Волновые процессы и их использование в современных технологиях

В известном смысле, другой предельный случай составляют "однократные  акты" взаимодействия локализованных (уединённых) нелинейных образований - ударных волн и солитонов в средах со слабой дисперсией. Например, при "лобовом столкновении" одинаковых ударных волн от места взаимодействия расходятся ударные волны, имеющие большую амплитуду, чем первичные, что приводит к сильному повышению давления в области взаимодействия (для линейных волн одинакового знака и величины давление увеличивается вдвое). Это справедливо и для случая падения ударной волны на жесткую преграду - рост давления более чем вдвое даёт дополнительное увеличение разрушительного действия волны.

Взаимодействие солитонов  тоже происходит сложным нелинейным образом, но, как уже говорилось, в ряде случаев солитоны выходят  из этого взаимодействия сохранившими свою структурную цельность, что  и говорит об их "частицеподобности".

 

4 Исследования волновых процессов

Волновые  процессы в активных кристаллах 

 

Коллективом второй тематической группы выполняются теоретические исследования волновых процессов в активных кристаллах (пьезоэлектрики, сегнетоэлектрики, ферриты) с целью выявления новых способов преобразования информации и развития методов акустической спектроскопии  неоднородных конденсированных сред. Итогом проведенных исследований явилось  предсказание возможности отрицательного продольного смещения ограниченных пучков, образованных изгибными волнами  в тонких пластинах, ленгмюровскими волнами в изотропной бесстолкновительной  плазме, электромагнитными волнами, акустическими волнами.

В последние годы выполнялись исследования эффектов распространения магнитоупругих и электрозвуковых поверхностных  волн в системе движущихся доменных стенок; раздел "взаимодействие акустических объемных и поверхностных волн с движущимися доменными границами в сегнетоэлектрических и ферритовых кристаллах" переходной темы: "Параметрические эффекты взаимодействия волн с движущимися межфазными границами в активных кристаллах", имеющий целью выявление и анализ дополнительных возможностей сигнальной обработки информации на электрозвуковых и магнитоупругих поверхностных (граничных) сдвиговых волнах за счет управляемого перемещения удерживающих волны 180-градусных доменных границ.

Основным результатом явилось  предсказание существования нового подкласса поверхностных волн, названных  неколлинеарными волнами ввиду  присущей им из-за движения удерживающей границы неколлинеарности волнового  вектора. Практическое значение состоит  в доказательстве возможности трансляционного переноса волн удерживающей границей, что можно, например, использовать для сканирования кристалла поверхностной неколлинеарной волной по зигзагообразной траектории.

Квантовые оптические процессы в твердом теле и ультрахолодных Бозе и Ферми  газах 

 

Группой под руководством к.ф-м.н. Крутицкого К.В. выполняются исследования квантовых  процессов взаимодействия фотонов  оптического диапазона частот с  твердым телом и системами  ультрахолодных Бозе и Ферми газов.

Разработана строгая микроскопичсекая квантовая теория взаимодействия ультрахолодных Бозе и Ферми газов с электромагнитным полем вакуумных и лазерных фотонов. Из первых принципов КЭД выведена в наиболее общем виде система  уравнений Максвелла-Блоха для  операторов рождения и уничтожения  атомных состояний и для лазерных фотонов, которая может быть использована, например, для само-согласованного анализа различных линейных и  нелинейных явлений в оптике атомов при высоких плотностях атомной  системы. Все уравнения, используемые в настоящее время для описания поведения ансамбля ультрахолодных атомов в поле излучения, могут быть получены из нашей общей системы уравнений как частные случаи.

Часть работ выполняется в рамках международного научного сотрудничества совместно с группой профессора Ю.Аудреча из университета г. Констанц (Германия) по проектам, поддерживаемым Немецким Научно-Исследовательским  обществом, Фондом Гумбольдта под общим  названием "Микроскопический подход к проблеме квантования электромагнитного  поля в ультрахолодных газах" и  в Техасском Университете (США).

Поверхностные оптические явления в твердом  теле

 

Группой под руководством к.ф-м.н. Крутицкого К.В. выполняются исследования поверхностных  оптических явлений в твердом  теле.

Применительно к потребностям ближнепольной оптической микроскопии сверхвысокого разрешения рассмотрено влияние дискретности структуры диэлектрической среды на распределение электромагнитного поля вблизи поверхности. Оценено искажающее влияние малого пробного тела (зонда) на распределение детектируемого поля. Показано, что учет дискретной структуры среды оказывает наиболее существенное влияние на поведение электромагнитного поля на расстояниях меньше двух постоянных решетки, что позволяет получить численные оценки размеров области, в которой происходит процесс формирования отраженной и прошедшей волн.

Построена микроскопическая теория переходного слоя на идеальной поверхности поглощающего или непоглощающего изотропного диэлектрика. Рассмотрение выполнено в рамках концепции о дискретно-непрерывном диэлектрике, в которой учитываются поля диполей дискретно распределенных атомов (молекул) внутри сферы Лоренца, окружающей точку наблюдения. Показано, что учет дискретной структуры среды приводит к аномальному поведению поля вблизи поверхности. Толщина переходного слоя может быть найдена по экспериментальным значениям амплитуды отраженной волны. Получена формула для этой амплитуды, включающая роль неоднородного переходного слоя при отражении плоской световой волны.  

 

5 Волновые технологии нового  поколения 

 

При проведении изоляционных работ в скважинах все шире начали использоваться волновые воздействия на пласт в виде знакопеременных давлений разной частоты и интенсивности. Работы по изоляции водоносных пластов с использованием волнового воздействия находятся на уровне создания новых технологий их проведения с применением специальных устройств, генерирующих гидроимпульсы.

Пока чаще всего волновые воздействия применяются в нагнетательных скважинах, когда появляется необходимость повысить приемистость пласта, в который длительное время закачивалась вода, и он перестал ее принимать или же в новых, нагнетательных скважинах, где пласт представлен низкопроницаемыми породами.

Одна из задач использования волнового воздействия — обеспечить надежную изоляцию водопроявляющих пластов на стадии бурения в открытом стволе или уже в процессе эксплуатации скважин. Особо это касается скважин, в которых необходимо создавать надежную изоляцию водоносных пластов с высоким содержанием сероводорода с закачкой тампонажных материалов, стойких к сероводородной агрессии, например на основе глиносодержащих составов. Однако их задавливание в пласт в достаточном объеме обычно не удается из-за высоких гидравлических сопротивлений, возникающих в пределах скважинного слоя.

Для успешного проведения изоляционных работ в подобных случаях необходимо в изолируемых пластах или восстановить проницаемость, которая была резко снижена при бурении, или увеличить ее за счет разрушения частиц, привнесенных когда-то в поры скелета пласта.

Обеспечение эффекта повышения  приемистости скважин при проведении изоляционных работ связывается с созданием течения жидкости в каналах пласта, чтобы частицы были увлечены жидкостью за пределы призабойной зоны пласта (ПЗП) и открыли путь к продавке в пласт тампонажного состава.

Эти условия могут быть выполнены в процессе закачки тампонажного материала, если по мере заполнения его ПЗП будет непрерывно придаваться энергия колебательного движения жидкости. Только при усилении акустического воздействия структуры составов подвержены разрушению с приданием им свойств маловязких жидкостей. Важно при этом вести процесс непрерывно, исключая восстановление у составов структуры (релаксация).

 

 Устройство создания гидроимпульсов 

 
          Для волнового воздействия на проницаемый пласт ВНИИБТ разработал устройство для создания гидроимпульсов (УГП) на основе героторной пары, применяемой в винтовых забойных двигателях (ВЗД). Устройство работает при создании в скважине через него обратной циркуляции. Периодическое закрытие входного канала для пропуска жидкости определяет создание гидроимпульса. Распространение волн гидроимпульсов при этом происходит по оси ствола или колонны в скважине.

Устройство в зависимости от поставленных целей может изготавливаться на основе героторных пар разного типа и размера. Тип героторных пар и размер определяет их рабочую характеристику. В процессе же работы в скважине частота гидроимпульсов определяется производительностью прокачки через устройство жидкости.

Первые испытания гидропульсатора  УГП-88 производились с целью повышения приемистости пластов в нагнетательной скважине путем задавливания в них кислоты.

 

 

 

 

Заключение

 

Волновые процессы являются наиболее распространенными и, быть может, наиболее важными процессами в природе. Важными  как объективно, с позиций их роли во всех природных явлениях, так  и субъективно, с позиций оценки потенциала их практического использования  человеком. Их распространенность определяется, во-первых, тем, что любые физические, химические, биологические и психические  процессы сопровождаются электромагнитными (и не только) волновыми процессами. Во-вторых, существует широкий класс  волновых процессов, которые непосредственно  не связаны с веществом. В-третьих, элементарные частицы вещества принято  рассматривать как волновые объекты.

• Применение волнового воздействия на изолируемый пласт и на продавливаемую жидкость может обеспечивать более глубокое проникновение тампонажных материалов в глубину пласта.
• Наибольший успех волнового воздействия при проведении изоляционных работ может достигаться на осложненных скважинах, где необходимо устанавливать в пласте большие по толщине экраны, например, где имеются агрессивные воды, насыщенные H2S, или же в скважинах, в которых водоносные пласты представлены низкопроницаемыми породами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

 

1 Зевеке Г. В., Ионкин П. А., Нетушил А. В. и др. Основы теории цепей. М.: Энергия, 2008. 752 с.

2 Черский Н.В., Царев В.П., Кузнецов О.Л. и др. Влияние ультразвуковых полей на проницаемость горных пород при фильтрации воды. ДАН СССР, 2004 г., т. 292, №1, с. 201–204. 
          3 Кузнецов О.Л., Ефимов С.А. и др. Акустическое воздействие на призабойную зону пласта. НХ, №5,2006. 
          4  Янтурин А.Ш., Рахимкулов Р.Ш., Кагарманов Н.Ф. Выбор частоты при вибрационном воздействии на ПЗП. НХ, №12,2004 г., с. 63–66. 
          5  Дыбленко В.П., Камаров Р.Н., Шарифуллин Р.Я., Туфанов И.А. Повышение продуктивности и реанимация скважин. М., «Недра», 2005. 
          6 Патент № 2232252 В.И. № 19, 2004. 
          7 Патент № 2231620 В.И. № 18, 2004. 
          8 Санников В.А., Стрешинский И.А., Деменеко НА. Внедрение реагентно-импульсных методов воздействия на ПЗП с целью освоения скважин и интенсификации добычи нефти. НТЖ «Нефтепромысловое дело», ВНИИОЭНГ, №6,2007. 
          9 Кутырев Е.Ф., Мухаметзянов Р.Н., Шевченко В.Н., Типикин СИ. Об особенностях разработки пласта ВС11 Муравленского месторождения Западной Сибири. ВНИИОЭНГ, 2006, с. 46. 
          10 Курочкин Б.М., Яковлев С.С., Тахаутдинов Р.Ш. и др. Применение глубинного гидропульсатора для обработки ПЗП. НХ, №8, 2004. 
          11 Курочкин Б.М., Прусова В.Н., Лобанова В.Н., Яковлев С.С. Разработка ВНИИВТ в области крепления скважин. Труды ВНИИВТ, №1 (69), М., 2006.