Акустическое воздействие на ПЗП. Проблемы сейсмоэффекта

     Одним из важнейших механизмов акустического воздействия на ПЗП является сейсмоэлектический эффект, суть которого заключается в преобразовании акустической энергии в электрокинетическую. Созданное переменное электрическое поле разрушает пристеночные слои жидкости, имеющие электростатическую природу и неподвижные при обычных перепадах давления. Также электрическое поле уменьшает дипольные моменты молекул жидкости, таким образом снижая ее вязкость. Существенным достоинством сейсмоэлектрического эффекта является его длительное последействие (2 и более месяцев в реальных пластовых условиях).

          Несмотря на важность проблемы сейсмоэффекта, в литературе отсутствуют фундаментальные труды на эту тему. Существуют опубликованные в виде статей разрозненные теоретические и экспериментальные материалы, в некоторых случаях противоречащие друг другу. Исследовательский отдел ЗАО “Инеф” проанализировал обнаруженные публикации, несколько переработал и дополнил найденную информацию. В результате была создана теория, позволяющая подходить к электрокинетическому аспекту акустического воздействия на ПЗП расчетным методом и выбирать параметры излучения и способ обработки скважин с целью достижения требуемого результата посредством сейсмоэффекта.

1. Пристеночные слои жидкости

          В пористой среде капиллярный канал представляет собой систему, состоящую из твердой стенки, пристеночного слоя неподвижной жидкости (двойного электрического слоя, или, диффузионного слоя), подвижной жидкости. Толщина двойного слоя L зависит от свойств жидкости и определяется по формуле:

(1)L=

где             - заряд электрона

                 - диэлектрическая проницаемость

          K       - константа Больцмана

          T        - температура

          Z        - валентность катионов

          C     - концентрация солей.

Следовательно, толщина слоя пропорционально корню из диэлектрической   проницаемости жидкости. Разброс значений этого параметра - от 81 (вода) до 1,5 (маловязкие нефти). Соответственно при равной минерализации раствора толщина пленки воды будет больше толщины нефтяной пленки в

          81    1,5 = 9/1,2 = 8 раз. Это соответствует уменьшению сечения порового канала для воды по сравнению с нефтью (проницаемости) в 1, 74 раза.

          Возможно, этим объясняется ухудшение профиля приемистости нагнетательных скважин, после времени закачки, достаточного для образования пристеночных слоев (1-2 месяца).

2. Теория формирования скачка потенциалов и двойного

электрического слоя на границе “стенка капилляра - жидкость”

          Двойные электрические слои обязаны своей природой электростатическому взаимодействию твердой и жидкой фазы, в результате которого образуется разность потенциалов (скачок потенциала) на контакте.

          Скачок потенциала на границе жидкость-твердое тело (в нашем случае - минерал) обусловлен двумя процессами: 1) диссоциацией атомов твердого тела на ионы и электроны внутри твердого тела; 2) сольватацией ионов твердого тела, находящихся на поверхности при соприкосновении с жидкостью. Каждая стадия имеет определенную энергетическую характеристику: для первой - это работа выхода катиона                    , для второй - энергия сольватации

. Соотношение        определяет начальное направление процесса при контакте твердого тела и раствора, заряд и потенциал на границе раздела фаз. На рис.1 изображены твердое тело и жидкость. В точке а на границе находится катион              , обладающий энергией                    . Если этот катион перемещать вглубь минерала, то необходимо затратить работу на преодоление сил отталкивания катионов, находящихся внутри. Энергия катиона       возрастает при этом по кривой аа’. Перевод катиона в вакуум также связан с затратой работы на  разрушение кристаллической решетки минерала. При этом энергия катиона возрастает по кривой аа”. (Энергия сольватированного иона             в жидкости будет меньше, чем иона в вакууме на величину энергии сальватации.) Расположенный в непосредственной близости к минералу в точке в сольватированный ион                           обладает энергией     . Перемещение иона из этой точки ближе к минералу, или дальше от него, связано с работой на разрушение сольватной оболочки, или на преодоление сил отталкивания со стороны других катионов жидкости. Энергия катиона при этом возрастает как вв’ и вв’’. Точка к определяет энергетический барьер          процесса перехода катиона с минерала в жидкость и обратно. Работа выхода катиона и энергия его сольватации вычисляются по соотношениям: