Preguntas más frecuentes

Pregunta: ¿En qué ambiente se puede propagar vibraciones ultrasónicas?

Respuesta: Las oscilaciones ultrasónicas sólo pueden propagarse en medios elásticos. La transmisión de vibraciones en tal ambiente se causa por conexiones elásticas entre partículas individuales.

Pregunta: ¿Qué onda se propaga en medios elásticos?

Respuesta: En un medio elástico se propagan ondas acústicas longitudinales. En una onda longitudinal las partículas oscilan por la línea de propagación.

Pregunta: ¿Qué es una onda ultrasónica?

Respuesta: La onda ultrasónica es un proceso de transmisión secuencial de un estado vibratorio de una partícula de un medio elástico a otra partícula.

Pregunta: ¿Qué es un campo de onda?

Respuesta: El campo de onda es un espacio en el cual se propagan ondas ultrasónicas

Pregunta: ¿Cómo afectan vibraciones ultrasónicas un medio elástico?

Respuesta: En la propagación de ondas ultrasónicas se modifican distancias entre partículas y por lo tanto la densidad y la presión. Las relaciones básicas que caracterizan un medio elástico son:

1. Expansión
La expansión es una modificación relativa de un medio elástico.
2. Concentración
Un cambio de volumen que se acompaña por una modificaión de la densidad del medio.
3. Relación entre la expansión y concentración

Con todas las modificaciones del volumen el peso del medio en él se mantiene constante.
Con deformaciones pequeñas la concentración es numéricamente igual a la expansión y es opuesto del signo.
Físicamente está claro que si había un aumento del volumen, la densidad del medio debe disminuirse y viceversa.
La presión en un medio es una función simple de densidad.
La presión total en un medio, abarcado por movimiento de olas puede ser considerada como que consta de dos partes, a saber, de presión hidrostática inicial y dinámica, o presión excesiva, causada por la acción de ondas ultrasónicas. Bajo la influencia de ondas ultrasónicas en el medio ocurren unas modificaciones de densidad que resultan en una presión excesiva.
Una presión excesiva en el medio ambiente puede ser definida como un aumento cuantitativo de la presión causada por modificaciones de la densidad.

Pregunta: ¿Cuál es la conexión entre las ondas de desplazamiento y las ondas de presión?

Respuesta: La propagación de una onda de desplazamiento es acompañada con modificaciones entre partículas del medio. Los desplazamientos de partículas son relacionadas con las cepas apropiadas de plomo que a su vez a cambios de presión en el medio ambiente. Por lo tanto, simultáneamente con la onda de desplazamiento se propaga en la onda de presión media.
Las ondas de desplazamiento y la onda de presión se caracteriza por diversas partes del proceso de la misma onda.
Bajo la influencia de la onda de desplazamiento partículas comienzan a oscilar a lo largo de la línea de propagación de las ondas.

Bajo la influencia de las ondas en áreas ab y de las partículas del medio se acercaron, y se alejaron en la zona bd.

En las zonas de acercamiento de las partículas se formaron áreas de compresión (en áreas ab y de). Al mismo tiempo, en áreas bd , donde las partículas se mueven alejándose entre sí, apareció una zona de depresión.
La densidad del medio en lugares de acercamiento de las partículas se aumentó, y se disminuyó en el área de la depresión.
En los puntos A y E, donde desplazamientos de partículas por tiempo son iguales a cero, el acercamiento de las partículas, y por lo tanto la presión acústica, logran el valor máximo. El mínimo de la presión ocurre en el punto donde la divergencia de las partículas es máxima.

A medida que propaga la onda las partículas del medio que están en el eje x más lejos del inicio de coordenadas, estarán involucradas en el movimiento de las ondas uno por uno, repitiendo oscilaciones de las partículas que han comenzado las oscilaciones bajo la influencia de la onda antes.
Por lo tanto, las áreas de compresión y depresión se desplazarán con la onda a una velocidad igual a la velocidad de propagación de la onda.
La onda de desplazamiento, por lo tanto, está acompañada por una onda de presión. Como puede verse, las dos ondas son diferentes lados de un proceso de onda.

Pregunta: ¿Existen unos procesos térmicos en el medio bajo la influencia de ondas ultrasónicas?

Respuesta: Un medio cuando se comprime se calentará, y cuando la presión es negativa se enfría. Esta circunstancia está asociada con modificaciones en la velocidad de propagación de ondas sonoras longitudinales en un medio elástico.

Pregunta: ¿Pueden vibraciones ultrasónicas destruir una piedra de cemento detrás de una cubierta?

Respuesta: No. Una piedra de cemento es un medio elástico y está sujeto a todas las leyes de la propagación de ondas en medios elásticos. Las oscilaciones ultrasónicas no tienen el poder de destruir lazos entre partículas de cemento.

Pregunta: Qué es la zona de fondo de pozo?

Respuesta: La zona de fondo de pozo es una parte especial del sistema general hidrodinámica del yacimiento de petróleo y gas. La filtración de mezclas líquidas de gas se produce en él a una temperatura alta y gradientes de presión elevados. Los procesos son complicados por la aparición de zonas heterogéneos por su permeabilidad y por transiciones de fase. El tamaño de la zona de fondo de pozo está determinado por el radio de la zona de violación de la ley de filtración lineal, que se extiende a 6-23 m de la pared del pozo. Las zonas de fondo de pozo pueden variar mucho en dimensiones lineales, propiedades físicas y otros parámetros. Desde el punto de vista termodinámico la zona del fondo de pozo de la formación está en un estado del equilibrio no estable, en la fase del intercambio de masa y energía activo con el pozo y la formación, y sus propiedades en el desarrollo del campo están cambiando continuamente. A pesar de su tamaño relativamente pequeño, esta área en gran medida determina el éxito del desarrollo del todo el depósito productivo.

Pregunta: Cómo se ve la zona del fondo de pozo de la formación en el proceso de desarrollo?

Respuesta: Durante el desarrollo de yacimientos de petróleo se produce un deterioro gradual de las propiedades colectores de los yacimientos de las zonas de fondo de pozo. Esto es típico para los estratos de baja permeabilidad y heterogéneos de su espesor. El deterioro de la permeabilidad natural se produce ya en el proceso de perforación, cuando durante la excavación de roca en la zona anular cerca del pozo se producen esfuerzos de compresión. Con esto las capas de roca, interaccionando con las herramientas de corte de rocas y fluidos de perforación, se activan termodinámicamente, lo que posteriormente puede provocar la formación de los estratos superficiales de alta obstrucción. El fluido de perforación se filtra en la formación y forma en las paredes del pozo una la torta de fango de 2-3 mm de espesor. Muchos estudios muestran la posibilidad de una penetración más profunda en el depósito a través de las grietas de lodo que se producen debido a la presión hidrodinámica alta superior a la presión de fracturación de la formación. Esta presión puede producirse cuando se restaura la circulación de fluidos de perforación, o las operaciones de elevación. Por esta razón, se disminuye la permeabilidad absoluta de las muestras de la roca en 1,8-42 veces, y en algunos casos, la permeabilidad absoluta se reduce a cero. Filtrados de los fluidos de perforación pueden penetrar en depósitos a distancias aún mayores, llegando a 0,2 a 3 m. Esto va acompañado por un marcado deterioro de las propiedades naturales de la zona de fondo de pozo por las siguientes razones: • hinchazón de partículas de arcilla de la roca del depósito, cuando el agua de los lixiviados se diferencia en la composición del agua salina; • reducción de la permeabilidad de fase de petróleo a la aparición de la fase acuosa y de la acción bloqueante del agua en la formación de segmentos de pared que tienen una alta viscosidad y resistencia al cizallamiento elástico en la superficie de los poros del depósito; • aparición de los fenómenos capilares en el contacto del agua con el depósito de petróleo; • generación en la zona de fondo de pozo de emulsiones persistentes de agua y petróleo tales como "agua en petróleo" que se filtran débilmente no sólo debido a la viscosidad mayor que la del petróleo puro, pero a causa de las propiedades tixotrópicas pronunciadas; • obstrucción de los poros del depósito con sedimentos sólidos insolubles en agua y petróleo que se forman por la interacción química entre el filtrado de lodo y los líquidos de lavado con fluidos de formación. La penetración del filtrado de lodo en la zona de fondo de pozo de la formación, que se caracteriza por la heterogeneidad vertical, a la distancia de unos pocos centímetros reduce el alcance de la inundación para la capacidad del depósito en 30-40%. Los estudios de los pozos de petróleo muestran que por las razones expuestas en la gran mayoría de los pozos perforados una gran parte de la sección productiva no está funcionando, y la anchura de trabajo es de 25-50%. Los cambios significativos en la zona de fondo de pozo se exponen en el curso de la costura de superposición de revestimiento y de cementación. Como resultado de la interacción físico-química e hidrodinámica de la lechada de cemento y fluidos de la formación en dependencia de las condiciones termodinámicas de yacimiento y la composición litológica la zona de fondo de pozo puede tanto dar como quitar el agua, lo que lleva a modificaciones en sus características de filtración. Después de la terminación de la cementación, las tensiones mecánicas que actúan sobre el área anular alrededor del pozo, comenzará a descargar a la columna de piedra de cemento, lo que provoca modificaciones en las propiedades de filtración de capacitancia de la zona de fondo de pozo. Las violaciones de las propiedades colectoras de fondo de pozo de la zona también se producen en el proceso de perforación y de trabajo probadores de formación. Durante la operación se produce un deterioro ulterior del estado de la zona del fondo del pozo de la formación. En pozos de petróleo, además de las razones ya se ha discutidas el deterioro de las propiedades colectoras, se produce la deposición de las fracciones de alquitrán y asfalto y de parafina, acompañada por la formación en la superficie de los canales de los poros de las capas de adsorción y solvatos. Esto resulta en formación de capas límite de petróleo con una viscosidad anormalmente alta en comparación con el volumen de petróleo, cuyo espesor puede ser comparable con el radio de los canales de los poros. Esto crea resistencias de filtración adicionales, disminución de la permeabilidad de la zona de fondo de pozo y aumenta la heterogeneidad del depósito. El deterioro de la permeabilidad de las zonas de de fondo de pozo se produce también en los pozos de inyección. Particularmente intensamente este proceso se produce en la inyección del agua en el depósito debido a la obstrucción gradual de los poros del depósito por partículas suspendidas mecánicas y de petróleo contenidas en el agua. El contenido de impurezas mecánicas en el agua inyectada por encima de ciertos límites, está provocando una reducción rápida y significativa de la capacidad de inyección y, a veces parada completa de pozos. El agua que se inyecta en la formación, como regla general, difiere en su composición química y la temperatura de las soluciones acuosas en los poros. Esto causa una perturbación del equilibrio natural, física y química en la formación y lleva al henchimiento de los componentes de arcilla del depósito y su destrucción. Al mismo tiempo puede ocurrir un bloqueo completo de los canales de filtración y el traslado del cemento de arcilla profundamente en la capa, incluyendo las partículas de barro previamente capturados, con posterior obstrucción de áreas de baja permeabilidad. En general, esto puede causar una reducción en la capacidad de inyección y la inundación de barrido reducida. La violación del equilibrio físico y químico también puede causar la formación de sedimentos insolubles, la deposición de sales y la precipitación de cristales de cera en los canales de los poros. La disminución de la permeabilidad de agua y el flujo selectivo de agua puede ser causada por adsorción de asfalto y sustancias de petróleo en la superficie de los canales de los poros y con formación de capas obstructoras estructuradas de hidrocarburo, con viscosidad aumentada y que reducen la sección transversal efectiva de canales de filtración. La interacción del agua inyectada con la existente o con la que penetra en el depósito de petróleo, a una velocidad suficientemente alta de filtración en el orificio inferior y la presencia de estabilizadores naturales de petróleo en emulsión - asfaltenos y resinas pueden causar la formación de emulsiones persistentes de petróleo y agua, lo que resulta en un fuerte aumento de la viscosidad del fluido inyectado. Por estas razones, zona del fondo de pozo de la formación es el objeto principal de estimulación con diferentes métodos en todas las etapas del desarrollo del campo. Nuestras investigaciones han establecido que las actividades asociadas con la limpieza de la zona de fondo de pozo, con mejora de su estado termodinámico, contribuyendo a la restauración de la permeabilidad, no sólo causan un aumento en la producción actual de petróleo, sino también el aumento de la recuperación de petróleo del depósito como en totalidad. Los más prometedores a este respecto son estos métodos de estimulación de la zona de fondo de pozo, que no causa nuevas irregularidades de la formación.

Pregunta: Cuáles son las principales razones de la disminución de la recuperación de petróleo y gas?

Respuesta: - la aparición de fuerzas capilares que impiden el desplazamiento de petróleo de los poros del medio microscópicamente poroso; - la relación de movilidad desfavorable y los fluidos desplazados y fluidos de desplazamiento; - la heterogeneidad de la estructura geológica del depósito productivo. La heterogeneidad geológica generalmente resulta en el hecho de que no en todo el volumen de la formación dentro del área cubierta por la inundación se produce un proceso activo de desplazamiento del petróleo por el agua. Por lo tanto, cada sección de la formación inundada, puede haber zonas a las que el frente del desplazamiento no se ha acercado o que han quedado fuera del agua desplazada. La mayoría de los métodos conocidos de recuperación mejorada de petróleo implica el uso de medidas, eliminan parcialmente o completamente la manifestación de una de las tres razones principales antes mencionadas para la disminución de la eficiencia de desplazamiento del petróleo de las formaciones productoras. Sin embargo, la aplicación de estos métodos en las etapas posteriores del desarrollo da resultados decepcionantes. Una de las razones principales para su rendimiento bajo es que ignoran las tendencias naturales de los hidrocarburos líquidos a moverse bajo la influencia de la gravedad y las fuerzas capilares. En este sentido, se puede entender la atención de los trabajadores de la industria petrolera y de gas a las tecnologías de vibración y acústicas que sean capaces de tener en cuenta estas tendencias.

Pregunta: Cuál es la esencia de tecnologías de ondas (de vibraciones)?

Respuesta: Las tecnologías de ondas (de vibraciones) se basan en diferentes formas de transferencia de energía desde las fuentes de pozo de las vibraciones a la formación mediante el fluido de pozo. Debido a la amortiguación de las oscilaciones en un fluido tal forma de transferencia de la energía resulta en la amortiguación de las oscilaciones a distancias de hasta 10 m de las paredes del pozo. Sin embargo, esto es más que suficiente para una limpieza efectiva de las paredes de los pozos y la zona de fondo de pozo de la suciedad y de las sustancias de obstrucción. Además, bajo la influencia de las fluctuaciones están bloqueándose los efectos de las fases residuales de gas, petróleo y agua eliminada, se inicia la filtración de fluidos en zonas de baja permeabilidad y se incrementa la cobertura de la formación tanto en el espesor como en el largo.

Pregunta: Qué es un indicador de la eficacia de la exposición?

Respuesta: Un radio de cobertura, dentro de las relaciones del cual se mantienen algunas relaciones de los valores límite de los parámetros de las oscilaciones, es decir desplazamientos de vibración y aceleraciones vibratorias puede servir del indicador de la eficacia de la exposición a una frecuencia dada. Estos parámetros están determinados por la densidad del flujo de energía de vibraciones en un punto establecido del ambiente y por una frecuencia de oscilación establecida.

Pregunta: Cómo la frecuencia influye sobre el trabajo útil?

Respuesta: En las oscilaciones de frecuencia suficientemente alta la superficie de una partícula permanece casi estacionario en el espacio. La ley mencionada se manifiesta en el movimiento oscilatorio de la formación no consolidada. Hay una serie de aceleraciones de las oscilaciones de la superficie, en la que la vibración penetra en la formación de manera más eficiente.

Pregunta: Cuál es el mecanismo del efecto de las fluctuaciones en la zona de fondo de pozo de la formación?

Respuesta: Las oscilaciones de baja frecuencia en dos - tres órdenes de magnitud aceleran la relajación de las tensiones mecánicas. Cuando se exponen a la zona de fondo de pozo esto puede ayudar a eliminar los efectos adversos de la perforación y del desarrollo de pozos, asociados con tensiones indeseables de las paredes del pozo y de perforaciones. Así, se restablece el estado natural de equilibrio de la zona de fondo del pozo y la zona de la permeabilidad inicial del embalse. Los resultados experimentales indican una modificación en la permeabilidad absoluta de medios porosos saturados bajo la influencia de oscilaciones de gran amplitud de baja frecuencia de la presión del fluido de 0,3 MPa, generadas por un vibrador hidráulico. Las modificaciones relativas en la permeabilidad de núcleos artificialmente cementados alcanzan 30% y están asociados con la formación de nuevos canales de filtración en el medio poroso, con modificación de la porosidad, apertura de grietas, reacondicionamiento y cambio de orientación de los granos que componen el medio poroso. Con el aumento de contenido de arcilla hasta un 35% estos procesos se han mejorado. Otros efectos están directamente relacionados con el impacto en obstructores y líquidos durante su interacción con el esqueleto de la formación en el campo de las oscilaciones. Se puede observar experimentalmente los cambios en el comportamiento reológico de líquidos no newtonianos, que se caracterizan por la presencia de propiedades visco-elásticas y visco-plásticas. Los estudios de los cambios de la viscosidad de cizallamiento de petróleos bajo la acción de las ondas elásticas de la intensidad de 8 a 100 kW/m2 y una frecuencia de 20 Hz a 4,5 MHz han demostrado que después de la exposición la viscosidad de corte se reduce en 20 a 30%, y después no se restablece por algún tiempo (en el modo de pre-cavitación) o no se restablece totalmente (después de los efectos del modo de cavitación desarrollada). Los mayores cambios en la viscosidad en el modo de pre-cavitactión a bajas frecuencias se observan con el aumento del contenido de los componentes resinosos de asfalto y cerosos en el petróleo. El tiempo de recuperación de la viscosidad después de la exposición es de 5-6 horas o más. Las vibraciones de alta frecuencia afecta principalmente en las capas límites del líquido con la fase sólida, contribuyendo a la destrucción de la estructura de capas superficiales y disminuir la adherencia del líquido a la fase sólida, y crea un efecto apreciable sobre la estructura del fluido no newtoniano. Las oscilaciones de baja frecuencia, por el contrario, deforman la estructura del líquido principalmente en su volumen.

Pregunta: Cuáles son los efectos observados durante la exposición al ultrasonido?

Respuesta: Además de los cambios en la permeabilidad y la viscosidad observado experimentalmente: • un incremento (hasta 18 veces) de la velocidad relativa de la filtración de agua o del petróleo de modelo newtoniano a través de los núcleos de la arenisca; la intensidad de oscilaciones en este caso asciende a varios cientos de kilovatios por 1m2, la frecuencia - de 3 a 10 kHz; • un aumento (de hasta 10 veces) de la velocidad de filtración de líquidos polares y no polares, dieléctricos y electrolitos, la intensidad de vibraciones fue de 1,9 kW/m2 a una frecuencia de 17 kHz; • un aumento (casi en 100 veces) de la velocidad de filtración del agua destilada y soluciones de sales a través de los núcleos naturales bajo la influencia de las oscilaciones con una frecuencia de 26,5 kHz. Los autores de las investigaciones explican los resultados experimentales mediante la destrucción de las capas superficiales, lo que resulta en reducción de la resistencia al flujo del líquido en los canales de poros e incremento en la sección transversal efectiva. Otro mecanismo que explica el aumento múltiple en la velocidad de filtración en el campo de las oscilaciones se ha propuesto para resolver el problema del movimiento dirigido de un fluido compresible viscoso a través de un capilar estrecho, las paredes de la cual se deforman bajo la forma de ondas móviles. En la solución numérica se establece que una onda de desplazamientos transversales de la pared genera en el fluido una onda interior, la característica esencial de la cual es que incluso a bajas amplitudes de los desplazamientos transversales de las paredes capilares las amplitudes presión y de la velocidad longitudinal del flujo del fluido en algunas zonas pueden alcanzar valores sustancialmente superiores a la amplitud de la velocidad y la presión, provocando flujos acústicos. Este fenómeno es un ejemplo que muestra que las fluctuaciones de la velocidad y de la presión a la escala de los poros puede causar flujos dirigido con velocidades sustancialmente mayores que la velocidad de filtración.

Pregunta: Cómo las fluctuaciones afectan la estabilidad del revestimiento de cemento alrededor del pozo?

Respuesta: La experiencia muestra la fiabilidad del montaje de los pozos en caso de exposición a las vibraciones. Los razonables criterios cuantitativos que rigen la amplitud permisible y duración de la exposición no existen. Por lo tanto de gran interés práctico son los estudios de las condiciones de destrucciones de vibración y el origen de deformación por fluencia de vibración de la funda de cemento del pozo en base de los datos disponibles sobre las pruebas estándar de hormigones bajo cargas periódicas. Sin embargo, debido al hecho de que a la amplitud de oscilación fija de una fuente de alimentación se ve reducida drásticamente con una frecuencia creciente, las amplitudes, suficientes para la manifestación de la fluencia, se producen sólo en los modos resonantes de excitación de oscilaciones. Por ejemplo, cuando la duración de los efectos de las fluctuaciones no exceda de 24 h, la expresión visible de la fluencia se observa en las amplitudes de la presión de pulsación mayor que 8 a 10 MPa. Las amplitudes de 5,3 MPa, las que generan los vibradores de fondo existentes durante la exposición a las zonas de fondo de pozo, prácticamente no causan algunas manifestaciones del desplazamiento de vibración del revestimiento de cemento se arrastra, y por lo tanto tampoco causan violaciones del aislamiento.

Problemas principales de la recuperación incompleta del petróleo

Considerando los factores que obstaculizan la plena recuperación de petróleo del depósito, sobre todo, se debe mencionar el desplazamiento incompleto del petróleo por el agua desde el espacio poroso mediante el uso de procesos de inundación. Cuando se combinan un medio poroso heterogéneo con la presencia de efectos capilares, el agua no puede desplazar el petróleo desde el lado del espacio poroso. Se cree que este petróleo residual de depósitos hidrófilos se concentra principalmente en los poros más grandes. La integridad de el desplazamiento del petróleo por el agua desde el medio poroso se caracteriza generalmente por el desplazamiento, que es la relación de la diferencia entre la saturación de petróleo inicial y residual a la saturación de petróleo inicial. El coeficiente de desplazamiento del petróleo por el agua bajo diversas condiciones varía en el intervalo 0,4-0,75. En este caso el petróleo residual es 15-40% del volumen de la inundación total del espacio poroso. Otro factor en la determinación de la recuperación del petróleo por las inundaciones es la falta de cobertura de la formación por el proceso del desplazamiento. A medida que avanza el frente del desplazamiento en la dirección de los pozos de inyección hacia los pozos operativos, resulta que no toda el área del depósito productivo desarrollado está cubierta. Por lo tanto, se puede notar las siguientes razones principales de reducción de recuperación las en las inundaciones: • manifestación de fuerzas capilares, que impiden el desplazamiento del petróleo de los poros del medio poroso micro heterogéneo; • relación de movilidad desfavorable del desplazamiento y el fluido desplazado; • estructura heterogénea geológica del depósito productivo. En las condiciones específicas geológicas de producción uno de los factores mencionados a menudo se convierte en el valor dominante. Así, la razón principal para la recuperación incompleta de petróleo es asociada con la manifestación de las fuerzas capilares cuando se desarrollan los yacimientos del petróleo de baja viscosidad con depósitos productivos de heterogeneidad moderada. Claramente, los métodos para mejorar la recuperación de petróleo en tales campos deben resultar en exclusión (parcial o completa) de la manifestación de fuerzas capilares en el proceso de desplazamiento del petróleo. En el desarrollo del petróleo de alta viscosidad, una proporción significativa del petróleo no extraído se refiere a una relación de movilidad desfavorable, y por lo tanto, para la recuperación mejorada del petróleo tales depósitos primero se debe tratar de aumentar la viscosidad del fluido de desplazamiento y reducir la viscosidad del petróleo desplazado.