Фокусирование цилиндрических расходящихся волн в приложении к задачам скважинной геоакустики тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

0046641

КАСЬЯНОВ Дмитрий Альбертович

ФОКУСИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РАСХОДЯЩИХСЯ ВОЛН В ПРИЛОЖЕНИИ К ЗАДАЧАМ СКВАЖИННОЙ ГЕОАКУСТИКИ

01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук

1 7 ИЮН 2010

Нижний Новгород 2010

004604120

Работа выполнена в Федеральном государственном научном учреждении «Научно-исследовательский радиофизический институт» Федерального агентства по науке и инновациям России (ФГНУ НИРФИ), г. Нижний Новгород.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук член-корреспондент РАН НИКОЛАЕВ Алексей Всеволодович Учреждение Российской академии наук Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН (ИФЗ РАН)

доктор физико-математических наук профессор

САИЧЕВ Александр Иванович Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского» (ННГУ)

доктор физико-математических наук ЛЕБЕДЕВ Андрей Вадимович Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН

Ведущая организация:

Российский федеральный ядерный центр -Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ)

Защита состоится «16» июня 2010 г. в 15 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.161.01 при Федеральном государственном научном учреждении «Научно-исследовательский радиофизический институт» Федерального агентства по науке и инновациям России (ФГНУ НИРФИ) по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Большая Печерская, 25/12а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГНУ НИРФИ. Автореферат разослан « 12 » мая 2010 г. Учёный секретарь

Диссертационного совета Д212.161.01 кандидат физико-математических наук

А. Н. Караштин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

При использовании акустических полей в приложениях часто возникают ситуации, когда сама геометрия диктует те или иные формы излучающих апертур. Особенно это заметно при рассмотрении проблемы излучения акустических полей из скважин. Диаметры скважин, используемых как в научных, так и практических целях, имеют в подавляющем большинстве случаев малые волновые размеры, что приводит к необходимости использования акустических источников с одномерными излучающими апертурами. Такие источники дают акустическое поле, имеющее либо сферическую, либо цилиндрическую расходимость. Подобная «ограниченность в средствах» создает часто непреодолимые трудности на пути получения различных акустических эффектов во многих скважинных задачах, связанных как с исследованием окружающего пространства, так и с воздействием на скважинные геотехнологические процессы. По всей видимости, единственным способом как-то обогатить акустическую ситуацию для скважинных антенн является введение различных фазовых распределений вдоль образующей протяженной антенны, создающей цилиндрическую расходимость. В теории гидроакустических антенн рассмотрены некоторые, связанные с этим, проблемы. Так, подробно исследованы вопросы формирования характеристик направленности, изучены коэффициенты концентрации и т.д. компенсированных линейных непрерывных и дискретных антенн как в свободном пространстве (под компенсацией имеется ввиду фазовое распределение, обеспечивающее синфазность всех элементов антенны относительно заданного направления), так и в волноводах.

На основе использования линейных протяженных антенн ограниченной апертуры строятся эффективные алгоритмы

выделения слабых рассеянных сигналов на фоне мощных помех в морской акустике.

Задачи, решаемые в теории гидроакустических антенн, возникли из нужд их практического использования, которые, в общем случае, существенно отличаются от нужд практического использования скважинных антенн. В подавляющем большинстве работ, где обсуждаются те или иные свойства гидроакустических линейных непрерывных или дискретных антенн, рассматривается зона дифракции Фраунгофера (исключением является цикл работ В. А. Зверева, где исследуются возможности приемной линейной антенны, способной, так или иначе, оценивать кривизну принимаемого ею волнового фронта). Для скважинных протяженных акустических антенн принципиальным является постановка проблемы компенсации цилиндрической расходимости для увеличения амплитуды создаваемого ею поля в околоскважинной зоне и рассмотрение, таким образом, зоны дифракции Френеля. Действительно, существуют два основных типа скважинных акустических задач. Во-первых, это задачи диагностики или задачи исследования из скважин. Во-вторых, это задачи воздействия на различные скважинные геотехнологические процессы (имеется ввиду нефтегазодобыча, подземное выщелачивание редких металлов, подземное растворение солей и др.). Задачи акустического исследования из скважин пока исчерпываются устоявшимися технологиями акустического каротажа, чаще всего односкважинного, где измеряются скорость звука и затухание акустических волн в околоскважинном пространстве.

В существующих технологиях акустического каротажа используемые скважинные акустические источники создают расходящиеся фронты, применение же сложных фазовых фронтов может существенно обогатить ситуацию. Применяя, например, фазовые фронты, создающие контрастность по полю в околоскважинной зоне, можно получить достоверную информацию

как о линейных, так и о нелинейном параметре среды. Более того, отвлекаясь от скважинной проблематики, здесь можно построить метод нелинейной диагностики фокальной области сфокусированного пучка в оптически непрозрачных средах. Второй тип скважинных акустических задач является не менее актуальным. Дело в том, что с физической точки зрения все геотехнологические процессы, связанные с добычей полезных ископаемых, есть не что иное, как процессы тепло- массопереноса в многофазных средах, а влияние упругих полей на подобные процессы известно и является широко обсуждаемым в различных приложениях.

Технологии, использующие различные виды акустического воздействия из скважин, уже давно существуют, например, в нефтепромысловом деле (воздействие монохроматическим акустическим полем различного частотного диапазона; воздействие импульсами от пластоиспытателей, искровых источников; виброударная обработка и др.).

Подобные технологии, так или иначе, способствуют решению промысловых задач (увеличение дебита добывающих скважин, вызов притока жидкости из пласта в простаивающих скважинах, повышение приемистости нагнетательных скважин). Известно, что физико-химические механизмы акустического воздействия, реализующиеся в скважинных акустических технологиях, проявляются существенно эффективней с ростом интенсивности акустического поля и радиуса озвучиваемой зоны. Основной причиной ограничения интенсивности излучаемого поля является малость диаметров сооружаемых эксплуатационных скважин (сейчас, в основном, в эксплуатации находятся скважины с внешним диаметром от 140 до 245 мм), и единственно реальная возможность увеличения энергии акустического поля в прискважинной зоне заключается в создании антенн, распределенных вдоль оси скважины. Существующие технические

решения позволяют в данном случае несколько увеличить энергию акустического поля в нефтяном пласте за счет уменьшения геометрической расходимости энергии этого акустического поля. Тем не менее, цилиндрически расходящийся фронт - не самый эффективный фазовый фронт для воздействия на прискважинную зону. Более эффективен будет тот фазовый фронт, который даст возможность как-то скомпенсировать непреодолимую, в ситуации линейной протяженной антенны, цилиндрическую расходимость. Очевидно, что таким фазовым фронтом будет сфокусированный фазовый фронт, который создан специфическим фазовым распределением вдоль образующей протяженной цилиндрической антенны. Вообще говоря, теория фокусирования акустических волн достаточно хорошо разработана. Тем не менее, проблема фокусирования расходящихся цилиндрических волн ранее не ставилась, по всей видимости, потому, что не ясна была область применения подобных исследований и изучались ситуации, связанные с фокусированием акустических волн из «закрытых» апертур (линзы, рефлекторы, концентраторы и т.д.). Таким образом, методы формирования сфокусированных цилиндрически расходящихся фронтов и вопросы, связанные с их распространением, представляют значительный интерес, так как они востребованы в такой обширной области как скважинная акустика.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы являлась разработка принципов и методов создания нового класса акустических антенн -фокусирующих скважинных излучателей, их реализация и тестирование в различных масштабных экспериментах.

В задачи работы входило:

1. Разработка теоретических основ метода увеличения интенсивности акустического поля в околоскважинном пространстве с помощью создания фокусирующих фазовых

распределений вдоль образующей протяжённой скважинной антенны.

2. Физическое и математическое моделирование метода фокусирования цилиндрически расходящегося поля с помощью создания дискретных фазовых распределений на начальной апертуре. Оценка эффективности цилиндрической зонной линзы для создания нового класса акустических приборов - фокусирующих скважинных излучателей.

3. Решение проблемы оптимального согласования линейной протяжённой антенны, находящейся в заполненной жидкостью скважине, с массивом.

4. Разработка и изготовление фокусирующих скважинных излучателей и их экспериментальное исследование.

5. Планирование и проведение полевого эксперимента по акустическому воздействию на процесс подземного выщелачивания с помощью фокусирующих скважинных излучателей. Анализ результатов.

6. Оценки возможности использования фокусирующих скважинных излучателей в актуальных задачах скважинной геоакустики.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработаны теоретические основы метода увеличения интенсивности цилиндрически расходящегося поля с помощью начальных фазовых распределений, позволяющих в определённой области пространства компенсировать начальную цилиндрическую расходимость. Математически промоделирована ситуация фокусирования расходящейся цилиндрической волны бесконечной апертуры с произвольным непрерывным распределением фазы и амплитуды по начальной апертуре. В широкой области параметров получены и проанализированы двумерные выражения для давления и компонент скорости. Рассмотрены

7

особенности фокусирования, возникающие при ограничении апертуры.

2. Физически и математически смоделирован метод фокусирования цилиндрически расходящегося поля с помощью создания дискретных фазовых распределений на начальной апертуре. Показано, что распределение зон Френеля на расходящемся цилиндрическом фронте существенно отличается от плоского и сферического случаев. В широкой области параметров получены и проанализированы двумерные выражения для давления и компонент скорости в поле, создаваемом цилиндрической зонной линзой Френеля. Поведение акустического поля цилиндрической зонной линзы исследовано экспериментально, получено совпадение с теорией. Экспериментально найдены и исследованы различные варианты создания цилиндрической зонной линзы.

3. Решена проблема оптимального согласования протяжённой пьезокерамической антенны, находящейся в заполненной жидкостью скважине, с массивом. Впервые найдены импедансные граничные условия, позволяющие корректно описать некомпенсированную пьезокерамическую антенну, работающую в заполненной жидкостью скважине. Теоретически и экспериментально исследованы условия, приводящие к оптимальному согласованию системы пьезокерамическая антенна - скважина - массив.

4. Показано, что оптимальным типом фокусирующего скважинного излучателя является антенна, собранная в виде цилиндрической зонной линзы. Произведено математическое моделирование работы пьезокерамической некомпенсированной антенны, собранной в виде цилиндрической зонной линзы, находящейся в заполненной

жидкостью скважине и излучающей сфокусированное акустическое поле в твёрдую среду.

5. На основе разработанных модельных представлений об оптимальном типе фокусирующего скважинного излучателя впервые изготовлены и испытаны скважинные акустические источники с возможностью фокусирования акустического поля.

6. Разработаны принципы создания фокусирующего акустического скважинного излучателя с переменным фокусным расстоянием.

7. Впервые проведён полевой эксперимент по акустической интенсификации процесса подземного выщелачивания редких металлов. Показано, что использование сфокусированных акустических полей для интенсификации скважинных геотехнологических процессов обладает значительной перспективой.

8. Впервые предложен односкважинный метод исследования нелинейных параметров околоскважинного пространства с возможностью получения информации о нелинейных характеристиках среды, находящейся вне нарушенной прискважинной зоны.

Совокупность научных результатов диссертации может рассматриваться как существенный вклад в решение целого ряда актуальных научных и практических задач скважинной геоакустики. Вклад заключается в разработке методов и принципов излучения из скважин сфокусированных акустических полей, что позволило разработать новейшие технологии и оборудование для воздействия акустическими полями из скважин на геотехнологические процессы и создать принципиально новые методы диагностики околоскважинного пространства.

Практическая ценность работы

Настоящая диссертационная работа представляет собой замкнутый цикл исследований, начиная от создания теоретических основ метода увеличения интенсивности цилиндрически расходящегося поля с помощью начальных фазовых распределений и заканчивая тестированием в полевых экспериментах образцов разработанного и изготовленного оборудования.

В результате проведённых исследований создан совершенно новый класс акустических скважинных излучателей - излучателей с возможностью фокусирования акустической энергии в прискважинной зоне. На основе данных разработок возможно существенное развитие (как это показано в диссертации) действующих скважинных акустических технологий и создание новых. Особенную ценность скважинные фокусирующие излучатели имеют для создания технологий акустической интенсификации различных скважинных геотехнологических процессов, таких как нефтегазодобыча, подземное выщелачивание, подземное растворение солей и др. Подобная роль скважинных фокусирующих излучателей связана с тем, что лишь такой тип излучателей может радикально увеличить интенсивность акустического поля в прискважинной области.

Более того, в работе показана возможность использования разработанных излучателей для избирательного воздействия на небольшие локализованные участки в прискважинной зоне. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы повсеместно в горнодобывающих отраслях при совершенствовании скважинных добычных технологий. Проведёнными исследованиями доказаны преимущества скважинных акустических систем с возможностью фокусирования акустической энергии в околоскважинной зоне перед существующими и показана перспективность их использования для интенсификации скважинных геотехнологических процессов. Фактически,

исследования доведены до формулировки технических требований на создание многофункционального акустического комплекса акустической интенсификации скважинных геотехнологических процессов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработаны теоретические основы метода увеличения интенсивности цилиндрически расходящегося поля с помощью начальных фазовых распределений, позволяющих в определённой области пространства компенсировать начальную цилиндрическую расходимость. Теоретически и экспериментально исследованы возможные типы фокусировки цилиндрически расходящихся волн. Показано, что с помощью фокусировки расходящихся цилиндрических волн можно достичь значительной компенсации цилиндрической расходимости.

2. С целью разработки оптимального типа фокусирующего скважинного излучателя разработаны принципы фокусирования цилиндрически расходящихся волн с помощью дискретных начальных фазовых распределений. Показано, что закон образования зон Френеля на расходящемся цилиндрическом фронте существенно отличается от плоского и сферического случаев. Экспериментально исследована дифракция вблизи фокуса цилиндрической зонной линзы. Экспериментально найдены и исследованы различные варианты создания цилиндрической зонной линзы.

3. Построена модель оптимального фокусирующего скважинного излучателя. Определены предельные возможности фокусирования цилиндрически расходящегося акустического поля в твёрдой среде. В широкой области параметров получены и проанализированы двумерные выражения для полей, создаваемых сфокусированным цилиндрически расходящимся фронтом в твёрдой среде.

4. Показано, что работа в скважине реальной пьезокерамической (магнитострикционной) антенны описывается импедансными условиями, значительно отличающимися от идеальных граничных условий. Разработана процедура получения оптимальных условий согласования реальных протяжённых антенн, находящихся в заполненных жидкостью скважинах, с массивом. Результаты протестированы в полевом эксперименте.

5. Проведён первый в мире успешный эксперимент по акустической интенсификации подземного выщелачивания редких металлов. Показано, что сфокусированное акустическое поле является весьма эффективным средством воздействия на процессы подземного выщелачивания металлов, особенно из гидрогенных месторождений, находящихся на поздних стадиях эксплуатации.

6. Показано, что использование сфокусированного акустического поля для интенсификации скважинных геотехнологических процессов даёт возможности построения методов диагностики этих процессов. В проведённом полевом эксперименте показаны возможности определения такого параметра процесса как коэффициент фильтрации.

7. Предложено и обосновано применение фокусирующих акустических скважинных излучателей в актуальных задачах скважинной геоакустики как в задачах интенсификации добычных геотехнологических процессов на примере подземного растворения солей, так и в задачах исследования околоскважинного пространства на примере создания метода нелинейного вертикального профилирования.

Апробация работы

Основные результаты исследований, представленных в диссертации, докладывались на Международных симпозиумах по нелинейной акустике (11-м, Новосибирск, 1987 г.; 14-м, Нанкин, Китай, 1996 г.;

16-м, Москва, 2002 г.; 18-м, Стокгольм, 2008 г.), на Всесоюзном семинаре «Нетрадиционные методы геофизических исследований неоднородностей в земной коре» (Москва, 1989 г.), на 12-м Всесоюзном симпозиуме по дифракции и распространению волн (Винница, 1989 г.), на 11-й Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991 г.), на сессиях Российского акустического общества (11-й, 2001 г.; 13-й, 2003 г.; 15-й, 2004 г.; 16-й, 2005 г.; 18-й, 2006 г.; 19-й 2007 г.), на Нижегородской акустической научной сессии 2002 г, на научных конференциях по радиофизике, Нижний Новгород (4-й, 2000 г.; 5-й, 2001 г.; 7-й, 2003 г.; 8-й, 2004 г.; 9-й, 2005 г.; 10-й, 200 6г.; 11-й, 2007 г.), на Международной конференции «Фундаментальные проблемы физики» (Казань, 2005 г.), на 9-й Международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва, 2007 г.), на Международной конференции "АСОи8Т1С5'08" (Париж, 2008 г.)

Публикации

По теме диссертации опубликовано более 60 работ в различных научных изданиях, из них 13 статей в журналах из списка ВАК (7 статей написаны без соавторов) и 6 авторских свидетельств и патентов.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертации оригинальные результаты получены автором, либо при его непосредственном участии. Автором осуществлялся выбор направлений, объектов и методов исследования, осуществлялись постановка лабораторных и полевых экспериментов и их проведение.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, трех приложений и списка литературы.

Работа изложена на 286 страницах и содержит 63 рисунка. Список литературы включает 390 наименований.

13

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Оглавление диссертации:

Введение

Цилиндрически расходящийся сфокусированный фазовый фронт.

Фокусирование цилиндрически расходящихся волн с помощью дискретных начальных фазовых распределений.

О работе протяжённой пьезокерамической антенны в скважине.

Скважинный фокусирующий излучатель. Об опыте и перспективах применения фокусирующих скважинных излучателей в геотехнологических процессах.

Глава 1.

Глава 2.

Глава 3.

Глава 4. Глава 5.

Заключение Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Литература

Во Введении обосновывается актуальность темы диссертации, приводятся цели, научная новизна, практическая ценность работы и защищаемые положения, даётся краткая аннотация содержания глав.

Глава 1 посвящена общим представлениям о фокусировании расходящихся цилиндрических волн с целью компенсации цилиндрической расходимости. Ранее подобные задачи не рассматривались, поэтому потребовалось подробное рассмотрение вопросов, связанных с распространением цилиндрически расходящихся сфокусированных фронтов.

Очевидно, что фокусирование акустических полей можно обеспечить как непрерывным, так и дискретным распределением фазы по начальной апертуре. Для определенности, в работе первый тип назван фазовым типом фокусировки, а второй -дифракционным.

В первой главе анализируется именно фазовый тип фокусирования расходящихся цилиндрических волн. Детально рассмотрены дифракционные задачи, связанные с распространением цилиндрически расходящихся фронтов с различными граничными фокусирующими фазовыми распределениями. Кроме этого представлен анализ проблемы в рамках «геометрической акустики». Показано, что возможно даже одномерное описание цилиндрически расходящегося сфокусированного фазового фронта, а с точки зрения «нелинейной геометрической акустики» рассматриваемый фронт является, в некотором смысле, классическим, описываемым подобно плоскому, сферическому и цилиндрическому фронтам. Показано также, что в рамках данного подхода возможно получения критерия, с помощью которого можно оценить необходимость учёта «нелинейного затухания» при распространении исследуемого фронта в сильно нелинейной среде.

В п. 1.1 рассматривается модельная дифракционная задача о распространении цилиндрически расходящегося сфокусированного фазового фронта с бесконечной начальной апертурой. Для выяснения общих закономерностей и наглядности выбрана наиболее простая постановка задачи с параболическим распределением фазы и гауссовым распределением амплитуды по начальной апертуре. При этом полностью описана конфигурация поля, создаваемого таким волновым фронтом. Получены двумерные выражения для давления и обеих компонент колебательной скорости. Определены коэффициенты усиления и размеры фокуса. Показана возможность полной компенсации цилиндрической расходимости при фокусировании расходящейся цилиндрической волны.

В п. 1.2 решена модельная задача в постановке п. 1.1, но при произвольном распределении амплитуды по начальной апертуре. Единственным ограничением на распределение начальной амплитуды является симметричность распределения относительно плоскости симметрии задачи, что соответствует практике

конструирования реальных антенн. Приведенные в данном пункте методы позволяют рассмотреть широкий класс функций неравномерности амплитуды по начальной апертуре в подобных задачах.

В п. 1.3 исследован вопрос о существенности поправок к полю, возникающих в результате замены бесконечной излучающей

апертуры в задаче п. 1.1 на ограниченную отрезком [—/г, /г]. При этом выяснено, что поправка в интересной для технических приложений области параметров кР~ка, 0,5 </г/а <1,5, невелика

и не превышает 3% от основного поля (.Р - фокусное расстояние, к - модуль волнового вектора, а - полуширина гауссова пучка).

В п. 1.4 решена задача о распространении цилиндрически расходящейся волны ограниченной апертуры со сферическим распределением фазы по начальной апертуре. Показано, что сферическое начальное распределение превосходит параболическое в плане компенсации цилиндрической расходимости. Показано также, что параболическое и сферическое начальные распределения на расходящейся цилиндрической апертуре создают поля одинаковой контрастности.

В п. 1.5 показано, что анализ ситуации возможен даже в рамках геометрической акустики и оценки, которые можно получить в рамках этого метода, близки к полученным при более строгом рассмотрении задачи. Показано также, что в рамках уже «нелинейной геометрической акустики» рассматриваемый фазовый фронт, с точки зрения единого описания, можно назвать классическим, наряду с плоским, сферическим и цилиндрическим. Получен критерий, с помощью которого можно оценить необходимость учёта «нелинейного затухания» при распространении исследуемого фронта в сильно нелинейной среде. В заключение кратко сформулированы результаты, полученные в первой главе.

В Главе 2 теоретически и экспериментально исследован дифракционный способ (зонный принцип) фокусировки расходящихся цилиндрических волн.

Известно, что фокусировку можно создать и дискретным распределением фазы. Ярким примером тому являются хорошо исследованные зонные пластинки и линзы. Известно также, что зонные системы не могут, в принципе, конкурировать с точки зрения фокусирующих свойств с системами с непрерывным распределением фазы. И единственным достоинством, с точки зрения «потребительских» качеств, может оказаться простота исполнения зонных структур, особенно, если говорить об излучающих системах. Действительно, создание квазинепрерывных фазовых распределений целесообразно только в приемных антеннах, а в излучающих силовых антеннах этот путь наталкивается на часто непреодолимые сложности. Имеются в виду, например, проблемы создания линий задержки с устойчивыми параметрами, которые способны пропускать большие мощности, особенно, если антенны предназначаются для работы в жестких условиях (высокие давления и температура, малость волновых размеров излучателей), например в скважинах или в морской гидроакустике на большой глубине. Основным приложением разрабатываемых в данной диссертационной работе вопросов является скважинная геоакустика, где дифракционный способ фокусирования может оказаться наиболее пригодным по совокупности признаков, чем фазовый, а единственно разумным типом фокусирующего скважинного излучателя, по всей видимости, является цилиндрическая зонная линза.

Если теория зонных структур на плоскости и на сфере является классическим моментом теории дифракции, то теории зонной линзы и пластинки на расходящейся цилиндрической апертуре просто не существует. Данная глава посвящена, во многом, построению этой теории и её экспериментальной проверке.

В п. 2.1 получено решение модельной задачи об излучении кольца на цилиндре в виде, необходимом для исследования фокусирующих свойств цилиндрической зонной линзы. При этом показано, что условия образования зон Френеля (в виде колец) в цилиндрическом случае существенно отличаются от таковых для плоского или сферического случаев. Закон образования зон Френеля на цилиндрически расходящемся фронте выглядит следующим образом (для сравнения справа указан закон для плоского и сферического случаев):

В п. 2.2 для цилиндрических зонных линзы и пластинки получены двумерные распределения давления и компонент колебательной скорости, исследована их зависимость от параметров, определены коэффициенты усиления. Выделена область параметров, где дифракционная фокусировка практически не уступает фазовой по коэффициентам усиления.

В п. 2.3 приведены результаты экспериментального исследования фокусирующих свойств цилиндрической зонной линзы. Описаны экспериментальная установка и изготовленные модели цилиндрических протяжённых антенн. Произведено экспериментальное сравнение полей, создаваемых зонными линзами, собранными по «плоскому» и «цилиндрическому» законам, и поля с обычной цилиндрической расходимостью. Показана справедливость теоретических оценок полей, сделанных в предыдущих разделах.

В п. 2.4 на примере экспериментальных моделей продемонстрированы различные варианты технического исполнения цилиндрической зонной линзы. Показано, что существуют весьма

эффективные варианты технической реализации цилиндрической зонной линзы, для изготовления которых требуется существенно меньше активных элементов. Причём по фокусирующим свойствам данные модели зонной линзы «с не полностью заполненной апертурой» практически не уступают основному («теоретическому») варианту цилиндрической зонной линзы.

В п. 2.5 цилиндрическая зонная линза рассматривается как система с переменным фокусом (при заданных размерах зон Френеля положение фокуса меняется при изменении частоты излучения). Качество это может оказаться весьма важным при использовании в геотехнологиях скважинных фокусирующих антенн, собранных в виде цилиндрических зонных линз. Особенно это касается задач воздействия на скважинные добычные процессы акустическим полем, когда необходимо создать требуемую интенсивность акустического поля в заданной области околоскважинного пространства. Также в данном пункте обсуждаются некоторые ограничения на возможность изменения положения фокальной области у реальных антенн. Ограничения связаны с конечной добротностью реальной антенны и существованием резонансных свойств у системы антенна - скважина - массив. Приведены также результаты лабораторных экспериментов по исследованию эффективности фокусирования зонными линзами различной конструкции в зависимости от частоты излучения.

В заключение кратко сформулированы результаты, полученные во второй главе.

В Главе 3 рассматривается круг задач, без постановки и решения которых трудно описывать реальные ситуации, связанные с излучением акустического поля из скважины в массив. Этот круг задач связан с анализом особенностей, возникающих при применении в качестве скважинного излучателя антенны, имеющей определённые материальные характеристики. Особенности связаны с тем, что излучающую поверхность антенны нельзя описать с

помощью идеальных граничных условий, давление и скорость на излучающей поверхности антенны связаны всегда определённым образом. От этой особой связи между характеристиками поля на активной поверхности антенны зависят условия согласования антенны, находящейся в заполненной жидкостью скважине, с массивом.

В данной главе особое внимание уделено наиболее эффективному типу стрикционных акустических излучателей - протяжённой некомпенсированной пьезокерамической антенне и рассмотрены условия резонансного прохождения акустической энергии от подобной антенны в массив через жидкий слой.

В п. 3.1 обсуждается постановка задачи и анализируются существующие методы и подходы к описанию прохождения акустической энергии от скважинного акустического источника в массив через жидкий слой.

В п. 3.2 с помощью подхода, связанного с использованием эквивалентных электромеханических схем, находится граничное условие, описывающее движение излучающей границы некомпенсированного пьезокерамического преобразователя, находящегося в жидкости:

I Р^°)СР = -

Ит ш2т

Здесь (р — потенциал смещения в жидкости, ¿у - плотность

жидкости, СО - частота излучения, 2т~ механический импеданс

преобразователя, п - коэффициент электромеханической трансформации, при этом антенна возбуждается переменным

электрическим напряжением и = и$еш{/(¿), где /(¿) -

нормированное распределение электрического напряжения вдоль образующей протяжённой цилиндрической антенны.

В п. 3.3 формулируется дифракционная задача об излучении протяжённой пьезокерамической антенны в скважине с учётом граничного условия, полученного в п. 3.2, и находится выражение для полей объёмных деформаций в массиве, которое в дальнейшем необходимо для анализа условий оптимального прохождения акустической энергии от антенны в массив. Поле сдвиговых деформаций в массиве при возбуждении упругих волн протяжённой антенной мало, в данном случае предполагается, что характерный масштаб изменения функции /(г) много больше длины поперечной волны в массиве.

В п. 3.4 анализируются условия резонансного прохождения акустической энергии от протяжённой пьезокерамической антенны в массив через жидкий слой. Исследуется зависимость эффекта от различных параметров задачи, таких как геометрические характеристики системы, отношение материальных констант внутрискважинной жидкости и массива и т.д. Показано, что учёт электромеханических характеристик акустического преобразователя приводит к тому, что условия резонансного прохождения акустической энергии от излучателя в массив через жидкий слой существенно отличаются от «полуволновых», и это необходимо учитывать при планировании акустических скважинных экспериментов. Представлено также сравнение экспериментальных данных, полученных в результате натурного скважинного эксперимента, с приведёнными теоретическими оценками оптимальных режимов излучения упругих волн из скважины с помощью протяжённой пьезокерамической антенны. При этом продемонстрировано хорошее согласие теоретических оценок и экспериментальных данных.

В заключение кратко сформулированы результаты, полученные в третьей главе, и сделаны необходимые замечания о подходах к решению задач о согласовании скважинного акустического излучателя с массивом для других типов преобразователей,

например, для компенсированного пьезокерамического и магнитострикционного.

В Главе 4 подробно исследуются упругие поля, создаваемые оптимальным типом фокусирующего скважинного излучателя в массиве; исследуются предельные возможности скважинных фокусирующих систем. Обсуждаются проблемы создания фокусирующих скважинных излучателей с переменным фокусным расстоянием и возможности управления распределением упругих полей в околоскважинном пространстве.

В п. 4.1 решается задача об излучении скважинной протяжённой фокусирующей антенной акустического поля в массив. Основное внимание уделено рассмотрению случая фокусирующей антенны в виде цилиндрической зонной линзы. Детально описаны поля радиальных и тангенциальных смещений в массиве и зависимости конфигурации этих полей от таких параметров фокусирующей системы, как фокусное расстояние и количество зон Френеля. Дан сравнительный анализ эффективности начальных фазовых распределений в виде цилиндрической зонной линзы и сферического начального распределения. При этом показано, что эти распределения не являются альтернативными, и единственно реальным видом фокусирующего скважинного излучателя является цилиндрическая зонная линза.

В п. 4.2 анализируются энергетические характеристики сфокусированного фронта, создаваемого цилиндрической зонной линзой. Исследуются и сравниваются вклады в общую интенсивность полей радиальных и тангенциальных смещений; показано, что с достаточной степенью точности протяжённую скважинную антенну, собранную в виде цилиндрической зонной линзы, можно считать источником радиальных смещений в массиве. Вводится понятие коэффициента усиления по интенсивности в

фокусе Кр ■ Причём предельный коэффициент усиления можно

оценить выражением

К3р = {я/2к^)

ЯГт=1 П

Исследована зависимость К~р от числа зон Френеля в цилиндрической зонной линзе, обсуждается проблема учёта затухания в массиве при оценке величин Кр, характерных для реальных полевых экспериментов.

В п. 4.3 анализируются особенности, возникающие при использовании в качестве скважинной фокусирующей антенны цилиндрической зонной линзы с не полностью заполненной апертурой. Сравниваются поля смещений, создаваемых в массиве зонными линзами с не полностью и полностью заполненными апертурами. Исследуется вопрос об оптимальных размерах и об оптимальном расположении на начальной апертуре излучающих зон в случае антенны с не полностью заполненной апертурой. При этом показано, что размер первой дополнительной зоны А1 должен быть

меньше, чем длина продольной волны в массиве Хп оптимальное значение Д] и 0.8Лу. Размеры следующих дополнительных зон Ат при т>\ должны уменьшаться с их номером, примерно, как 4т.

В п. 4.4 исследуются особенности излучения сфокусированного фазового фронта из обсаженной скважины, учитывается влияние обсадной трубы и цементного кольца. Показано, что в случае использования в качестве фокусирующего скважинного излучателя цилиндрической зонной линзы фокусирующее дифракционное распределение сохраняется и в массиве. Дополнительные элементы конструкции скважины в виде обсадной трубы и цементного кольца лишь ослабляют поле.

В заключение кратко сформулированы результаты, полученные в четвёртой главе.

Глава 5 посвящена опыту и перспективам применения фокусирующих скважинных излучателей в геотехнологических процессах. Все добычные скважинные процессы имеют естественные общие черты. И основная из них - это наличие собственно скважин, которые вскрывают продуктивный коллектор. Общие черты технологий скважинной добычи полезных ископаемых порождают общие проблемы этих технологий. Наиболее яркими являются проблемы, связанные с обеспечением проводимости призабойной зоны продуктивного пласта. Элементами любой" технологии вскрытия продуктивного пласта скважиной является комплекс мероприятий, направленных на обеспечение соответствующих технологии добычи фильтрационных свойств призабойной зоны. Какими бы ни были успешными эти мероприятия, проводимость призабойных зон продуктивных, как впрочем и иных, технологических скважин, со временем ухудшается. Это обстоятельство диктует необходимость создания и развития технологий, направленных на улучшение проводимости призабойной зоны скважин.

В п. 5.1 призабойная зона продуктивного пласта (ПЗП) рассматривается как объект воздействия акустическим полем. Из анализа геолого-промысловых материалов выявляются причины ухудшения проницаемости, приводятся оценки ухудшения дебита продуктивных скважин при различной степени загрязнения ПЗП. Далее приведён обзор существующих методов воздействия на ПЗП, так или иначе связанных генерацией упругих полей в ПЗП. Рассмотрены и систематизированы наблюдаемые различными авторами явления, проявляющиеся при воздействии на ПЗП акустическим полем. Выделены некоторые общие черты, свойственные подавляющему числу случаев акустической интенсификации тепло- и массообменных процессов, происходящих в ПЗП:

• во-первых, система, на которую происходит воздействие, должна находиться в потенциальном поле, связанном с

24

градиентом какой-то величины. Например это градиент давления в продуктивном коллекторе добычной скважины, градиент концентрации на гетерогенной границе при её растворении и т.д.;

• во-вторых, эффекты интенсификации тепло- и массообмена акустическим полем являются эффектами второго порядка по полю, т.е. зависят от интенсивности поля;

• в-третьих, по всей видимости, эффекты интенсификации в основном связаны с изменением свойств гетерогенной (многофазной) границы в акустическом поле. Именно появление акустического погранслоя приводит как к «физическому» действию, например ускорению фильтрации, так и к «химическому» - ускорению массообмена на гетерогенной границе в акустическом поле;

• в-четвёртых, основываясь на большом количестве экспериментальных данных различных авторов, можно сделать вывод о том, что механизмы акустического воздействия на физико-химические процессы являются пороговыми по акустической мощности. Различные авторы дают различные оценки для минимальной плотности потока акустической мощности, необходимой для интенсификации процессов тепло и массопереноса в пористых средах, в основном эти цифры колеблются от 0,03 до 0,1 Вт/см2.

Таким образом, если рассматривать ПЗП как объект воздействия акустическим полем из скважины, то к скважинному излучателю акустического поля можно сфбрмулировать вполне определённые требования. И основным требованием является возможность создания требуемой интенсивности акустического поля в заданной области ПЗП. Частоты излучения необходимо выбирать максимальные из возможных, учитывая затухание в пласте, резонансные свойства системы излучатель - заполненная жидкостью скважина - массив и т.д. С этой точки зрения в данном разделе

проведено сравнение различных типов скважинных акустических излучателей. Критерием сравнения была выбрана возможность достижения в заданной области, находящейся на расстоянии Я от скважины, критического значения интенсивности звука 1К, необходимого для интенсификации процессов тепло и массообмена. При этом убедительно показано, что наиболее перспективным скважинным акустическим излучателем является именно протяжённая скважинная фокусирующая антенна.

В п. 5.2 приведено описание первого натурного эксперимента по акустическому воздействию на процесс подземного выщелачивания (ПВ) редких металлов с использованием фокусирующих скважинных антенн. В начале раздела кратко описываются сущность геотехнологического процесса подземного выщелачивания урана из гидрогенных месторождений, особенности поля подземного выщелачивания, на котором были поставлены эксперименты, приведены геологические разрезы по галереям закачных и откачных скважин. Также приведена вся доступная история откачной скважины (временная динамика относительной концентрации, дебита скважины и рН откачиваемого раствора), околоскважинная область которой непосредственно подвергалась акустическому воздействию. Акустические характеристики пород, залегающих на горизонтах воздействия (в том числе затухание по продольным волнам), были тщательно измерены, что позволило оценить расположение фокальных областей фокусирующей скважинной антенны и оценить интенсивности в них при различных режимах воздействия. Воздействие велось на двух основных частотах, являющихся собственными частотами системы антенна - водный

слой - скважина - массив. Нижняя рабочая частота ~ 8,2 кГц,

которой соответствует фокусное расстояние F~3,2лí, и верхняя

рабочая частота ~13,8 кГц (Г ~ 5,5м); кроме этого

проводилось сканирование антенной вдоль забойной зоны для того,

26

чтобы обработать максимальный объём акустическим полем с максимальной амплитудой. Причём целевой эксперимент был сделан внутри производственного цикла, т.е. совместно с откачкой продуктивного раствора.

Далее в разделе приведена временная динамика измеряемых параметров откачиваемого раствора с наложением на неё характеристик воздействующего акустического поля и режимов воздействия.

Произведён анализ полученных экспериментальных данных, из которых следует, что под воздействием акустического поля резко возрастает концентрация полезного компонента в откачиваемом растворе (200-300%). Причем можно выделить возрастание концентрации, связанное с непосредственным увеличением скорости гетерогенной реакции в момент действия акустического поля из-за возрастания градиента концентрации на границе раздела фаз. И, кроме этого, наблюдается возрастание концентрации, которое фиксировалось через несколько суток после прекращения воздействия и при анализе было связано с действием акустического поля в фокальных областях используемой скважинной антенны.

Таким образом, по временной динамике максимумов концентрации была оценена такая важная характеристика, как скорость фильтрации Кф для заданного режима откачки -

Кф ~\,3м/сутки, что соответствует общим представлениям о

процессе.

Также был отмечен сильный остаточный эффект возрастания концентрации (~ 200%), который наблюдался не менее 1,5 лет. В разделе приводится возможное объяснение данного эффекта, которое связано со снятием «газовой кольматации» с части озвученного пласта и, как следствие, с необратимым увеличением площади межфазной границы полезный компонент - активный реагент.

В п. 5.3 обсуждаются перспективы применения сфокусированных скважинных источников для интенсификации процессов подземного растворения солей. Данные процессы используются как для добычи соли, так и для создания подземных хранилищ.

В разделе на примере месторождения Белбаж (Ковернино, Нижегородская область) кратко описываются основы технологии подземного растворения и обосновывается применимость акустической интенсификации для некоторых стадий технологий, а именно, этапа образования первичной камеры растворения. Это наиболее длительный и энергоёмкий этап подготовки рассолопромысла к вводу в эксплуатацию.

Также в разделе приведены результаты детальных исследований механизмов ускорения растворения солей в акустическом поле. Определено, что на частотах начального ультразвука источником интенсифицирующего действия являются микропотоки, созданные предкавитационными пузырьками. На частотах порядка первых мегагерц, где кавитационные пороги высоки, механизм принципиально иной. На растворяющейся границе необходимо создать поперечный градиент акустического поля для генерации течений Шлихтинга и создания акустического погранслоя. Именно скорость течений Шлихтинга является, в данном случае, «движущей силой» эффекта интенсификации растворения и здесь процессом растворения можно управлять, изменяя пространственную конфигурацию неоднородного акустического поля на растворяющейся границе.

Также в данном пункте приведена зависимость от амплитуды поля дополнительного диффузионного потока, который можно получить с растворяющейся в акустическом поле гетерогенной границы в случае поля с частотами порядка первых десятков килогерц и превышения порога эффекта по амплитуде поля.

Далее показано, что, используя сфокусированные скважинные антенны, можно создать поля с амплитудами, превышающими порог

интенсифицирующего действия акустического поля, на расстояниях 20-30 м от скважины. При этом, положением фокальной области можно управлять, перестраивая частоту, и располагать фокальную область антенны непосредственно на растворяющейся границе первичной камеры растворения. Внедрение описанной в п. 5.3 акустической технологии позволит, по оценкам, до 3-х раз, сократить стадию подготовки рассолопромысла к промышленной эксплуатации.

В п. 5.4 обосновываются перспективы использования сфокусированных скважинных источников для построения эффективных методов исследования нелинейных характеристик околоскважинного пространства.

В разделе анализируется ситуация, сложившаяся в мировой практике с достоверной оценкой нелинейных параметров геологических сред, находящихся в реальном залегании. Рассматриваются существующие методы, приводится описание единственного на настоящее время экспериментально опробованного метода - метода нелинейного межскважинного прозвучивания (НМП). Метод НМП является интегральным по трассе распространения волны накачки, но основным недостатком этого метода является то, что он принципиально, как минимум, двухскважинный. Наличие дополнительных скважин ограничивает применимость НМП. Настоящим прорывом в деле определения нелинейных характеристик геологических сред, находящихся в реальном залегании, мог бы стать односкважинный метод. В данном разделе обосновывается возможность создания такого метода с использованием скважинных фокусирующих антенн. Предлагается использовать эффект нелинейного дифракционного рассеяния из фокальной области цилиндрически расходящегося сфокусированного фронта. Даны соответствующие оценки. Показано, что в области начальной апертуры скважинной фокусирующей антенны можно получать информацию о

нелинейных упругих характеристиках геологической среды, находящейся вне нарушенной зоны, а именно, в фокальной области антенны, что существенно повышает достоверность метода. Показано также, что в предлагаемом методе существует возможность независимого дополнительного определения линейных упругих характеристик оклоскважинного пространства. В заключение кратко сформулированы результаты, полученные в пятой главе.

Основные результаты диссертационной работы приведены в Заключении.

1. Разработаны теоретические основы метода увеличения интенсивности цилиндрически расходящегося поля с помощью начальных фазовых распределений, позволяющих в определённой области пространства компенсировать начальную цилиндрическую расходимость. В рамках этого направления:

• Детально исследованы возможности метода фокусирования расходящихся цилиндрических волн с помощью непрерывных начальных фазовых распределений. Рассмотрены случаи параболического и сферического начальных распределений фазы, произвольного амплитудного распределения по начальной апертуре, рассмотрены особенности фокусирования, возникающие при ограничении начальной апертуры. Показано, что фокусирование расходящихся цилиндрических волн позволяет эффективно скомпенсировать начальную цилиндрическую расходимость и обеспечить в определённой области пространства превышение амплитуды сфокусированного поля над амплитудой цилиндрически расходящегося до 10 раз.

• Показана принципиальная возможность эффективного фокусирования расходящегося цилиндрического фронта с

30

помощью дискретных начальных фазовых распределений. Теоретически и экспериментально доказано, что распределение зон Френеля на расходящемся цилиндрическом фронте существенно отличается от плоского и сферического случаев. Экспериментально найдены и исследованы различные варианты создания цилиндрической зонной линзы.

2. Показано, что оптимальным типом фокусирующего скважинного

излучателя является антенна, собранная в виде цилиндрической

зонной линзы.

• В широкой области параметров получены и проанализированы двумерные выражения для полей радиальных и тангенциальных смещений, создаваемых в твёрдой среде протяжённой пьезокерамической антенной, собранной в виде цилиндрической зонной линзы и находящейся в заполненной жидкостью скважине.

• Разработана процедура получения оптимальных условий согласования реальных протяжённых антенн, находящихся в заполненных жидкостью скважинах, с массивом. Результаты протестированы в полевом эксперименте.

• Впервые найдены импедансные граничные условия, позволяющие корректно описать некомпенсированную пьезокерамическую антенну, работающую в заполненной жидкостью скважине.

3. Построена модель оптимального фокусирующего скважинного

излучателя.

• Определены предельные возможности фокусирования цилиндрически расходящегося акустического поля в твёрдой среде.

• Впервые изготовлены и испытаны скважинные акустические источники с возможностью фокусирования акустического поля.

• Разработаны принципы создания фокусирующего акустического скважинного излучателя с переменным фокусным расстоянием.

4. Впервые проведён успешный полевой эксперимент по акустической интенсификации процесса подземного выщелачивания редких металлов. Показано, что при акустическом воздействии сфокусированным полем существует возможность увеличения содержания полезного компонента в откачиваемом растворе до 300%.

• Дан анализ экспериментальных данных; определены физические механизмы интенсифицирующего действия акустического поля в конкретном процессе подземного выщелачивания урана из гидрогенных месторождений, находящихся на поздних стадиях эксплуатации.

• Показано, что использование сфокусированных акустических полей для интенсификации большинства известных скважинных геотехнологических процессов обладает значительной перспективой, особенно для улучшения фильтрационных свойств прискважинной зоны.

5. Обоснованы перспективы использования скважинных фокусирующих источников в процессе подземного растворения солей. Определена стадия процесса, требующая совершенствования существующих технологий и пригодная для интенсификации с использованием фокусирующих скважинных источников с переменным фокусным расстоянием. Показано, что можно существенно, по оценкам, до 3-х раз, сократить время подготовки рассолопромысла к промышленной эксплуатации.

6. Обоснованы перспективы использования скважинных фокусирующих источников для создания односкважинного метода исследования нелинейных упругих характеристик геологических сред, находящихся в реальном залегании. Метод основан на экспериментально обнаруженном эффекте

32

дифракционного низкочастотного рассеяния на неоднородностях акустического поля.

В Приложении 1 представлены подходы к решению дифракционных задач, связанных с распространением сфокусированных цилиндрически расходящихся фронтов, используемые в настоящей диссертации. В Приложении 1 также проанализированы точные представления Функции Грина кольца, на их основе получены удобные приближения для решения различных дифракционных задач в цилиндрической геометрии. В Приложении 2 получена используемая в диссертации, но ранее неизвестная асимптотика неполной цилиндрической функции Ханкеля.

В Приложении 3 представлен вывод уравнений движения для нелинейного изотропного твёрдого тела в цилиндрической геометрии в квадратичном по полю приближении. Использована Лагранжева формулировка уравнений движения. Далее, на основе полученных приближений, рассмотрена конкретная модельная задача о фокусировании расходящейся цилиндрической волны, однородной по азимутальному углу.

Основные публикации по материалам диссертации:

1 Касьянов Д.А. Фокусирование расходящейся цилиндрической волны. - Акуст. журн., 1993, т. 39. № 6, с. 1076-1087.

2 Касьянов Д.А. Фокусирование расходящейся цилиндрической волны II. - Акуст. журн., 1994, т. 40. №1. с. 76-83.

3 Касьянов Д.А. Некоторые замечания относительно функции Грина кольца. - Акуст. журн., 1993, т. 39. № 5. с. 949-951.

4 Касьянов Д.А., Шалашов Г. М. Исследование нелинейного распространения расходящейся цилиндрической волны с фокусировкой. - Акуст. журн., 1988. т. 34. № 4, с. 651-656.

5 Kas'yanov D.A., Shalashov G.M. Nonlinear theory on the propagation diverging focused cylindrical wave, in Problem of nonlinear acoustic. Proc. of IUPAP-IUTAM Symposium on nonlinear acoustic. -Novosibirsk, 1987, Part 2 P. 129 -131.

6 Касьянов Д.А. Цилиндрическая зонная линза. - Изв. Вузов Радиофизика, 2000, т. 43, с. 782-792.

7 Иудин Д.И., Касьянов Д.А., Шалашов Г.М. Фильтрационное течение в среде с переменной пористостью. - ДАН СССР, 1999, № 2, с. 257-259.

8 Иудин Д.И., Касьянов Д.А., Колосов Е.В., Панютин A.A. Универсальная форма нелинейного закона фильтрации в дисперсных грунтах. - Приволжский научный журнал, 2007, №4, с. 108-114.

9 Касьянов Д.А., Шалашов Г.М. Фокусирование расходящихся цилиндрических волн и перспективы скважинной акустики. - Изв. Вузов. Радиофизика, 2002, т.45, №2, с. 170-186.

10 Касьянов Д. А. О работе протяжённой пьезокерамической антенны в скважине. - Изв. Вузов. Радиофизика, 2003, т.46, №2, с. 111-122.

11 Касьянов Д. А. Об особенностях работы некомпенсированной пьезокерамической антенны в скважине. - Техническая акустика, 2003, №3, http://webcenter.ru/~eeaa/ejta/

12 Касьянов Д.А., Шалашов Г.М., Фикс Г.Е. Дифракционный способ фокусирования акустических полей, создаваемых протяжёнными скважинными антеннами. - Техническая акустика, 2004, №10, http://webcenter.ru/~eeaa/ejta/

13 Kasyanov D. Focused borehole radiator. - Proceedings of Acoustics'08, Paris, June 29 - July 4, 2008, CD Publication ISBN EAN 978-29521105-4-9 9782952110549.

14 Касьянов Д. А. Об оптимальном типе фокусирующего скважинного излучателя. - Акуст. журн., 2007, т. 53, №2, с. 274-284.

15 Kasyanov D. Focused borehole radiator. - Journ. Acoust. Soc of America, 2008, Vol. 123, No.5, Pt.2, P.3842

16 Ершов В.П., Касьянов Д.А., Родченков В.И., Сергеев Д.А. Исследование процессов растворения и роста солевых монокристаллов в неоднородных акустических полях. I. Стоячая волна. - Кристаллография, 2008, т. 53, № 1 с. 181 -186.

17 Ершов В.П., Касьянов Д.А., Родченков В.И., Сергеев Д.А., Исследование процессов растворения и роста солевых монокристаллов в неоднородных акустических полях. II. Сфокусированное акустическое поле. -Кристаллография, 2008 т. 53, № 1 с. 187-193.

18 Kas'yanov D.A., Shalashov G.V. Acoustic intensification of underground leaching. Nonlinear acoustics at the beginning of the 21st Century, v.2, Chapter 13, Elastic wave effect on the fluid in the porous media. - Moscow, 2002, p. 983 - 986

19 Касьянов Д. А., Шалашов Г. M. Устройство для возбуждения акустических волн в межскважинной среде. - Патент № 1817033. Опубликован 27.01.1995, БИ № 3.

20 Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. Устройство для возбуждения акустических волн в межскважинной среде. - Патент № 1819468. Опубликован 23.03.1993, БИ № 3.

21 Калимулин Р. Р., Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. Измерение нелинейных упругих параметров геологических сред методами межскважинного прозвучивания и вертикального профилирования. В кн.: Физические основы сейсмического метода. Нетрадиционная геофизика. - М.: Наука, 1991, с. 117-120.

22 Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. О возможности нелинейной сейсмоакустической томографии. В кн. Проблемы геотомографии. -М: Наука, 1997, с.203-210.

23 Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. Способ нелинейного акустического каротажа,- Патент № 1804634, опубликовано 20.01.1995 БИ N 2

24 Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. Способ нелинейного акустического каротажа. - А.С. № 1520461 опубликовано 07.11.1989 БИ № 41.

25 Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. Способ нелинейного акустического каротажа. - А.С. № 1608608 опубликовано 23.11.1990 БИ № 43.

26 Kas'yanov D.A., Stolarczyk L. Increasing media permeability with acoustic vibration, Patent No.: US 7,350,567, pat. 01.04.2008

27 Kas'yanov D.A., Shalashov G.V. Low-Frequency Backscattering from Focal Area of Focused Beam. Nonlinear acoustics at the beginning of the 21st Century, v.2, Chapter 13, Elastic wave effect on the fluid in the porous media. - Moscow, 2002, p. 1201 - 1204.

28 Deriabin M., Kas'yanov D.A. About Diffraction Phenomena Accompanying Nonlinear Transformations in Focused Acoustic Fields. Nonlinear Acoustics - Fundamentals and Applications (ISNA 18), 18th International Symposium of Nonlinear Acoustics, AIP Conference Proceedings #1022, NY, 2008, P. 107-110.

КАСЬЯНОВ Дмитрий Альбертович

ФОКУСИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ РАСХОДЯЩИХСЯ ВОЛН В ПРИЛОЖЕНИИ К ЗАДАЧАМ СКВАЖИННОЙ ГЕОАКУСТИКИ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Подписано в печать 17.03.2010 г. Формат 60x90/16. Бумага писчая. Усл. п. л. 2. Тираж 100. Заказ 5595

Отпечатано в ФГНУ НИРФИ 603950, г. Нижний Новгород, ул. Б.Печерская, 25/12а

Введение

Глава 1. Цилиндрически расходящийся сфокусированный фазовый фронт

1 • 1 Модельная дифракционная задача о распространении цилиндрически расходящегося сфокусированного фазового фронта.

1 • 2 Решение задачи при произвольном начальном амплитудном распределений.

1-3 Об эффектах, возникающих при ограничении бесконечной цилиндрической апертуры.

Сравнение различных начальных фокусирующих распределений.

1-5 Анализ задачи в рамках геометрической акустики.

Глава 2. Фокусирование цилиндрически расходящихся цилиндрических волн с помощью дискретных начальных фазовых распределений ^ ^

2.1 О законе образования зон Френеля на расходящейся цилиндрической апертуре.

2.2 Задача о цилиндрической зонной линзе.

2.3 Экспериментальные исследования полей, создаваемых цилиндрической зонной линзой.

2.4 О вариантах цилиндрической зонной линзы.

2.5 Зонная линза как фокусирующая система с переменным фокусом. Ю

Глава 3. О работе протяжённой пьезокерамической антенны в скважине

3.1 О постановке задачи.

3.2 Эквивалентная электромеханическая схема протяжённой пьезокерамической антенны в обводнённой скважине и получение импедансных граничных условий.

3.3 Постановка дифракционной задачи об излучении протяжённой пьезокерамической антенны в скважине.

3 . 4 Условия резонансного прохождения акустической энергии от протяжённой пьезокерамической антенны в массив через жидкий слой.

Глава 4. Схважинный фокусирующий излучатель

4.1 Дифракционная задача об излучении скважинной фокусирующей антенны.

4.2 Об энергетических характеристиках сфокусированных фронтов, создаваемых цилиндрической зонной линзой в твёрдой среде.

4.3 Некоторые замечания об излучении из скважины фокусирующей антенной с не полностью заполненной апертурой. ]

4.4 Об особенностях излучения из обсаженной скважины.

Глава 5. Об опыте и перспективах применения фокусирующих скважинных излучателей в геотехнологических процессах

5.1 Призабойная зона продуктивного пласта как объект воздействия акустическим полем. ^

5.2 Об опыте применения скважинных фокусирующих источников в геотехнологических процессах.

5.3 О перспективах применения акустических скважинных сфокусированных источников в технологиях интенсификации геотехнологических процессов. ^

5.4 О перспективах применения акустических скважинных сфокусированных источников в методах диагностики околоскважинного пространства.

При использовании акустических полей в приложениях, часто возникают ситуации, когда сама геометрия диктует те или иные формы излучающих апертур. Особенно это заметно при рассмотрении проблемы излучения акустических полей из скважин.

Диаметры скважин, используемых как в научных, так и практических целях, имеют в подавляющем большинстве случаев малые волновые размеры, что приводит к необходимости использования акустических источников с одномерными излучающими апертурами. Такие источники дают акустическое поле, имеющее либо сферическую, либо цилиндрическую расходимость. Подобная «ограниченность в средствах» создает часто непреодолимые трудности на пути получения различных акустических эффектов во многих скважинных задачах, связанных как с исследованием окружающего пространства, так и с воздействием на скважинные геотехнологические процессы.

По всей видимости, единственным способом как-то обогатить акустическую ситуацию для скважинных антенн является введение различных фазовых распределений вдоль образующей протяженной антенны, создающей цилиндрическую расходимость.

В теории гидроакустических антенн рассмотрены некоторые, связанные с этим, проблемы. Так, подробно исследованы вопросы формирования характеристик направленности, изучены коэффициенты концентрации и т.д. компенсированных линейных непрерывных и дискретных антенн в свободном пространстве [1,2,3] (под компенсацией имеется ввиду фазовое распределение, обеспечивающее синфазность всех элементов антенны относительно заданного направления), в волноводах [4,5,6,7,8].

На основе использования линейных протяженных антенн ограниченной апертуры строятся эффективные алгоритмы выделения слабых рассеянных сигналов на фоне мощных помех в морской акустике [9-11].

Задачи, решаемые в теории гидроакустических антенн, возникли из нужд их практического использования, которые, в общем случае, существенно отличаются от нужд практического использования скважинных антенн. В подавляющем большинстве работ, где обсуждаются те или иные свойства гидроакустических линейных непрерывных или дискретных антенн рассматривается зона дифракции Фраунгофера (исключением является работы [9-11], где исследуются возможности приемной линейной антенны, способной, так или иначе, оценивать кривизну принимаемого ею волнового фронта). Для скважинных протяженных акустических антенн принципиальным является постановка проблемы компенсации цилиндрической расходимости для увеличения амплитуды создаваемого ею поля в околоскважинной зоне и рассмотрение, таким образом, зоны дифракции Френеля.

Действительно, существуют два основных типа скважинных акустических задач. Во-первых, это задачи диагностики или задачи исследования из скважин. Во-вторых, это задачи воздействия на различные скважинные геотехнологические процессы (имеется ввиду нефте- газодобыча, подземное выщелачивание редких металлов, подземное растворение солей и др.). Задачи акустического исследования из скважин пока исчерпываются устоявшимися технологиями акустического каротажа, чаще всего односкважинного, где измеряются скорость звука и затухание акустических волн в околоскважинном пространстве [12-15] .

В существующих технологиях акустического каротажа используемые скважинные акустические источники создают расходящиеся фронты, применение же сложных фазовых фронтов может существенно обогатить ситуацию. Применяя, например, фазовые фронты, создающие контрастность по полю в околоскважинной зоне, можно получить достоверную информацию как о линейных, так и о нелинейном параметре среды [16-18] . Более того, отвлекаясь от скважинной проблематики, здесь можно построить метод нелинейной диагностики фокальной области сфокусированного пучка в оптически непрозрачных средах. Необходимость таких методов обсуждается, например, в [19] .

Второй тип скважинных акустических задач является не менее актуальным. Дело в том, что с физической точки зрения все геотехнологические процессы, связанные с добычей полезных ископаемых, есть не что иное, как процессы тепло-массопереноса в многофазных средах, а влияние упругих полей на подобные процессы известно и является широко обсуждаемым в различных приложениях [20-107 и др.].

Технологии, использующие различные виды акустического воздействия из скважин, уже давно существуют, например, в нефтепромысловом деле (воздействие монохроматическим акустическим полем различного частотного диапазона; воздействие импульсами от пластоиспытателей, искровых источников; виброударная обработка и др. [см., например, 108 - 137]) .

Подобные технологии, так или иначе, способствуют решению промысловых задач (увеличение дебита добывающих скважин, вызов притока жидкости из пласта в простаивающих скважинах, повышение приемистости нагнетательных скважин).

Известно, что физико-химические механизмы акустического воздействия проявляются существенно эффективней с ростом интенсивности акустического поля и радиуса озвучиваемой зоны [см., например, 21, 27, 30,31,32,38,39,48, 50 и др.].

Основной причиной ограничения интенсивности излучаемого поля является малость диаметров сооружаемых эксплуатационных скважин (сейчас, в основном, в эксплуатации находятся скважины с внешним диаметром от 14 0 до 245 мм) уи единственно реальная возможность увеличения энергии акустического поля в прискважинной зоне заключается в создании антенн, распределенных вдоль оси скважины. Существующие технические решения позволяют в данном случае несколько увеличить энергию акустического поля в нефтяном пласте за счет уменьшения геометрической расходимости энергии этого акустического поля [см., например, 21, 80]. Тем не менее, цилиндрически расходящийся фронт не самый эффективный фазовый фронт для воздействия на прискважинную зону. Более эффективен будет тот фазовый фронт, который даст возможность как-то скомпенсировать непреодолимую, в ситуации линейной протяженной антенны, цилиндрическую расходимость. Очевидно, что таким фазовым фронтом будет сфокусированный фазовый фронт, который создан специфическим фазовым распределением вдоль образующей протяженной цилиндрической антенны. Вообще говоря, теория фокусирования акустических волн достаточно хорошо разработана (см., например, [138, 139]). Тем не менее, проблема фокусирования расходящихся цилиндрических волн ранее не ставилась, по всей видимости, потому, что не ясна была область применения подобных исследований, и изучались ситуации, связанные с фокусированием акустических волн из «закрытых» апертур (линзы, рефлекторы, концентраторы и т.д.).

Таким образом, методы формирования сфокусированных цилиндрически расходящихся фронтов и вопросы, связанные с их распространением, представляют значительный интерес, так как они востребованы в такой обширной области как скважинная акустика.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы являлась разработка принципов и методов создания нового класса акустических антенн - фокусирующих скважинных излучателей, их реализация и тестирование в различных масштабных экспериментах.

В задачи работы входило:

1. Разработка теоретических основ метода увеличения интенсивности акустического поля в околоскважинном пространстве с помощью создания фокусирующих фазовых распределений вдоль образующей протяжённой скважинной антенны.

2. Физическое и математическое моделирование метода фокусирования цилиндрически расходящегося поля • с помощью создания дискретных фазовых распределений на начальной апертуре. Оценка эффективности цилиндрической зонной линзы для создания нового класса акустических приборов - фокусирующего скважинного излучателя.

3. Решение проблемы оптимального согласования линейной протяжённой антенны, находящейся в заполненной жидкостью скважине, с массивом.

4. Разработка и изготовление фокусирующих скважинных излучателей, и их экспериментальное исследование.

5. Планирование и проведение полевого эксперимента по акустическому воздействию на процесс подземного выщелачивания с помощью фокусирующих скважинных излучателей. Анализ результатов.

6. Оценки возможности использования ■ фокусирующих скважинных излучателей в актуальных задачах скважинной геоакустики.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработаны теоретические основы метода увеличения интенсивности цилиндрически расходящегося поля с помощью начальных фазовых распределений, позволяющих в определённой области пространства компенсировать начальную цилиндрическую расходимость. Математически промоделирована ситуация фокусирования расходящейся цилиндрической волны бесконечной апертуры с произвольным непрерывным распределением фазы и амплитуды по начальной апертуре. В широкой области параметров получены и проанализированы двумерные выражения для давления и компонент скорости. Рассмотрены особенности фокусирования, возникающие при ограничении апертуры.

2. Физически и математически смоделирован метод фокусирования цилиндрически расходящегося поля с помощью создания дискретных фазовых распределений на начальной апертуре. Показано, что распределение зон Френеля на расходящемся цилиндрическом фронте существенно отличается от плоского и сферического случаев. В широкой области параметров получены и проанализированы двумерные выражения для давления и компонент скорости в поле, создаваемом цилиндрической зонной линзой Френеля. Поведение акустического поля цилиндрической зонной линзы исследовано экспериментально, получено совпадение с теорией. Экспериментально найдены и исследованы различные варианты создания цилиндрической зонной линзы.

3. Решена проблема оптимального согласования протяжённой пьезокерамической антенны, находящейся в заполненной жидкостью скважине, с массивом. Впервые найдены импедансные граничные условия, позволяющие корректно описать некомпенсированную пьезокерамическую антенну, работающую в заполненной жидкостью скважине. Теоретически и экспериментально исследованы условия, приводящие к оптимальному согласованию системы пьезокерамическая антенна - скважина - массив.

4. Показано, что оптимальным типом фокусирующего скважинного излучателя является антенна, собранная в виде цилиндрической зонной линзы. Произведено математическое моделирование работы пьезокерамической некомпенсированной антенны, собранной в виде цилиндрической зонной линзы, находящейся в заполненной жидкостью скважине и излучающей сфокусированное акустическое поле в твёрдую среду.

5. На основе разработанных модельных представлений об оптимальном типе фокусирующего скважинного излучателя впервые изготовлены и испытаны скважинные акустические источники с возможностью фокусирования акустического поля.

6. Разработаны принципы создания фокусирующего акустического скважинного излучателя с переменным фокусным расстоянием.

7. Впервые проведён полевой эксперимент по акустической интенсификации процесса подземного выщелачивания редких металлов. Показано, что использование сфокусированных акустических полей для интенсификации скважинных добычных геотехнологических процессов обладает значительной перспективой.

8. Впервые предложен односкважинный метод исследования нелинейных параметров околоскважинного пространства с возможностью получения информации о нелинейных характеристиках среды, находящейся вне нарушенной прискважинной зоны.

Совокупность научных результатов диссертации может рассматриваться как существенный вклад в решение целого ряда актуальных научных и практических задач скважинной геоакустики. Вклад заключается в разработке методов и принципов излучения из скважин сфокусированных акустических полей, что позволило разработать новейшие технологии и оборудование для воздействия акустическими полями из скважин на геотехнологические процессы, и создать принципиально новые методы диагностики околоскважинного пространства.

Практическая ценность работы

Настоящая диссертационная работа представляет собой замкнутый цикл исследований, начиная от создания теоретических основ метода увеличения интенсивности цилиндрически расходящегося поля с помощью начальных фазовых распределений и заканчивая тестированием в полевых экспериментах образцов разработанного и изготовленного оборудования.

В результате проведённых исследований создан совершенно новый класс акустических скважинных излучателей -излучателей с возможностью фокусирования акустической энергии в прискважинной зоне. На основе данных разработок возможно существенное развитие (как это показано в диссертации) действующих скважинных акустических технологий и создание новых. Особенную ценность скважинные фокусирующие излучатели имеют для создания технологий акустической интенсификации различных скважинных геотехнологических процессов, таких как нефте - газодобыча, подземное выщелачивание, подземное растворение солей и др. Подобная роль скважинных фокусирующих излучателей связана с тем, что лишь такой тип излучателей может радикально увеличить интенсивность акустического поля в прискважинной области.

Более того, в работе показана возможность использования подобных излучателей для избирательного воздействия на небольшие локализованные участки в прискважинной зоне.

Полученные в диссертации результаты могут быть использованы повсеместно в горнодобывающих отраслях при совершенствовании скважинных добычных технологий.

Проведёнными исследованиями доказаны преимущества скважинных акустических систем с возможностью фокусирования акустической энергии в около скважинной зоне перед существующими и показана перспективность их использования для интенсификации скважинных геотехнологических процессов. Фактически, исследования доведены до формулировки технических требований на создание многофункционального акустического комплекса акустической интенсификации скважинных геотехнологических процессов.

Основные положения, выносимые на защиту

1.Разработаны теоретические основы метода увеличения интенсивности цилиндрически расходящегося поля с помощью начальных фазовых распределений, позволяющих в определённой области пространства компенсировать начальную цилиндрическую расходимость. Теоретически и экспериментально исследованы возможные типы фокусировки цилиндрически расходящихся волн. Показано, что с помощью фокусировки расходящихся цилиндрических волн можно достичь значительной компенсации цилиндрической расходимости.

2. С целью разработки оптимального типа фокусирующего скважинного излучателя разработаны принципы фокусирования цилиндрически расходящихся волн с помощью дискретных начальных фазовых распределений. Показано, что закон образования зон Френеля на расходящемся цилиндрическом фронте существенно отличается от плоского и сферического случаев. Экспериментально исследована дифракция вблизи фокуса цилиндрической зонной линзы. Экспериментально найдены и исследованы различные варианты создания цилиндрической зонной линзы.

3. Построена модель оптимального фокусирующего скважинного излучателя. Определены предельные возможности фокусирования цилиндрически расходящегося акустического поля в твёрдой среде. В широкой области параметров получены и проанализированы двумерные выражения для полей, создаваемых сфокусированным цилиндрически расходящимся фронтом в твёрдой среде.

4. Показано, что работа в скважине реальной пьезокерамической (магнитострикционной) антенны описывается импедансными условиями, значительно отличающимися от идеальных граничных условий. Разработана процедура получения оптимальных условий согласования реальных протяжённых антенн, находящихся в заполненных жидкостью скважинах, с массивом. Результаты протестированы в полевом эксперименте.

5. Проведён первый в мире успешный эксперимент по акустической интенсификации подземного выщелачивания редких металлов. Показано, что сфокусированное акустическое поле является весьма эффективным средством воздействия на процессы подземного выщелачивания металлов, особенно из гидрогенных месторождений, находящихся на поздних стадиях эксплуатации.

6. Показано, что использование сфокусированного акустического поля для интенсификации скважинных геотехнологических процессов даёт возможности построения методов диагностики этих процессов. В проведённом полевом эксперименте показаны возможности определения такого параметра процесса как коэффициент фильтрации.

7. Предложено и обосновано применение фокусирующих акустических скважинных излучателей в актуальных задачах скважинной геоакустики, как в задачах интенсификации добычных геотехнологических процессов на примере подземного растворения солей, так и в задачах исследования околоскважинного пространства на примере создания метода нелинейного вертикального профилирования.

Апробация работы

Основные результаты исследований, представленных в диссертации, докладывались на Международных симпозиумах по нелинейной акустике (11-м Новосибирск, 1987г.; 14-м Нанкин, Китай, 1996г.; 16-м Москва, 2002г.; 18-м Стокгольм, 2008г.), на Всесоюзном семинаре «Нетрадиционные методы геофизических исследований неоднородностей в земной коре» (Москва, 1989г.), на 12-м Всесоюзном симпозиуме по дифракции и распространению волн (Винница, 1989г.), на 11-ой Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991г.), на сессиях Российского акустического общества (11-ой, 2001г.; 13-ой, 2003г.; 15-ой, 2004г.; 16-ой, 2005г.; 18-ой, 2006г.; 19-ой 2007г.), на Нижегородской акустической научной сессии 2002г, на научных конференциях по радиофизике, Нижний Новгород (4-й, 2000г.; 5-й, 2001г.; 7-й, 2003г.; 8-й, 2004г.; 9-й, 2005г.; 10-й, 2006г.; 11-й, 2007г.), на Международной конференции «Фундаментальные проблемы физики» (Казань, 2005г.), на 9-й Международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва, 2007г.), на Международной конференции

ACOUSTICS'08" (Париж, 2008г.)

Публикации

По теме диссертации опубликовано более 60 работ в различных научных изданиях, из них 13 статей в журналах из списка ВАК (7 статей написаны без соавторов) и 6 авторских свидетельств и патентов.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертации оригинальные результаты получены автором, либо при его непосредственном участии.

Автором осуществлялся выбор направлений, объектов и методов исследования, осуществлялись постановка лабораторных и полевых экспериментов и их проведение.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, трёх приложений и списка литературы.

Основные результаты диссертационной работы:

1. Разработаны теоретические основы метода увеличения интенсивности цилиндрически расходящегося поля с помощью начальных фазовых распределений, позволяющих в определённой области пространства компенсировать начальную цилиндрическую расходимость. В рамках это направления:

• Детально исследованы возможности метода фокусирования расходящихся цилиндрических волн с помощью непрерывных начальных фазовых распределений. Рассмотрены случаи параболического и сферического начальных распределений фазы, произвольного амплитудного распределения по начальной апертуре, рассмотрены особенности фокусирования, возникающие при ограничении начальной апертуры. Показано, что фокусирование расходящихся цилиндрических волн позволяет эффективно скомпенсировать начальную цилиндрическую расходимость и обеспечить в определённой области пространства превышение амплитуды сфокусированного поля над амплитудой цилиндрически расходящегося до 10 раз.

• Показана принципиальная возможность эффективного фокусирования расходящегося цилиндрического фронта с помощью дискретных начальных фазовых распределений. Теоретически и экспериментально доказано, что распределение зон . Френеля на расходящемся цилиндрическом фронте существенно отличается от плоского и сферического случаев. Экспериментально найдены и исследованы различные варианты создания цилиндрической зонной линзы.

2. Показано, что оптимальным типом фокусирующего скважинного излучателя является антенна, собранная в виде цилиндрической зонной линзы.

• В широкой области параметров получены и проанализированы двумерные выражения для полей радиальных и тангенциальных смещений, создаваемых в твёрдой среде протяжённой пьезокерамической антенной, собранной в виде цилиндрической зонной линзы и находящейся в заполненной жидкостью скважине.

• Разработана процедура получения оптимальных условий согласования реальных протяжённых антенн, находящихся в заполненных жидкостью скважинах, с массивом. Результаты протестированы в полевом эксперименте.

• Впервые найдены импедансные граничные условия, позволяющие корректно описать некомпенсированную пьезокерамическую антенну, работающую в заполненной жидкостью скважине.

3. Построена модель оптимального фокусирующего скважинного излучателя.

• Определены предельные возможности фокусирования цилиндрически расходящегося акустического поля в твёрдой среде.

• Впервые изготовлены и испытаны скважинные акустические источники с возможностью фокусирования акустического поля.

• Разработаны принципы создания фокусирующего акустического скважинного излучателя с переменным фокусным расстоянием.

4. Впервые проведён успешный полевой эксперимент по акустической интенсификации процесса подземного выщелачивания редких металлов. Показано, что при акустическом воздействии сфокусированным полем существует возможность увеличения содержания полезного компонента в откачиваемом растворе до 300%.

• Дан анализ экспериментальных данных, определены физические механизмы интенсифицирующего действия акустического поля в конкретном процессе подземного выщелачивания урана из гидрогенных месторождений, находящихся на поздних стадиях эксплуатации.

• Показано, что использование сфокусированных акустических полей для интенсификации большинства известных скважинных геотехнологических процессов обладает значительной перспективой, особенно для улучшения фильтрационных свойств прискважинной зоны.

5. Обоснованы перспективы использования скважинных фокусирующих источников в процессе подземного растворения солей. Определена стадия процесса, требующая совершенствования существующих технологий и пригодная для интенсификации с использованием фокусирующих скважинных источников с переменным фокусным расстоянием. Показано, что можно существенно, по оценкам, до 3-х раз, сократить время подготовки рассолопромысла к промышленной эксплуатации.

6. Обоснованы перспективы использования скважинных фокусирующих источников для создания односкважинного метода исследования нелинейных упругих характеристик геологических сред, находящихся в реальном залегании. Метод основан на экспериментально обнаруженном эффекте дифракционного низкочастотного рассеяния на неоднородностях акустического поля.

Заключение.

1.Смарышев М. Д. Направленность гидроакустических антенн.-Л.: Судостроение, 1973, 279 с.

2. Смарышев М. Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Справочник. -Л.: Судостроение, 1984. 304 с.

3. Справочник по гидроакустике. (Библиотека инженера гидроакустика).- Л.: Судостроение, 1988. 552 с.

4. Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах.- М.: Наука, 1973. 344 с.

5. Елисеевнин В. А. О работе вертикальной линейной антенны в водном слое.- Акуст. журн., 1981, т. 27, № 2, с. 228233 .

6. Елисеевнин В. А. О работе горизонтальной линейной антенны в водном слое.- Акуст. журн., 1979, т. 25, № 2, с. 227-233.

7. Виноградов М. С., Елисеевнин В. А. Вертикальное распределение интенсивности звукового поля вертикальной излучающей линейной антенны в однородном водном слое.-Акуст. журн., 1992, т. 38, № 5, с. 855—860.

8. Елисеевнин В. А. Коэффициент концентрации горизонтальной линейной антенны в волноводе,- Акуст. журн., 1994, т. 40, № 5, с. 794-798.

9. Э.Зверев В. А., Матвеев А. Л., Славинский М. М., Стромков А. А. Фокусируемая антенна темного поля.- Акуст. Журн, 1997, т. 43, № 4, с. 501-507.

10. Ю.Зверев В. А. Фокусируемая антенна в сильнонеоднородной среде.- Акуст. Журн, 2004, т. 50, № 4, с. 469-475.

11. Зверев В. А. Структура фокальной области прифокусировке с обращением волны в неоднородной среде.-Акуст. Журн, 2005, т. 51, № 3, с. 366-373.

12. Ивакин Б. Н., Карус Е. В., Кузнецов О. JI. Акустический метод исследования скважин,- М.: Недра, 1978, 320 с.

13. Карус Е. В., Кузнецов О. J1., Файзуллин И. С. Межскважинное прозвучивание.- М.: Недра, 1986, 149 с.

14. Петкевич Г. И., Вербицкий Т. 3. Акустические исследования горных пород в нефтяных скважинах.- Киев: Наукова думка, 1970. 127 с.

15. Калимулин Р. Р., Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. Скважинные акустические методы нелинейной диагностики геологических сред.- Труды XI Всесоюзной акустической конференции. Секция Е. -М., 1991, с. 41-44.

16. Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. Способ нелинейного акустического каротажа.- Патент № 1804634, опубликовано 20.01.1995 БИ N 2

17. Гаврилов Jl. Р., Цирульников Е. М. Фокусированный ультразвук в физиологии и медицине. Л.: Наука, 1980, 199 с.

18. Левич В. Г. Физико-химическая гидродинамика.-М., 1959,

19. Кузнецов О. Л., Ефимова С. А. Применение ультразвука в нефтяной промышленности.- М., 1983, 192 с.

20. Гадиев С. М. Вибро, виброударная обработка пласта. -М., 1977, 154 с.

21. Физико-химические основы повышения нефтеотдачи пластов.- Сб. трудов ВНГНИИ им. А. П. Крылова. Вып. 9 9.- М.: ВНИИ, 1987,

22. Ганжа В. Л., Журавский Г. И., Симкин Э. М. Тепломассоперенос в многофазных системах.- Минск, 1990,

23. Кузнецов О. Л., Симкин Э. М. Преобразование и взаимодействие геофизических полей в литосфере.- М.: Недра, 1990, 269 с.2 6.Вахитов Г. Г., Кузнецов О. Л., Симкин Э. М.

24. Термодинамика призабойной зоны нефтяного пласта.- М., 1978, 215 с.

25. Вахитов Г. Г., Симкин Э. М. Использование физических полей для извлечения нефти из пластов. М.: Недра, 1985, 231 с.

26. Сургучёв М. Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов. М.: Недра, 1985, 308 с.2 9.Сургучев М. Л., Желтов Ю. В., Симкин Э. М. Физико -химические микропроцессы в нефтегазоносных пластах.-М.: Недра, 1984, 215 с.

27. ЗО.Сургучев М. Л., Кузнецов О. Л., Симкин Э. М.

28. Гидродинамическое, акустическое и тепловое циклические воздействия на нефтяные пласты.- М.: Недра, 1975, 184 с.

29. Кузнецов О. Л., Симкин Э. М., Чилингар Дж. Физические основы вибрационного и акустического воздействия на нефтегазовые пласты.- М.: Мир, 2001, 250 с.

30. Дыбленко В.П., Камалов Р.Н., Шарифуллин И.А., Туфанов И.А. Повышение продуктивности и реанимация скважин с применением виброволнового воздействия.- М.: Недра, 2000, 378 с.

31. Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых Под ред. В. С. Ямщикова.- М.: Недра, 1988. 232 с.

32. Ультразвуковая технология Под ред. Б. А. Аграната.-М.: Металлургия, 1974,

33. Глембоцкий В. А. и др. Ультразвук в обогащении полезных ископаемых. Алма-Ата: Наука, 1972,

34. Гиматудинов Ш. К. Физика нефтяного и газового пласта. -М.: Недра, 1971,

35. Халимов Э. М., Леви Б. И. и др. Технология повышения нефтеотдачи пластов. — М.: Недра, 1984, 149 с.3 8.Маргулис М. А. Основы звукохимии. — М. : Высшая школа,1984. 272 с.

36. Новицкий Б. Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах.— М., 1983, 211 с.

37. Ганиев Р. Ф., Украинский Л. Е., Андреев В. Е., Котенев Ю.А. Проблемы и перспективы волновой технологиимногофазных систем в нефтяной и газовой промышленности. СПб.: СПМИ, 2008, 185 с.

38. Вяхирев Р.И., Коротаев Ю. П., Кабанов Н.И. Теория и опыт добычи газа. М.: Наука, 1998, 479 с.

39. Неволин В. Г., Поздеев О. В. Акустическое воздействие в технологических процессах при добыче нефти.- Пермь, 1991, 80 с.4 5.Кучумов Р. Я. Применение метода вибровоздействия в нефтедобыче. Уфа: Башкнигиздат, 1988, 111 с.

40. Попов А. А. Ударное воздействие на призабойную зону скважин. М.: Недра, 1990, 157 с.4 7.Павленко М. В. Извлечение метана из угольных пластов с использованием вибрационного воздействия. М.: МГГУ, 2004, 155 с.

41. Nonlinear acoustics at the beginning of the 21st Century, v.2, Chapter 13, Elastic wave effect on the fluid in the porous media. Moscow, 2002, p. 1169 -1264

42. Николаевский B.H. Геомеханика и флюидодинамика. M. : Недра, 1996. 447 с.

43. Beresnev, I.A., Johnson P.A. Elastic-Wave Stimulation of Oil Production: a Review of Methods and Results. -Geophysics, V. 59, No 6, 1994, P. 1000-1017.

44. Roberts, P.M. et al. Low-Frequency Acoustic Stimulation of Fluid Flow in Porous Media. J. Acoust. Soc. Am., 1999, v.105-2, Pt. 2, p.1385

45. Poesio P., Ooms G., Barake S., Bas F. V. An investigation of the influence of acoustic waves on the flow through a porous material. J. Acoust. Soc. Am., V. Ill, 2002, P. 2019-2025.

46. Gardner T.N. An acoustic study of soils that model seabed sediments containing gas bubbles. J. Acoust. Soc. Am., V. 107, 2000, P. 163 - 175.

47. Tobias M. Mu. Ller, Boris Gurevich, Wave-induced fluid flow in random porous media: Attenuation and dispersion of elastic waves. J. Acoust. Soc. Am., V. 117, 2005 P. 2732 - 2741.

48. Nyborg W. L. Acoustic streaming near doundary. J. Acoust. Soc. Am., V. 30, 1958, P. 329-339

49. Gould R. K. Heat transfer across a solid-liquid interface in presence of acoustic streaming. J. Acoust. Soc. Am., V. 40, 1966, P. 219-225

50. Nyborg W. L. Mechanism for nonthermal effect of sound. J. Acoust. Soc. Am., V. 44, 1968, P. 1302-1309

51. Fogler S., Lund K. Acoustically augmented diffusional transport. J. Acoust. Soc. Am., V. 53, 1971, P. 59-64

52. Карус E. В., Сургучев M. Jl., Кузнецов О. Л. Эффект акустического воздействия на тепломассообен в насыщенных пористых и коллоидных средах.- ДАН СССР, 1974, т. 218, с. 1343-1345.

53. Черский Н. В., Кузнецов О. Л. и др. Влияниеультразвуковых полей на проницаемость горных пород при фильтрации воды.- ДАН СССР, 1977, т. 232, с. 201-204.

54. Николаевский В.Н. Механизм вибровоздействия на нефтеотдачу месторождения и доминантные частоты. ДАН СССР, 1989, т. 307, с. 570-575.

55. Погосян A.B., Симкин Э. М., и др. Сегрегация углеводородной жидкости и воды в пористой среде в поле упругих волн. ДАН СССР, 1989, т. 307. с. 575-578

56. Барабанов В. JI., Николаев А. В. И др. О некоторых эффектах вибрационного сейсмического воздействия на водонасыщенную среду. Сопоставление их с эффектами сильных землетрясений. ДАН СССР, 1987, т.297, с. 5256.

57. Аммосов С. М., Николаев А. В. и др. О двух типах газохимических эффектов в поле вибрационного источника сейсмических колебаний. ДАН СССР, 1988, т.301, с. 6265.

58. Ганиев Р.Ф., Украинский Л.Е., Фролов К. В. Волновой механизм ускорения движения жидкости в капиллярах и пористых средах. ДАН СССР, 1989, т.306, с.803-806.

59. Садовский М. А., Абасов М. Т., Николаев А. В. Перспективы вибрационного воздействия на нефтяную залежь с целью повышения нефтеотдачи. Вест. АН СССР, 1986, №9, с. 95-99.

60. Горбачев Ю.И. Физико химические основы ультразвуковой очистки призабойной зоны нефтяных скважин. - Геоинформатика, 1998, № 3, с. 7-12

61. Горбачев Ю.И., Иванова Н.И., Никитин А. А. и др. Акустические методы повышения нефтеотдачи пластов и интенсификация добычи нефти. Нефтяное хозяйство, 2002, № 5, с. 87-91

62. Курленя М. В. Новые технологии добычи полезных ископаемых. ФТПРПИ, 2000, № 2, с. 63-74.7 4.Сердюков С. В. Влияние вибросейсмического поля натепловые и фильтрационные процессы в битумном пласте. -ФТПРПИ, 2001, № 2, с. 3-9.

63. Кузнецов О. А., Ефимова С. А., Жуйков Ю. Ф. и др. Акустическое воздействие на призабойную зону пласта. -Нефтяное хозяйство, 1987, № 5, с. 34-36

64. Соколов А. В., Симкин Э. М. Исследование влияния акустического воздействия на реологические свойства некоторых нефтей. В кн.: Вопросы нелинейной геофизики. - М.: ВНИИЯГГ, 1981. с. 104-106.

65. ЭО.Дыбленко В. П., Семавин Н. И., Фосс В. П., Чирко С.Т. Повышение эффективности методов обработки призабойной зоны пласта. Нефтяное хозяйство, 1990, № 2, с. 53 -56.

66. Ганиев Р.Ф., Петров С.А., Украинский Л.Е. О резонансном характере распределения амплитуд волнового поля в призабойной зоне скважины. Вибротехника, 1989, № 62, с. 82-87.

67. Дыбленко В.П., Туфанов И.А., Лысенко А.П. Фильтрационные явления и процессы в насыщенных пористых средах при волновом воздействии. Сб. науч. тр. Пути интенсификации добычи нефти: БашНИПИнефть, 198 9, Вып. 80, с. 45-51.

68. Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. Об опыте акустического воздействия на процесс подземного выщелачивания редких металлов. Сборник трудов XI сессии Российского акустического общества. Т.2.- М. : ГЕОС, 2001, с. 121125.

69. Шамина О.Г., Паленов A.M., Ткаченко B.C., Якушина H.A. Влияние вибрационного воздействия на влагонасыщение горных пород. Физика Земли, 1997, № 1, с. 48-58.

70. ЮО.Пинаков В. И. Опыт акустической интенсификациипритока природного газа из скважин. ФТПРПИ, 1999, № б, с. 63-66.

71. Пушкарёва Г. И., Бобылёва С. А. Влияние ультразвука на сорбционные свойства брусита. ФТПРПИ, 2003, № 6, с. 104-108.

72. Бочкарёв Г. Р., Пушкарёва Г. И., Ростовцев В. И. Интенсификация процессов рудоподготовки и сорбционного извлечения металлов из техногенного сырья. ФТПРПИ, 2007, № 3, с. 129-139.

73. Интенсификация процессов извлечения металлов из руд в ультразвуковом поле. Сб. науч. трудов МИСиС, № 53, М., 1969.

74. Новые физические методы интенсификации. Сб. науч. трудов МИСиС, № 92, М., 1977.

75. Физические и физ-химические методы интенсификации технологических процессов. Сб. науч. трудов МИСиС, №124, М., 1980.

76. Ультразвуковые методы воздействия на технологические процессы. Сб. науч. трудов МИСиС, № 133, М., 1981.

77. Повышение эффективности технологических процессов в поле акустических колебаний. Сб. науч. трудов МИСиС, №132, М., 1981.

78. СТО 38-022-89. Восстановление приёмистости нагнетательных скважин и увеличение охвата пласта по толщине заводнением с применением воздействия низкочастотными упругими колебаниями. Стандарт объединения, Уфа: НПО Союзнефтеотдача, 1988, 30 с.

79. ЮЭ.Дыбленко В.П., Туфанов И.А., Шарифуллин Р. Я. И др. Технология повышения продуктивности и реанимации скважин с применением виброволнового воздействия. -Нефтепромысловое дело, 1994, № 5, с. 25-28.

80. Калинин В.В., Владов M.JI., Аптикаев С.Ф., Бухов В.М., Ногин В.А. Сейсмическое поле, генерируемое электрическими разрядами в скважинах. Геофизика, 2003, №5, с. 29-39.

81. Поклонов С. Г. и др. Эффективность электрического разряда для условий нефтяных скважин. Нефтяное хозяйство, 1992, № 3, с. 20-23.

82. Максутов Р. А., Сизоненко О. Н. и др. Использование электровзрывного воздействия на призабойную зону. -Нефтяное хозяйство, 1985, № 1, с. 34-35.

83. Петров В. А., Ахметов И. Г. и др. Эффективность применения метода электрогидравлического воздействия на призабойную зону пласта. Нефтепромысловое дело, 1983, №9, с. 2-3.

84. Балашкад М. И., Андреев Ю. Н., Казанин В. А. Обработка призабойной зоны пласта импульсами давления. Нефтяное хозяйство, 1990, № 8, с. 28-31.

85. Гаврилов Г. Н. и др. Разрядно-импульсная технология обработки минеральных сред.- Киев, 197 911 б. Корженевский А. Г. и др. Применение пластоиспытателй для избирательного воздействия на призабойную зону скважин, Нефтяное хозяйство 1989 № 10. С. 72-79.

86. Носов В.Н., Зайцев Г. С. Интенсификация притока нефти акустическим воздействием на продуктивные пласты. эи Нефтепромысловое дело (отечественный опыт) . - М. : ВНИИОЭНГ, 1987, Вып. 4, с. 3-9.

87. Аппаратура импульсного упругого воздействия на нефтегазоносные пласты «Приток 1». - Геофизический вестник ЕГАО, 1997, № 11.

88. Дрягин В.В., Опошнян В. И., Глухих В. А. Аппаратура акустического воздействия ААВ-320 для очисткипризабойной зоны пласта. Каротажник, Тверь: АИС, 1998, Вып. 46.

89. Митрофанов В.П. Дзюбенко А.И. Нечаева Н.Ю. Дрягин В.В. Результаты промысловых испытаний акустического воздействия на призабойную зону пласта. Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений, 1998, №10, с.36-42.

90. Камалов Ф.Х., Латыпов P.C., Еникеев М.Д. и др. Современное оборудование для испытания и интенсификации добычи. Каротажник , Тверь: АИС, 1997, Вып. 38.

91. Герштанский О.С. Опыт применения акустического воздействия на призабойную зону проницаемых пород на месторождениях Западного Казахстана. Каротажник, Тверь: АИС, 1998. Вып. 48.

92. Горбачев Ю.И., Кузнецов О.Л., Рафиков P.C., Печков A.A. Физические основы акустического метода воздействия на коллекторы. Геофизика 1998, №4, с. 5-9.

93. Интенсификация добычи нефти и повышение нефтеотдачи: акустические технологии. Информационно-аналитическое издание «Нефтегаз INTERNATIONAL», 2008, с. 66-67.

94. Mingyuan, L. et al. The Study of Oil Recovery by Water Flooding with Sound Vibration, Petroleum Science, 1999, Vol. 2 No. 1, p.48.

95. Kouznetsov, O.L. et al. Improved oil recovery by application of vibro-energy to waterflooded sandstones, Journal of Petroleum Science and Engineering, 1998, 19, p. 191.

96. Technology of oil production ultrasonic intensification (OPUI). homepage:http://www.progressultrasonics.com

97. Westermark R. ENHANCED OIL RECOVERY WITH DOWNHOLE VIBRATION STIMULATION IN OSAGE COUNTY OKLAHOMA (July 13, 2000 June 30, 2003). - Final Report, DOE Contract Number: DE-FG26-00BC15191.

98. Стретт Дж. В. (лорд Рэлей) Волновая теория света. Пер. с англ.- М.- Л.: ГИТТЛ, 1940. 207 с.

99. Касьянов Д. А. О функции Грина кольца. В сб.: Волны и дифракция-90. М., 1990. с. 250-253.

100. Касьянов Д. А. Функция Грина кольца и гипергеометрические функции двух переменных. Препринт НИРФИ № 297.- Горький: НИРФИ, 1990, 28 с.

101. Касьянов Д. А. Некоторые замечания относительно функции Грина кольца. Акустический журнал, 1993, т. 39. № 5. с. 949-951.14 7.Бейтмен Г., Эрдейн А. Высшие трансцендентные функции, т. 2. М.: Наука, 1966, 296 с.

102. Зоммерфельд А. Оптика. М.: ИЛ, 1953, 486 с.

103. Агрест М. М., Максимов М. 3. Теория неполных цилиндрических функций и их приложения. М.: Атомиздат, 1965, 301 с.

104. Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. Способ нелинейного акустического каротажа. А.С. № 1608608 опубликовано 23.11.1990 БИ № 43.

105. Пелиновский Е. А., Фридман В Е., Энгельбрехт Ю. К. Нелинейные эволюционные уравнения. Таллин: Валгуе, 1984. 120 с.

106. Руденко О. В., Солуян С. И. Теоретические основы нелинейной акустики. М.: Наука, 1975, 288 с.

107. Кобелев Ю. А., Островский Л. А. Модели газожидкостной смеси как нелинейной диспергирующей среды. В кн.:

108. Нелинейная акустика. Теоретические и экспериментальные исследования. Горький: ИПФ АН СССР, 1980. с. 159 -182 .

109. Sutin A., Yoon S., Kim Е., Didenkulov I. Nonlinear acoustic method for bubble density measurements in water. J. Acoust. Soc. Аш., V. 103, N 5, P. 2377 -2384 .

110. Алешин А. С., Гущин В. В., Креков М. М., Николаев А.В., Соколов А. В., Шалашов Г. М. Экспериментальные исследования нелинейного взаимодействия сейсмических поверхностных волн. ДАН СССР, 1981, т. 260. № 3. с. 574 - 575.

111. Береснев И. А., Николаев А. В., Соколов А. В., Шалашов Г. М. Нелинейные явления в сейсмике периодических вибросигналов. Физика Земли, 1986, № 10, с. 32 - 42.

112. Meegan J.D., Jonson P.A., McCall K.R., Guyer R.A. Observation of nonlinear elastic wave behavior in sandstone. J. Acoust. Soc. Am., V. 94, N 6, P. 3387 -3391.

113. Беляева И.Ю., Зайцев В.Ю., Островский JT.А., Сутин A.M. Упругий нелинейный параметр как информационная характеристика в задачах сейсморазведки. Физика Земли, 1994, №10, с. 39-46.

114. Касьянов Д.А., Шалашов Г.М. О возможности нелинейной сейсмоакустической томографии. В кн. Проблемы геотомографии. М.: Наука, 1997, с. 203 - 210.

115. Бакулин В.Н., Протосеня А.Г. О наличии нелинейных эффектов при распространении упругих волн в горных породах. ДАН СССР, 1982, т. 263, №2, с. 314 - 316.

116. Winkler K.W., Liu X. Measurements of third-order elastic constants in rocks. J. Acoust. Soc. Am., V. 100, N 3, P. 1392 - 1398.

117. Малюжинец Г. Д. Дифракция вблизи оси зональной пластинки. ДАН СССР, 1946, т. 54. № 5. с. 403-406.17 0. Горелик Г. С. Колебания и волны. М.: Физматгиз, 1959, 572 с.

118. Карпачева А. А., Розенберг Л. Д., Тартаковский В. Д. Экспериментальное исследование фокусирующих свойств зональных пластинок. Докл. АН СССР, 1947, т. 57. № 3, с. 239-241.

119. Орлов Л. В., Шабров А. А. Гидроакустическая аппаратура рыбопромыслового флота. Л.: Судостроение, 1987. 224 с.

120. Альбац М. Е. Справочник по расчету фильтров и линий задержек. М.: Госзнергоиздат, 1963, 200 с.

121. Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. Устройство для возбуждения акустических волн в межскважинной среде. -Патент № 1817033. Опубликован 27.01.1995, БИ № 3.

122. Касьянов Д. А., Шалашов Г. М. Устройство для возбуждения акустических волн в межскважинной среде. -Патент № 1819468. Опубликован 23.03.1993, БИ № 3.

123. Лепендин Л. П. Акустика. М.: Высшая школа, 1978, 448с.

124. Васильев Е. Н. Возбуждение тел вращения. М.: Радио и связь, 1987, 272 с.

125. Robey D. Н. On the radiation impedance of an array of finite cylinders. J. Acoust. Soc. Am. V. 27, № 2,1. P.706-710.

126. Butler J. L., Butler A. L. A Fourier series solution for the radiation impedance of a finite cylinder. J. Acoust. Soc. Am., V. 104, № 5, P.2723-2778.

127. Гринченко В. Т., Вовк И. В. Волновые задачи рассеяния звука на упругих оболочках. Киев: Наук, думка, 1986.

128. Stanton Т. К. Sound scattering by cylinders of finite length. I. Fluid cylindersio J. Acoust. Soc. Am., 1988, V 83, P. 55-63.

129. Stanton Т. K. Sound scattering by cylinders of finite length. II. Elastic cylinders. J. Acoust. Soc. Am.,1988, V. 83. P. 64-67.

130. Stanton Т. K. Sound scattering by cylinders of finite length. III. Deformed cylinders. J. Acoust. Soc. Am.,1989, V. 86. P. 691-705.

131. Di Perna D. T. Stanton Т. K. Fresnel zone effects in the scattering of sound by cylinders of varions lengths. J. Acoust. Soc. Am., 1991. V. 90. P. 33483355.

132. Лебедев А. В., Хилько А. И. Рассеяние звука упругими тонкостенными цилиндрами ограниченной длины. Акуст. журн., 1992, т. 38. № 6. с. 1057-1065.

133. Ватсон Г. Н. Теория бесселевых функций. Т. 1. М.: ИЛ, 1949, 800 с.

134. Касьянов Д. А. Фокусирование расходящейся цилиндрической волны II. Акуст. журн., 1994, т. 40. №1. с. 76-83.

135. Касьянов Д. А. Цилиндрическая зонная линза. Изв. Вузов Радиофизика, 2000, т. 43, с. 782-792.

136. Касьянов Д. А. Экспериментальные исследования фокусирующих свойств цилиндрической зонной линзы.

137. Сборник трудов 11 сессии Российского акустического общества. Т.2.- М. : ГЕОС, 2001, с. 129-133.

138. Васильев Ю. И. Частотные характеристики цилиндрического излучателя конечной длины (для продольных и поперечных волн). Изв. АН СССР. Физика Земли. 1968. №1. С. 25-43.

139. Крутин В. Н., Ямщиков В. С. Акустическое поле, создаваемое радиально колеблющимся цилиндрическим излучателем в упругой среде. Изв. АН СССР. Физика Земли. 1971, №10. С. 37-43.

140. Крутин В. Н., Кузнецов О. JI., Стрекозин В. В. Излучение продольных и поперечных волн из скважины с жидкостью в упругую среду. Ядерно-геофизические и геоакустические исследования скважин на нефть и газ. М.: ВНИИЯГГ. 1977. С. 5-21.

141. Крутин В. Н. Энергетические соотношения при излучении упругих волн из скважины. В кн. Новые геоакустические методы поиска и разведки месторождений полезных ископаемых. М.: ВНИИЯГГ. 1982. С. 76-88.

142. Стрелков Е. М., Шалашов Г. М. Исследование эффективности возбуждения цилиндрических акустических упругих волн в межскважинной среде. Исследование и разработка наземных невзрывных источников сейсмических колебаний. М.: Геол. Фонд РСФСР, 1988. С. 47-55.

143. Heelan Р. А. Radiation from а cylindrical source of finite length. Geophysics, 1953, v. 18, P.685-696.

144. Бушер М.К., Горбачёв Ю. И., Михайлов А.В., Попов В.П. Оценка эффективности скважинных пьезокерамических излучателей. Геофизика, 2003, №4,

145. Дианов Д. В., Кузьменко А. Г. Исследование возможности расширения полосы пропускания цилиндрических пьезокерамических преобразователей. -Акуст. журн., 1970, Т.16, №2, с. 236-240.

146. Алексеев В. Н. Расширение полосы пропускания цилиндрического пьезокерамического преобразователя при помощи двух переходных слоев. Акуст. журн., 1976,1. Т.22, №2, с. 179-184.

147. Лазуткин В. Н., Цыганов Ю. В. Аксиально-симметричные колебания и электрический импеданс пьезокерамических колец с радиальной поляризацией. Акуст. журн., 1971, Т.17, №3, с. 394-399.

148. Чесский Ю. В. Исследование резонансных частотцилиндрических пьезокерамических преобразователей с переходным слоем. Акуст. журн., 1982, Т.28, №6, с. 827-834.

149. Kostek S. and Randall С. J., Modeling of a piezoelectric transducer and its application to full wave acoustic logging/. J. Acoust. Soc. Am., 1994, V. 95, P.109-122.

150. Свердлин Г. М. Гидроакустические преобразователи и антенны. Л.: Судостроение, 1988, 200с.

151. Дианов Д. В., Кузьменко А. Г. Расчёт цилиндрического пьезокерамического преобразователя, совершающего радиально-симметричные колебания. Акуст. Журн, 1970, Т.16, №1, с. 42-48.

152. Касьянов Д. А. Об особенностях работы некомпенсированной пьезокерамической антенны в скважине. Техническая акустика, 2003, №3, http://webcenter.ru/~eeaa/ejta/

153. Касьянов Д. А. О работе протяжённой пьезокерамической антенны в скважине. Изв. Вузов. Радиофизика, 2003,т.46, №2, с. 111-122.

154. Касьянов Д. А. Об импедансных граничных условиях для пьезокерамического цилиндра, излучающего в твёрдое полупространство через жидкий кольцевой слой. Сборник трудов 13 Сессии Российского Акустического общества, том 1, с. 227 - 230, 2003, Москва, ГЕОС.

155. Крауклис П. В., Крауклис Л. А. О дисперсии гидроволн в цилиндрическом кольце. Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн. Вып. 16. Л.: Наука. 1976. С. 54-60.

156. Касьянов Д. А., Шалашов Г.М. Фокусирование расходящихся цилиндрических волн и перспективы скважинной акустики. Изв. Вузов. Радиофизика, 2002, т.45, №2, с. 170-186.

157. Крауклис П. В., Крауклис JI. А. Волновое поле точечного источника в скважине, Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн. Вып. 16. Л : Наука. 1976. С. 41-53.

158. Крауклис П. В., Крауклис JT. А. О спектре продольной волны в скважине с зацементированной обсадной колонной. Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн. Вып. 17. J1.: Наука. 1976. С. 156164 .

159. Кузнецов 0.J1., Мигунов Н. И. О возможности частотного зондирования в скважинах по измерениям акустического импеданса. Физика Земли, 1975, №8, с. 85-89.

160. Касьянов Д. А. О работе фокусирующей пьезокерамической антенны в скважине. Сборник трудов 13 Сессии Российского Акустического общества, том 2, Москва, ГЕОС, 2003, с. 95 - 98.

161. Касьянов Д.А., Шалашов Г.М., Фикс Г.Е. Дифракционный способ фокусирования акустических полей, создаваемых протяжёнными скважинными антеннами. Техническая акустика, 2004 , №10, http ://webcenter.ru/~eeaa/ejta/

162. Касьянов Д.А. Об энергетических характеристиках при излучении сфокусированного фронта в твёрдую среду. -Сборник трудов 15 Сессии Российского Акустического общества, том 1, М.: ГЕОС, 2004, с. 309 313

163. Касьянов Д. А. Об оптимальном типе фокусирующего скважинного излучателя. Акуст. журн., 2007, т. 53, №2, с. 274-284.

164. Kasyanov D. Focused borehole radiator. Journ. Acoust. Soc. of America, 2008, Vol. 123, No.5, Pt.2, P.3842

165. Kasyanov D. Focused borehole radiator. Proceedings of Acoustics'08, Paris, June 29 - July 4, 2008, CD Publication ISBN EAN 978-2-9521105-4-9 97 82 9521105 4 9.

166. Гутин JI. Я. Излучение поршня, колеблющегося в бесконечном экране, в упругую среду. // Акуст. журн. 1963. Т. 9. № 3. С. 314-323.

167. Халимов Э. М. Геотехнологии разведки и разработки нефтяных месторождений. М.: ИГиРГИ, 2001, 656 с.

168. Арене В.Ж. Физико-химическая геотехнология. М.: Изд. МГГУ, 2001. - 656 с.2 2 9. Арене В.Ж. Геотехнологические методы добычи полезных ископаемых. М.: Недра, 1975, 303 с.

169. Гидрометаллургия. Пер. с англ. Под ред. Ласкорина Б.Н. М. : Металлургия, 1978, 647 с.

170. Подземное выщелачивание полиэлементных руд. Под. Ред. Н.П.Лаверова. М.: изд. АГН, 1998, 446 с.

171. Толстов Е.А. Физико-химические геотехнологии освоения месторождений урана и золота в Кызылкумском регионе.

172. М.: Изд. МГУ, 1999, 314 с.2 33.Бровин К.Г., Грабовников В.А., Шумилин М.В., Язиков В.Г. Прогноз, поиски, разведка и промышленная оценка месторождений урана для отработки подземным выщелачиванием. Алматы, Ылым, 1997, 383 с.

173. Язиков В.Г., Забазнов В.Л., Петров H.H., Рогов Е.И., Рогов А.Е. Геотехнология урана на месторождениях Казахстана. Алматы, 2001, 442 с.235 . Грабовников В.А. Геотехнологические исследования при разведке металлов. М.: Недра, 1983, 164 с.

174. Бахуров В. Г., Вечеркин С. Г., Луценко И. К. Подземное выщелачивание урановых руд. М.: Атомиздат, 1969, 152 с.

175. Короткое В.В., Лобанов Д.П., Нестеров Ю.В., Абдульманов И.Г. Горно-химическая технология добычи урана. М.: изд. ГЕОС, 2001, 368 с.

176. Шумилин И.П., Шумилин М.В., Муромцев H.H., Бровин К.Г. и др. Разведка месторождений урана для отработки методом подземного выщелачивания. М.: Недра, 1985, 208 с.

177. Булатов AM., Кочмар Ю.Д, Макаренко П.П., Яремийчук P.C. Освоение скважин. Справочное пособие; Под ред. P.C. Яремийчука. М.: Недра, 1999, 612 с.

178. Теория и практика заканчивания скважин: В 5 т. М.: Недра, 1998-1999.

179. Потапова Н.П., Кортнев A.B. Исследование воздействия ультразвука на процесс облитерации. Ультразвуковая техника, 1966, № 3, с. 68-74.

180. Басаргин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.:000 «Недра-Бизнесцентр», 2002, 255 с.

181. Середа И.Г., Соловьёв И.М. Бурение нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1974, 456 с.

182. Симкин Э.М., Бернштейн М.А. Динамика запарафинивания коллектора в процессе фильтрации нефти. Нефтяное хозяйство, 1975, № 2, с. 44-46.

183. Иванова М.М., Михайлов H.H., Яремийчук P.C. Регулирование фильтрационных свойств пласта в околоскважинных зонах. М.: ВНИИОЭНГ, 1988, 56 с.

184. Кащавцев В.Е., Гаттенберг Ю.П., Люшин С.Ф. Предупреждение солеобразования при добыче нефти. -М.: Недра, 1985, 215 с.

185. Михайлов H.H. Изменение физических свойств горных пород в околоскважинных зонах. М.: Недра, 1987, 152с.

186. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти. Под ред. Ш.К. Гиматудинова. М: Недра, 1983. - 455с.

187. Фридляндер Л.Я. Прострелочно-взрывная аппаратура и её применение в скважинах. М.: Недра, 1985, 199 с.

188. Гафиров K.M., Абдулхаирова Р.Г., Петрова Л.А., Максутов P.A. Результаты внедрения термогазохимического воздействия на пласт. Нефтяное хозяйство, 1980, № 9, с. 34-36.

189. Owens W.W., Archer D.L. Water flood pressure pulsing for fractured reservoirs. Journal of Petroleum Technology, 1966, v.18, N 6, P. 745-752.

190. Максимов Г. А., Радченко А. В. Роль нагрева при акустическом воздействии на пласт. Геофизика, 2001, №6, с. 38-46.

191. Максимов Г. А., Радченко А. В. Моделирование интенсификации нефтедобычи при акустическом воздействиина пласт из скважины. Электронный журнал "Техническая акустика", http://ejta.org, 2003, 10.

192. Николаев A.B., Николаевский В.Н., Урдуханов Р.И. Способ разработки обводнённого нефтяного месторождения. A.c. №1596081, опубл. 30.09.1990, Бюл. № 36

193. Сердюков С.В., Симонов Б.Ф., Чередников E.H. Способ разработки нефтегазового месторождения. Патент №2078913, опубл. 10.05.1997, Бюл. № 12

194. Бриллиант JI.C. Способ добычи нефти из пласта. -Патент № 2186953, опубл. 10.08.2002, Бюл. № 31

195. Молотков Л.А. Исследование распространения волнв пористых и трещиноватых средах на основе эффективных моделей Био и слоистых сред. СПб.: Наука, 2001, 34 8 с.

196. Biot M.A. Mechanics of incremental deformation. -N.Y.: Wiley, 1965, 504 p.

197. Демидов В.П., Кисмерешкин В.П. Способ разработки обводнённого нефтяного месторождения. Патент № 2057906, опубл. 10.04.1996, Бюл. № 13

198. Лопухов Г.П. Способ разработки обводнённого нефтяного месторождения и устройство для вибросейсмического воздействия на это месторождение. Патент № 2172819, опубл. 27.08.2001, Бюл. № 24

199. Mediin W.L., Masse L., Zumwalt G.L. Method for recovery of oil by means of a gas drive combined withlow amplitude seismic excitation. US Patent 4417621, Pub. Date 29.11.1983

200. Bak P. How Nature Works: the Science of Self — Organized Criticality. Springer, 1996, 212P.

201. Jensen H.J. Self — Organized Criticality: Emergent Complex Behavior in Physical and Biological Systems. -Cambridge Univ. Press, 1998, 152P.

202. Источник сейсмических сигналов. A.c. №532835, опубл. 25.10.1976, Бюл. № 39.

203. Носов В.Н., Кузнецов О.Л., Макаров В.Н., Виноградов В.А. Акустический излучатель. A.c. №845618, опубл. 15.06.1983, Бюл. № 22.

204. Носов В.Н. Скважинный акустический излучатель. -Патент № 2022304, опубл. 30.10.1994.

205. Скважинный акустический излучатель «Фиалка». Л.: НПО «Рудгеофизика», 1982, 4 с.

206. Печков A.A., Кузнецов О.Л., Дрягин В.В. Способ акустического воздействия на призабойную зону продуктивного пласта. Патент № 2026969, опубл. 20.01.1995, Бюл. №2.

207. Алемасов В.Е., Буторин Э.А., Кравцов Я.И. и др. Устройство для обработки продуктивных пластов. Патент №2135736, опубл. 27.08.1999.

208. Мальчонок В.О., Максутов Р.А., Дубинин С.Н. и др. Скважинное термоакустическое устройство. Патент №2161244, опубл. 27.12.2000.3 04.Дрягин В.В., Опошнян В.И., Копылов А.Е. Скважинный акустический излучатель. Патент № 2196217, опубл. 10.01.2003.

209. Андреев О.С., Белов К.П., Иванова Т.И. и др. Скважинный источник сейсмоакустических сигналов. А. с. № 1168881, опубл. 23.07.1985, Бюл. №27

210. Кгиедег R.F., Maly G.P. Subterranean well treatment using a vibration field. Patent US 3113621, pat.1012.1963.

211. Kuris A. Method and system for ultrasonic oil recovery. Patent US 3990512, pat. 09.11.1976.

212. Massa F. Mechanoacoustic transducer for use in transmitting high acoustic power densities into geological formations such as oil-saturated sandstone or shale. Patent US 4469175, pat. 23.04.1982

213. Kompanek H.W., Ligman J.R. Casing tuned downhole tool. Patent US 4512402, pat. 11.05.1983.

214. Cheung L.H. Piezoelectric seismic vibration device and method. Patent US 4850449, pat. 16.06.1986.

215. Selsam R.L. Seismic wave generation by a downhole source. Patent US 4722417, pat. 02.02.1988.

216. Wolf A. Gas-gun for acoustic well sounding. Patent US 4750583, pat. 14.07.1988.

217. Brett J.F. Downhole seismic energy source. Patent US 5159160, pat. 27.10.1992.

218. Roberts J.C. Increased oil and gas production using elastic-wave stimulation. Patent US 5950726, pat. 14.09.1999.

219. Zunkel G.D., Hansen T.T. Downhole pressure wave generator and method for use thereof. Patent US 6012521, pat. 09.02.1998.

220. Slaughter J.C., Fraim M.L. Ultrasonic downhole radiator and method for using same. Patent US 6230799, pat. 15.05.2001.

221. Kostrov S.A., Wooden W.O. Method for resonant vibration stimulation of fluid bearing formations. -Patent US 6467542, pat. 22.10.2002.

222. Kas'yanov D.A., Stolarczyk L. Increasing media permeability with acoustic vibration, Patent No.: US 7,350,567, pat. 01.04.2008

223. Barrientos A., Abramov 0., et al. Electroacoustic method and device for stimulation of mass transfer processes for enhanced well recovery. Patent US 7059403, pat. 13.06.2006.

224. Берзон И.С. Высокочастотная сейсмика. М.: Изд. АН СССР, 1957, 302с.323 . Фаткуллин А.А. Обработка пласта вязкоупругимирастворами в комплексе с вибровоздействием. Нефтяное хозяйство, 1995, № 7, с. 45-46.

225. Абрамов A.B., Дёмин Н.В., Хейфец Л.С. Способ подземного выщелачивания полезных ископаемых. A.c. № 613086, опубл. 30.06.78, Бюл. №24.

226. Лобанов Д.П., Подмарков О.В., Фонберштейн Е.Г., Экомасов С.П. Способ увеличения проницаемости рудовмещающих пластов. A.c. №1264632 от 11.09.1984.328 . Технология увеличения добычи руды методом подземного выщелачивания. http://intensonic.sky.ru/.

227. Кулле П.А. Разработка месторождений соли подземным выщелачиванием. М.: Госхимиздат, 1949, 408с.

228. Арене В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых (геотехнология). М.: Недра, 1986, 279с.

229. Здановский А.Б. Кинетика растворения природных солей в условиях вынужденной конвекции. Л.: Гостехиздат, 1956, 220с.332 . Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987, 502с.

230. Воронов А. Г. Использование звуковых колебаний для ускорения процесса растворения каменной соли. Сб.: Ультразвуковые методы интенсификации технологических процессов. Сб. науч. трудов МИСиС. № 60. — М., 1970. С. 186-189.

231. Русихина Л. П., Андреева А. Г. Акустическая интенсификация выщелачивания на месторождении каменной соли. Горный журнал, 1974, № 8, с. 28-40.

232. Основы физики и техники ультразвука. М.: Высш. шк., 1987, 352 с.

233. De Fazio Т., Aki К., Alba I. Solid Earth Tide and Observed Change in the in-situ Seismic velocity.

234. J. Geoph. Res. 1973, V. 78, N 8, P. 1319-1322.

235. Проблемы нелинейной сейсмики. (Сб. статей под ред. Николаева А.В.). М.: Наука, 1987, 288 с.

236. Biot М.А. Mechanics of deformation and acoustic propagation in porous media. Journal of Applied Physics, 1962, V.33, N 4, P. 1482-1498.

237. Biot M.A. Generalized theory of acoustic propagation in porous dissipative media. Journ. Acoust. Soc. of America, 1962, Vol. 34, No.9, Pt.l, P.1254-1264.

238. Нигматуллин Р. И. Динамика многофазных сред. 4.1. М.: Наука, 1987, 464с.34 8. Нигматуллин Р.И. Динамика многофазных сред. 4.2. М.: Наука, 1987, 360с.

239. Ostrovsky L.A., Johnson P. A. Dynamic nonlinear elasticity in geomaterials. Rivista del Nuovo Cimento, 2001, v.24, N 7, 61p.

240. Johnson P. A., Rasolofosaon P. N. J. Manifestation of nonlinear elasticity in rock: convincing evidence over large frequency and strain intervals from laboratory studies. Nonlinear Processes in Geophysics, 1996, № 3, P. 77-88.

241. Назаров B.E., Радостин А.В., Островский JI.A., Соустова И.А. Упругие волны в средах с гистерезисной нелинейностью. Часть 1. Акуст. журн., 2003, т.49, №3, с. 405-415.

242. Назаров В.Е., Радостин А.В., Островский Л.А., Соустова И. А. Упругие волны в средах с гистерезисной нелинейностью. Часть 2. Акуст. журн., 2003, т.49, №4, с. 529-534.

243. Zaitsev V. Yu. A model of anomalous acoustic nonlinearity of microinhomogeneous media. Acoustic Letters, 1996, V. 19, № 9, P. 171-176.

244. Handbook of physical constants. Geol. Soc. Am. Press, 1966, p. 97-174.

245. Universality of Nonclassical Nonlinearity: Applications to Non-Destructive Evaluations and Ultrasonic. New York: Springer, 2006, 539p.

246. Winkler K.A., Nur A., Gladwin M. Friction and seismic attenuation in rock. Nature, 1979, v. 277, p. 528531.

247. TenCate J.A., Smith Е., Guyer R. A. Universal Slow Dynamics in Granular Solids. Phys. Rev. Lett., 2000, v.85, N 5, p.1020-1023.

248. Thurston R. N. and Brugger K., Third-order elastic constants and the velocity of small amplitude elastic waves in homogeneously stressed media. Phys. Rev. A,1964, v.133, N 6, P. 1604 1609.

249. Конюхов Б. А., Шалашов Г. M. О нерезонансных параметрических взаимодействиях упругих волн в изотропной твердой среде. Изв. АН СССР. Механика твердого тела, 1976, № 5, с. 178-183.

250. Александров А. А. и др. Комплекс аппаратуры для нелинейного межскважинного прозвучивания. Исследование и разработка невзрывных источников сейсмических колебаний. — М.: Геологический фонд РСФСР. 1988. С. 4755 .

251. Курдина Т. С., Курдин Г. В., Цлав J1. 3. Способ акустического каротажа. А. с. № 1032420, опубл. 30.08.1983, Бюлл. №28.

252. Бленд Д. Нелинейная динамическая теория упругости, М.: Мир, 1972, 286с.

253. Ионов A.M., Сироткин В.К. Влияние нелинейных свойств среды на распространение сейсмических сигналов. Физика Земли, 1989, №4, с. 57-67.

254. Вайнштейн Л.А. Теория дифракции и метод факторизации. М.: Сов. Радио, 1966, 432 с.

255. Васильев E.H. Об одной функции, встречающейся в теории дифракции. ЖВМ и МФ, 19 65, т. 5, №5, с. 841852 .

256. Касьянов Д.А. Функция Грина кольца и гипергеометрические функции двух переменных. Препринт НИРФИ №297, Горький: НИРФИ, 1990, 28с.

257. Exton Н. Handbook of hypergeometric integrals: theory, applications, tables, computer programs. New York-London, 1978, 523P.

258. Люк Ю. Специальные математические функции и их аппроксимации. М.: Мир, 1980, 608 с.

259. Справочник по специальным функциям. Под ред. М. Абрамовиц и И. Стиган. М.: Мир, 1979, 832с.

260. Jones G.L., Kobett D.R. Interaction of elastic waves in an isotropic Solid. Journ. Acoust. Soc. of America, 1963, Vol. 35, No.l, P.5-10.

261. Jonson D.L., Kostek S., Norris A.N. Nonlinear tubewaves. Journ. Acoust. Soc. of America, 1994, Vol. 96, No.3, P.1829 -1843.ч