多极子阵列声波成像测井技术研究*

多极子阵列声波成像测井已经成为测井中主要方法之一,在地层评价与油气田开发中有重要作用。在已有理论与数值模拟的基础上,经过近十年的技术攻关,我们已经在多极阵列声波成像仪器制造、测试与数值处理等主要关键技术方面都取得了长足的进展,具体包括高温正交偶极子发射换能、高温低频单极子换能器、声系测试、多极子阵列声波测井高温电路及仪器集成、资料处理及解释等主要方面。所研制的仪器及资料处理方法,经过与国外同类仪器的测井结果进行了对比分析,验证了所研发的仪器的可靠性和处理方法的正确性,这些关键技术为我国声学测井仪器装备技术研发和快速发展打下了基础,提供了技术支撑。     

正交偶极声波测井换能器有限元分析*

三叠片型换能器是正交偶极声波测井仪器的重要组成部分。换能器的性能直接影响声波测井数据的质量。本文在前人工作基础上,针对三叠片型声波测井发射换能器长度方向的一阶弯曲振动工作模式,利用有限元方法,模拟了换能器结构尺寸和边界条件变化对换能器性能的影响。结果显示,结构尺寸和边界条件对换能器的谐振频率和电导值均有不同程度的影响。参考数值模拟结果,选取合适的结构尺寸参数和边界固定方式,可以调整和选择正交偶极声波测井仪器发射换能器工作频率和最大发射效率。本文研究结果对三叠片型换能器的优化设计有较好的指导意义。     

方位远探测声波测井仪接收声系实验研究

方位远探测声波测井仪接收声系中各通道接收换能器及相应采集电路的综合一致性极大地影响处理结果的精确度,必须测试并进行必要的校正。在实验室构建了接收声系测试系统,使用主频10 k Hz的单极子声源辐射声场,测量了阵列化声系中每个换能器单独正对单极声源时所有通道的采集波形,分析了波形的时域和频域特征,对声系站内、站间的各通道综合一致性进行了评价并给出接收通道一致性不好时的校正公式;对比了相控接收子阵与单个阵元的接收特性。实验结果表明,该声系各通道综合一致性较好,不需要校正;软件相控处理后,接收阵的能量比单个阵元强、指向性更好,有利于提高有用信号的信噪比和空间的探测分辨率。     

一种用声幅补偿来判断套管井的水泥胶结质量的方法

本文在声波水泥胶结质量测井中根据声等效衰减系数的概念和一种采用双发双收原理进行声幅补偿来判断套管井水泥胶结质量的方法。作者根据这种概念和方法建立了实验装置,进行了室内试验和声波幅度的数据测量。这种装置大大减小井下仪器在油井中的倾斜偏心,声波换能器的发射,接收灵敏度和井壁透射系数等因素对接收的声波幅度的影响,和目前国产的水泥胶结质量声波测井仪器相比较,提高了声波幅度的测量准确性,从而也就提高了水泥胶结质量声波测井的可靠性。     

偶极子声波在疏松砂岩地层井孔中的传播特性研究

对偶极子声源在疏松砂岩井孔中的声波传播机制进行研究具有重要的理论和实际应用价值,可以指导实际测井过程中仪器工作参数的选择及提高资料的处理和解释水平。本文针对实际正交偶极子声波测井中遇到的疏松砂岩超软地层横波测量问题进行了理论分析与数值模拟,计算模拟了偶极子声源在一般软地层和疏松砂岩地层井孔中的传播情况,并对比分析了声场波形与井孔中激发的弯曲波和激发谱的特征之间的内在联系,还根据疏松砂岩地层井孔中的声波传播特点,提出了在这类地层条件下应用偶极子声波测井应注意的若干问题,并指出,在超软地层横波测量中,偶极子声源的中心频率应适当降低,但也不是越低越好,否则达不到预期的效果。本文的研究结果无疑对正交偶极子声波测井声源的设计具有指导作用。     

相关固井质量的声波测井仪器刻度和标定*

目前,中海油服已经建成了一批用于固井质量和套损检测的刻度井,刻度井群可以物理模拟不同的套管规格、水泥密度以及不同的水泥胶结状况等,可用于实现对固井质量和套损检测的声波测井仪器进行系统的标定和测试。以刻度井群中用于标定仪器在高密度和中密度水泥套管井中测量性能的应用为例,介绍了依据高精度的超声扫描、数值模拟和实际仪器的测试结果,初步实现对固井质量检测中常用的声幅-变密度测井(CBL/VDL)和扇区水泥胶结测井(SBT)仪器进行定量刻度和标定的步骤和方法。研究工作表明,质量测试可以掌握刻度井中各组成部分的声学物理参数以及胶结质量,在此基础上结合数值模拟和实际仪器的测量响应,可基本实现待测仪器工作性能的标定。     

关于岩石三阶弹性常数的超声测量方法

油气储层岩石的三阶弹性常数反映了该岩石的速度应力敏感性,是利用声波测井或地震资料进行原位地应力反演的基本参数。本文阐述了利用声弹性理论在实验室测量岩石三阶弹性常数的原理与方法,并给出了部分实验结果。这些参数将为研究声波在预应力声场中传播规律的提供基础数据,同时也为定量分析利用交叉偶极声波测井评价地应力的精度提供了依据。不同岩石的三阶弹性常数较大差异表明,通过速度各向异性进行应力反演时必须考虑岩石本身非线性的差异。     

200℃偶极发射换能器研究

高温偶极子发射换能器是200℃高温多极子阵列声波测井仪器研发需要攻克的主要核心关键技术问题之一。针对这一问题,该文从材料选型和工艺改良两个方面开展技术攻关,研发了耐温达200℃偶极子发射换能器,样机耐温性能测试表明其能够在200℃下连续工作12 h而不损坏,声性能测试样机最大发射电压响应为124 dB,具有与现用换能器相当的辐射性能,样机尺寸及工作频率与现用换能器几乎完全一致,可以方便地对现用仪器进行升级。目前搭载该样机的仪器已经通过孤古8实验井测试,并在新疆顺北油田现场近9000 m井下取得高质量数据,达到设计目的。该文为开展更高温换能器研发提供了详细的研究思路。     

随钻声波测井四极子发射换能器的设计*

提出一种基于金属基片结构的随钻四极子发射换能器,其一阶弯曲模式可用于随钻四极子声源。利用有限元法对该换能器进行了设计分析,结果表明在5kHz附近存在一阶弯曲振动模态,其径向位移分布及发射电压级响应均优于单纯的瓦片状压电阵子,非常适合随钻四极子工作频率及声场的测量需求。针对一阶弯曲振动模态,数值模拟了几何尺寸对换能器性能参数的影响。换能器谐振频率随着陶瓷片厚度、陶瓷片高度、陶瓷片张开角度、金属基片厚度的增大而升高。最大发射电压级幅值随着陶瓷片高度、陶瓷片张开角、金属片厚度的增大而升高;随着陶瓷片厚度的增大,最大发射电压级幅值先升高后逐渐降低。金属基片采用铝片可以使换能器有较大的发射功率。数值模拟结果可以对随钻声波测井仪四极子发射换能器的设计起到良好的指导作用。     

空间声场有源声吸收中的多极源结构

本文从声波基本方程导出了空间声场的有源声吸收能量公式,讨论了单极子,偶极子,三极子等多极次级源对初级声场的有源声吸收及相应的实现条件。在此基础上提出偶极次级源是较简单的次级源结构。在消声室的实验结果表明它具有较好的声吸收性能,为其应用作了初步的可行性研究。     

方位偶极声波远探测技术研究与应用

偶极横波远探测测井技术是当前缝洞型和复杂储层油气勘探开发和评价不可缺少的技术手段。常规偶极远探测技术受限于180?方位的不确定性,难以判别缝洞等地质体的真实方位。采用双偶极错位发射多分量阵列接收研究偶极方位识别方法。首先以传统正交偶极模式获得地质体方位探测结果,再以45?错位角发射偶极声波信号,通过多个邻近接收器的波形差的组合以及反射波在仪器孔径上的时间延迟来区分方位,进一步压制伪像干扰获得地质体真实的方位成像结果。针对弱反射信号,在硬件上,研究了多分量有源接收器阵列声系,有效提升了偶极声波信号信噪比,结合动态增益控制提升反射波幅度;研究了双偶极宽频发射器与多模式发射技术,提高偶极发射功率,保证了偶极声波信号在地层中的远距离传播与反射。数值仿真与实际测井数据表明,双偶极方位识别方法可行,有助于偶极横波远探测技术的进一步发展和应用。     

Simulation of wireline sonic logging measurements acquired with Borehole–Eccentered tools using a high-order adaptive finite-element method

The paper introduces a high-order, adaptive finite-element method for simulation of sonic measurements acquired with borehole-eccentered logging instruments. The resulting frequency-domain based algorithm combines a Fourier series expansion in one spatial dimension with a two-dimensional high-order adaptive finite-element method (FEM), and incorporates a perfectly matched layer (PML) for truncation of the computational domain. The simulation method was verified for various model problems, including a comparison to a semi-analytical solution developed specifically for this purpose. Numerical results indicate that for a wireline sonic tool operating in a fast formation, the main propagation modes are insensitive to the distance from the center of the tool to the center of the borehole (eccentricity distance). However, new flexural modes arise with an increase in eccentricity distance. In soft formations, we identify a new dipole tool mode which arises as a result of tool eccentricity.     

充液圆槽中单极声波仪器响应数值模拟与分析

为了实现声波测井仪器工作状态的快速检测,工程人员通常将仪器水平放置在载液圆槽中进行发射和接收测试,然而对于这种非轴对称结构中的声波导传播规律尚缺乏数值模拟和理论分析,因此迄今仍难以形成有效的测试规范和标准。本文利用三维有限差分算法模拟了载液圆槽中的单极测井仪器声波响应,对比了不同的圆槽物理、几何参数以及液体性质条件下单极子声场首波的幅度和相慢度大小。分析结果表明,单极仪器激发的首波慢度仅由圆槽的物理特征所决定,与圆槽几何参数、声源频率及液体特性无关;而首波幅度大小则与圆槽几何尺寸、圆槽和液体弹性波速等诸因素具有明确的对应关系。本研究结果可为用于仪器测试或速度刻度的圆槽模型井优化设计提供理论依据。     

横波远探测测井换能器研究

为提高偶极子横波远探测反射波的信噪比和增加其探测距离,根据偶极子井孔模式波的激发特性及反射波传播特征分析,研制了基于三叠片的低频大功率偶极子的横波远探测换能器,以降低模式波的相对能量和增加反射波的相对能量。为了得到满足要求的低频大功率偶极换能器,采用有限元方法对现有三叠片进行了优化改进,得到一种符合设计要求的换能器结构,最后制作了样机并对其进行了测试。样机测试结果跟仿真吻合得很好,低频性能得到了极大改善：换能器在谐振频率1.2 kHz附近具有极好的偶极子指向性,谐振频率处的响应比X-MAC同频率段大19 dB。该换能器的研发成功将为偶极子远探测测井仪器性能及成像质量的提高奠定了坚实的基础。     

船载测控雷达偏馈信号动态控制系统的设计

为了满足船载统一测控系统沟通无线偏馈射频链路进行遥测误码率测试的要求,进一步构建系统联调联试的动态射频信号环境,设计了船载测控雷达偏馈信号动态控制系统。通过系统监控台手动或自动远程控制位于天线背部中心体的数控衰减器,可实现雷达天线在对冷空的情况下接收偏馈射频信号幅度的变化,也可实现船载测控雷达系统联调过程中模拟目标动态变化情况,进而分析对系统跟踪性能的影响。该系统经过数次海上测控任务的检验,证明其方法科学有效、操作方便快捷、运行稳定可靠,达到了充分检验设备性能、提高任务准备效率的目的。     

Fully conjugated push–pull dendrons with high dipole moments in excited state; synthesis and theoretical rationalization

Novel fully conjugated push–pull dendrons were synthesized by a divergent approach to evaluate the performance of non‐conventional architectures like dendritic one in charge separation processes associated with photovoltaic events. The dipole moments in excited state were estimated by the solvatochromic method, to be related to the charge separation efficiency. A 1:2 ratio of donor–acceptor groups (methoxy and nitro groups respectively) promotes the largest dipole moment in both ground and excited state (up to 17 D), due to the efficient electron density transfer over the entire molecule, through the π‐electron system. The synthesized dendrons induce charge transfer on excitation as follows from UV–vis absorption–emission analysis and theoretical calculations. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

复杂粒子发射对热核巨共振的影响

讨论了引起统计蒸发模型计算结果与高温热核偶极巨共振实验结果之间存在差别的因素,对比了标准CASCADE程序计算结果与加入复杂粒子发射后的计算结果,计算显示复杂粒子发射对高温热核偶极巨共振的性质有影响.     

组合振子天线磁偶特性实验研究

通过对组合振子的实验研究,验证了磁偶极子回路所具有的优势:能够极大地改善天线低频传输以及辐射特性,具有明显的低频补偿能力。此外,通过设置磁偶回路周长比,比较了不同磁偶回路状态下的天线特性,发现双磁偶回路对于低频特性的改善要优于单磁偶回路,后者的优势主要体现在高频。根据这一现象,采用单磁偶回路结构设计工作频带为300MHz~5GHz组合振子接收天线。     

偶极横波远探测典型地质体解释模型研究及应用

偶极横波远探测技术是近年来发展起来的一门重要的地球物理测井技术,它把常规测井技术的测量范围从井周1 m左右提高到几十米,在井旁裂缝和孔洞等地质体的探测中取得了较好的应用效果。本文根据偶极横波辐射声场和接收声场的互易性,提出了一种快速计算井旁地质体反射声场的解析方法——远场渐近解,实现井旁孔洞、裂缝等典型地质体反射声场的快速计算,分析了不同地质体的远探测成像特征,在此基础之上,与已有实际井资料结合建立了偶极横波远探测的解释模型,并将其应用于海上实际井旁地质体评价。应用结果表明,偶极横波远探测解释模型可用于海上缝洞型地层识别、井旁断层或断裂带判断等,效果明显。     

用杂化CIS-DFT方法研究外电场对乙烯激发态的影响

采用杂化CIS-DFT方法研究了外电场对乙烯分子基态和激发态性质的影响，结果表明外电场对分子几何结构，总能量，偶极矩，极化率，振子强度和激发能有显著影响。CIS-DFT的优点在于它能确定外场下分子的对称性并且给出正确的激发顺序以及分子轨道的电子组态，由此导出乙烯分子的激发态，计算结果与实验一致。首次研究了乙烯分子的外电场效应。与其他从头算方法相比，杂化CIS-DFT方法计算精度和效率相对较高，可用于研究大分子体系。