声波测井中的物理问题

文章从声波测井的基本概念入手,介绍了什么是声波测井,其基本原理是什么,声波测井中的主要物理问题是什么,还从几个侧面介绍了声波测井的基本应用和未来的发展趋势,包括传统的电缆测井、目前国外流行的随钻声波测井以及具有应用前景但是尚处于研究阶段的震电测井.文章向从事物理研究的工作者概述了声波测井相关的物理问题和研究的发展现状,为打算涉入声波测井领域研究或者对相关领域研究感兴趣的读者提供了一些基本素材和知识.     

随钻声波测井隔声体刻槽影响的数值模拟研究

针对随钻声波测井中钻铤波干扰以及刻槽后散射波问题,该文利用时域有限差分法模拟钻铤波在随钻隔声体中的传播规律,首先考察在无限大流体中钻铤波在凹槽分界面处的散射特征,利用波场快照直观显示了钻铤波会有一部分能量在刻槽的固液界面转化为斯通利波。同时在有地层时分别对比了均匀内刻槽和外刻槽对钻铤波的衰减效果,发现在选择均匀内刻槽还是外刻槽时结果不仅与频率范围有关,而且与刻槽的深度也有关系。最后对比了槽宽较大的均匀凹槽隔声体和槽宽较小的渐变凹槽隔声体。可以得出结论,在设计随钻隔声体时,在10 kHz以下选择均匀外刻槽方式相对于内刻槽隔声效果会更好。随着刻槽槽深增加,外刻槽在10 kHz以下相比于内刻槽隔声性能优势更加明显。渐变刻槽在满足衰减钻铤波幅度要求的同时,散射波对后续地层波和斯通利波影响也更小。     

单极随钻声波测井换能器感知信号类型的研究

为了认识测量信号所对应的力学类型及相应类型的钻铤波在钻铤内的分布,该文将理论模拟的随钻声波测井波形与实验波形进行对比。与前人单独考虑压电效应或井孔传播效应不同,该文模拟单极随钻声波测井响应时,将发射器、接收器、光滑钻铤和井孔结构作为一个整体,采用有限元法计算模拟了电压源激励下接收器记录的声压信号和位移信号。将模拟的声压波形与电压信号进行比较,发现二者的钻铤波与斯通利波相对幅值相差较大,而模拟的径向位移波形更接近电压信号。进一步比较理论波形与小模型井内实验测量到的电压信号,证实电压信号更接近位移信号而与声压信号差异明显。这表明当钻铤光滑时,单极随钻声波测井换能器感知的主要是径向位移信号。研究还表明声压信号中的钻铤波能量主要集中在钻铤内壁,径向位移信号中的钻铤波能量主要集中在钻铤外壁。     

偶极随钻声波测井声压和径向位移响应的差异*

声波测井仪接收到的电信号通常是多个压电片响应的叠加,它主要是由声压还是径向位移响应转化而来,或是两种响应兼有目前未有定论。该文通过实轴积分法和复变函数法计算并对比分析随钻声波测井的声压和径向位移场,发现这两种响应特性有着显著的差异。首先,软地层的偶极随钻测井时,声压信号包含钻铤波和舒尔特波两个波群,而径向位移信号仅有钻铤波波群;其次,单极声源情况下,声压和径向位移信号的钻铤波能量分别集中在钻铤内、外壁,而偶极情况恰好相反,可见,钻铤按照单极情况的分析结果进行刻槽后,高频时的拖尾现象会影响偶极信号中舒尔特波对横波速度的反演。因此,阐明两类信号的差异对横波速度的反演和钻铤波的压制都具有重要意义。     

井孔声学研究和声波测井技术的发展——《井孔的声场和波》评述

声波测井是井孔地球物理勘探(或称地球物理测井)的重要分支,己经广泛应用于金属矿井、煤矿井、石油天然气井地层剖面的岩性识别、产层认定与评价及储量计算,还应用于各类井的工程质量评价,在矿产资源的勘探开发中有重要作用。     

声波测井新理论和方法进展

在对声波测井的应用背景、基础方法的推出和理论发展过程进行综述的基础上,着重介绍了近10多年声波测井理论和方法的新进展.结合偶极声波测井技术的兴起和地层各向异性的探测,就相关的基础理论新成果和典型新方法的应用分别进行了评述,也对井孔倏逝波机制和声（震）电效应这类更着眼于进一步应用的物理问题做了概述.文章每一部分都对存在的问题和值得开展的工作提出了建议,并提供了较详细的参考文献,供有兴趣的读者方便查阅.     

声波测井新理论和方法进展

在对声波测井的应用背景、基础方法的推出和理论发展过程进行综述的基础上,着重介绍了近10多年声波测井理论和方法的新进展.结合偶极声波测井技术的兴起和地层各向异性的探测,就相关的基础理论新成果和典型新方法的应用分别进行了评述,也对井孔倏逝波机制和声(震)电效应这类更着眼于进一步应用的物理问题做了概述.文章每一部分都对存在的问题和值得开展的工作提出了建议,并提供了较详细的参考文献,供有兴趣的读者方便查阅.     

周期性非轴对称孔槽结构隔声性能数值模拟研究

设计了一种利用周期性非轴对称孔槽来消除钻铤模式波的隔声体结构,并采用三维有限元法对其隔声效果进行了数值模拟。结果表明:所提出的隔声体的隔声效果与孔槽圆弧的半径、孔槽间隔及孔槽的数目等有关;适当选取刻槽方式时,1 m长的隔声体对单极子源激发的钻铤波的衰减可达22 dB,但对偶极子源激发的挠曲波的衰减效果不明显。     

锂离子电池中的物理问题

锂离子电池是一种性能优越的新型可充放电池．文章在简述了它的原理和特性之后，着重介绍了所涉及的一些物理问题，诸如嵌入物理、载流子输运、渗流、分形和相变等，以期对锂离子电池有更深入的理解     

周期性轴对称凹槽结构隔声特性数值模拟

提出一种在钻铤上切割周期性轴对称凹槽方式构建隔声体,消除钻铤模式波的方法.结果表明,其隔声效果与凹槽深度H、长度L、凹槽数目N、凹槽截面形状以及钻铤壁厚有关.选择矩形截面凹槽、减小钻铤壁厚、增加凹槽深度都可有效提高隔声体的隔声效果,该结构最高可获得约36 dB的声衰减,基本满足随钻声波测井仪器对隔声效果要求.     

Acousto-electric well logging by eccentric source and extraction of shear wave

The nonaxisymmetric acousto-electric field excited by an eccentric acoustic source in the borehole based on Pride seismoelectric theory is considered. It is shown that the acoustic field inside the borehole, converted electric and magnetic fields and coupled fields outside the borehole are composed of an infinitude of multipole fields with different orders. The numerical results show that both the electromagnetic waves and the seismoelectric field in the borehole, and the three components of both electric field and magnetic field can be detected. Measurements on the borehole axis will be of advantage to determining shear velocity information. The components of the symmetric and nonsymmetric acoustic and electromagnetic fields can be strengthened or weakened by adding or subtracting the two full waveforms logged in some azimuths. It may be a new method of directly measuring the shear wave velocity by using the borehole seismoelectric effect.     

软地层随钻测井仪器偏心情况下低频四极子源 激发波场的数值分析*

为了探索测井仪器偏心对随钻低频四极子波场的影响,利用有限元法(多物理场耦合有限元软件包)对软地层井孔中随钻仪器偏心情况下低频四极子声源激发的波场进行了数值模拟。通过对随钻四极子测井波形的分析可知,当采用低频随钻四极子偏心声源激发时,测井波列中除传播速度与低速地层横波速度相当的地层四极子波模式外,还存在一个幅度非常低、传播速度略高于井孔流体中声速的模式波,该模式被对应钻铤弯曲波模式,且该模式波的幅度随着随钻四极子源偏离井孔中心距离的增大呈二次方规律增大,地层四极子模式波幅度呈三次方规律增加。     

Isogeometric finite element analysis of interior acoustic problems

Isogeometric Analysis (IGA) can bridge the gap between geometrical and numerical modeling. To this end, the same basis functions used in Computer Aided Design are applied to represent geometry and approximate physical field in analysis. In this paper, the IGA is firstly introduced to finite element method (FEM) for interior acoustic problems. The domain is parameterized by Non-Uniform Rational B-Spline (NURBS) in the algorithm, which simplifies the mesh generation greatly and furthermore supplies an exact representation of curved boundaries. In addition, the IGA FEM possesses a distinct feature of flexible order-elevation technique without modifying the geometry. Several numerical examples are presented to validate the accuracy and demonstrate the merits of the IGA FEM in the analysis of interior acoustic problems.     

全球气候变化中的物理问题

全球气候变化是一个复杂的科学问题,它涉及到气候系统或地球系统的变化,不但需要考虑它们所包含的这些系统内各部分本身的变化,以及它们之间复杂的相互作用,而且还需考虑物理与地球生物化学等许多过程.文章主要讨论全球气候变化中的物理问题,主要有三个方面：（1）辐射传输和全球辐射平衡:不论是由于自然的原因或人类活动（如太阳活动与火山爆发以及温室气体排放增加导致的温室效应加强）一旦破坏全球的辐射平衡,则会引起气候变化,这是气候变化的主要原因与驱动力;（2）大气波动和气候变化的内部变率:除上述外强迫的作用外,气候变化还可由气候系统内部的变率引起,这包括大气内部变率和耦合气候变率.它们主要是通过产生各种大气的波动而实现的.其中最重要的是罗斯贝（Rossby）波.它们的传播和不稳定发展是造成气候变化的另一个原因;（3）气候系统的混沌性质和可预报性:数值预报模式的预报结果对初始场很敏感,即初始场的微小误差可导致完全不同的预报结果,同时模式中物理过程描述的真实程度也影响预报的结果.大气的这种混沌性质限制了天气的可预报性在2周以内.但气候预测由于明显受外强迫的作用,可使大气的混沌时效延长到月、季、年、几十年甚至上百年.为了减少由初始场误差和模式不完善而造成的预报误差,目前气候预报是采用多初值和多模式的集合预报方法,因而气候预测实际上是一种概率预报.     

从换能器技术的变化看声波测井技术的发展

无论是在电缆测井还是在随钻测井方面,声波换能器结构和振动模式的变化导致了声波测井技术的进步和重大演化.文章以声波测井换能器技术的变化为主线,分析了声波测井技术的发展和进步以及我国在该技术领域取得的进步.单极子声波测井技术已经成为我国成熟的声波测井技术,包括非对称声源技术在内的多极子声波测井技术是我国刚刚攻克的先进声波测井技术并已经进入产业化进程,以井下声波的定向辐射和定向接收为最主要特征的相控声波测井技术是正在研发的新一代声波测井技术,我国在此领域也已经取得显著突破.