей, обеспечивающих возможность выполнять мониторинг в реальном времени.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа обнаружения прекращения распространения заполненной жидкостью трещины в среде.

Для решения этой задачи в соответствии с изобретением предложен способ обнаружения прекращения распространения заполненной жидкостью трещины в среде, содержащий этапы, на которых регистрируют колебания заполненной жидкостью трещины; отслеживают в реальном масштабе времени резонансную частоту колебаний заполненной жидкостью трещины; обнаруживают прекращение распространения заполненной жидкостью трещины посредством обнаружения перехода, когда резонансная частота колебаний заполненной жидкостью трещины прекращает уменьшаться со временем и начинает расти. При этом способ дополнительно содержит этап, на котором перед регистрацией колебаний возбуждают колебания заполненной жидкостью трещины, при этом этапы способа выполняют в реальном масштабе времени. Причем средой может являться подземная формация, причем подземной формацией может быть подземная формация шельфа; или погруженная в жидкость часть элемента конструкции, причем элементом конструкции может быть опора моста, опора морской платформы или фундамент здания; или кость.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные и иные признаки и преимущества настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем описании его осуществления, приводимого со ссылками на фигуры чертежей, на которых:

Фиг.1 - блок-схема этапов способа обнаружения прекращения распространения заполненной жидкостью трещины в среде согласно изобретению.

Фиг.2 - иллюстрация качественного перехода, когда отслеживаемая резонансная частота колебаний заполненной жидкостью трещины прекращает уменьшаться со временем и начинает расти.

Описание варианта осуществления изобретения

Как было отмечено ранее, одним из важных аспектов мониторинга заполненной жидкости трещины является определение момента, когда она прекращает расти. При прекращении роста колеблющейся заполненной жидкостью трещины в продольном направлении она начинает раскрываться, то есть увеличивается ее ширина. Согласно вышеописанному подходу при увеличении ширины трещины увеличивается групповая скорость граничных волн, распространяющихся вдоль поверхностей трещины, что приводит к увеличению резонансной частоты колебаний заполненной жидкостью трещины при постоянном продольном характерном размере трещины.

Ниже со ссылкой на фиг.1 описывается способ обнаружения прекращения распространения заполненной жидкостью трещины в среде. На этапе 1 регистрируют колебания заполненной жидкостью трещины, при этом, предпочтительно, перед регистрацией колебания заполненной жидкостью трещины возбуждают. Регистрацию и возбуждение колебаний трещины выполняют с помощью любого известного подходящего способа или средства, описанного выше.

На этапе 2 отслеживают в реальном масштабе времени резонансную частоту колебаний заполненной жидкостью трещины. На этапе 3, согласно вышесказанному, обнаруживают прекращение распространения заполненной жидкостью трещины посредством обнаружения перехода, когда резонансная частота колебаний заполненной жидкостью трещины, отслеживаемая на этапе 2, прекращает уменьшаться со временем и начинает расти. Пример этого качественного перехода представлен на графике по фиг.2.

Вышеописанный способ применим для различных сред, например костей человека или животного; подземных формаций (в частности, подземной формации шельфа); погруженных в жидкость частей элементов конструкции, таких как опоры мостов, опоры морских платформ, фундаменты зданий.

Различные режимы распространения трещины проанализированы теоретически в книге Reservoir Stimulation, Third Edition, 2000, eds. M.J.Economides and K.G.Nolte, John Wiley & Sons, Ltd. В случае постоянной частоты накачивания каждый из сценариев характеризуется формулами типа

L(t)˜t^q

для некоторого q>0. Можно получить следующую зависимость резонансной частоты от времени для каждого конкретного сценария

Таким образом, отслеживание развития резонансной частоты во времени может обеспечить информацию о режиме распространения трещины.

Развитый в настоящем изобретении подход к мониторингу заполненных жидкостью областей на основе граничных волн, распространяющихся по их поверхностям, применим не только к заполненным жидкостью трещинам в различных средах. В частности, этот подход можно использовать для мониторинга заполненных жидкостью слоев в различных средах, предпочтительно, в подземных формациях (например, в подземной формации шельфа). Основным аспектом мониторинга в этом случае является определение физических свойств заполняющей слой жидкости (предпочтительно вязкости и плотности) и физических свойств окружающей слой среды (предпочтительно пористости и проницаемости), а также определение геометрии (предпочтительно ширины) слоя.

Поскольку по своей сути слой является очень протяженным, что позволяет при моделировании считать его бесконечным, анализ его колебаний на основе стоячих граничных волн, распространяющихся по его поверхностям, неприменим. Интерпретация колебаний заполненного жидкостью слоя осуществляется на основе бегущих граничных волн, распространяющихся по его поверхностям.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретные варианты его осуществления. Для специалистов в данной области техники могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Реферат

Изобретение относится к мониторингу заполненных жидкостью областей в различных средах, к которым относятся, например, подземные формации, элементы конструкций, кости. Заявлен способ обнаружения прекращения распространения заполненной жидкостью трещины в среде. Согласно этому способу регистрируют колебания трещины. Определяют волновые характеристики стоячих граничных волн, распространяющихся вдоль поверхностей трещины, на основе зарегистрированных колебаний с учетом свойств среды и жидкости. В основе способа лежит анализ колебаний заполненных жидкостью областей на основе граничных волн, распространяющихся по их поверхностям. Предлагаемый способ, в силу характерной для него простоты обработки данных, обеспечивает эффективный мониторинг заполненных жидкостью областей, который можно выполнять в реальном времени. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула