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。     

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。     

钻具遇卡声波检测理论与实验研究*

石油钻探过程中,钻具经常发生陷入泥沙中不能自由活动进而卡在井下的事故。本文提出使用单发双收声系来检测钻具遇卡的方法,首先使用有限差分模拟了钻具外为自由流体和泥沙两种介质时的钻铤波响应,通过对比远近接收器的钻铤波衰减,发现泥沙卡钻情况下的钻铤波衰减要明显大于自由钻具情况。随后建立了实验模型对理论结果进行了验证。理论模拟与实验结果均表明声波方法可用以检测钻具遇卡事故,从而确定卡钻的深度位置,为解卡钻作业提供解释依据。     

凹槽对动叶顶部流动和换热的影响

应用数值方法和标准κ-ω紊流模型,研究了凹槽对燃气轮机透平动叶顶部间隙内流动与换热的影响,考虑了平顶部及4种不同深度凹槽的影响.结果显示,在凹槽内存在复杂的流动结构,不同凹槽深度时呈现出不同的涡结构.在凹槽深度小于3%相对叶高时,泄漏流动随凹槽深度的增加而减少,而高于3%时泄漏流量则几乎不变.凹槽的存在使得凹槽底部局部区域换热率较平顶部时升高,但总体来说,叶顶平均表面换热率随凹槽深度的增加而降低.     

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。     

圆弧片状声源向地层中辐射声场的有限差分模拟

提出了一种可用于随钻声波测井的非对称的圆弧片状声源,旨在发展一种能够在钻井过程中精确确定反射体位置的三维反射声波远探测方法。研究了在复杂的井孔条件(钻铤偏心、各向异性和不规则井孔形状)下,该声源向地层中辐射的声场的特征,进一步分析了不同井况条件对三维随钻远探测声波测井的影响。数值模拟结果表明,在圆形井孔、钻铤居中条件下,无论快速地层还是慢速地层,圆弧片状声源均能够向地层中定向辐射声波信号,其辐射指向性图主瓣3 dB角宽窄,旁瓣级低,方位分辨率较高,适用于随钻三维反射成像测井;井壁粗糙程度、地层各向异性等因素对声场特征影响不大,说明该方法适用于粗糙井壁和各向异性地层情况;钻铤偏心和井壁一侧的破坏对辐射声场的影响较大。对本文的模型而言,在破坏深度小于3 cm或者偏心距离小于2 cm时,声场仍有较好的方位特征,该方法仍然适用。而当破坏深度大于6 cm,声场指向性图出现多个幅值较大的角瓣,可能无法利用其确定反射体的方位。本文的研究结果为三维随钻反射声波仪的设计和研发提供了必备的理论基础。      

水下环形凹槽圆柱体散射声场空间指向性调控

本文提出一种具有深度梯度的环形凹槽结构,可用于调控水中有限长刚性圆柱体散射声场空间指向性.基于声学相位阵列理论分析了环形凹槽圆柱声散射空间指向性改变的机理,研究表明:凹槽深度方向相位延迟和凹槽间Bragg散射的相互作用使得平面声波垂直于圆柱方向入射其正横方向散射声波发生偏转.采用有限元方法讨论了凹槽结构参数如占空比、梯度等对圆柱散射声场空间分布特征的影响规律.多个不同深度梯度环形凹槽单元组合圆柱体散射声场数值计算和实验结果显示:具有环形凹槽结构圆柱体正横方向散射声波均匀偏转到预定的空间范围内,使得圆柱体声散射场空间指向性均衡化,改变了圆柱整体的散射特征,这为水下目标声隐身设计和声波定向传播提供了新的方法.     

随钻新型隔声体的声学性能研究*

近年来,随钻声波测井成为了一种新兴的勘探方式,但是在勘探过程中产生的钻铤波会影响地层信号的提取。如何能够更有效的提取地层信号,成为学者研究的重点课题。本文基于声子晶体理论设计了一种新型隔声体,相对于传统刻槽结构能够更好的压制钻铤波。首先基于周期结构理论,利用有限元软件COMSOL MUTIPHYSICS计算了不同刻槽结构的能带图,相比于传统刻槽结构,新型隔声体有更宽的带隙,说明新型刻槽结构可以更有效的阻隔钻铤波。接着在测井模型中对刻槽结构进行频响函数曲线的计算,验证了新型刻槽结构隔声效果在所计算频率范围内优于传统刻槽结构。然后分析了在能带计算和频响曲线计算下隔声效果最好的声源频率(17kHz和22kHz)时新型刻槽结构的STC(时间慢度相关法)处理对比,最后对比声源频率17kHz下新型刻槽结构和传统刻槽结构的STC信号处理,发现此声源频率时新型刻槽结构可以更好的提取地层折射纵波和横波。     

单极随钻声波测井换能器感知信号类型的研究

在假定钻铤是光滑的提前下，前人理论模拟了随钻测井的声压波形，但未发表关于理论波形与实验波形的比较的文章。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，本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，本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纪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。     

端壁凹槽控制扩压叶栅角区分离的数值研究

为揭示端壁凹槽控制高速扩压叶栅角区分离、降低叶栅气动损失的物理机制,采用数值方法研究了高速扩压叶栅NACA65-K48附加具有不同轴向位置和横向长度的端壁凹槽时叶栅的流场结构和气动特性.结果 表明:叶栅出口总压损失系数最大降低8.08％,静压升约提高0.67％.近端壁气流在凹槽内部诱导出复杂旋涡结构,该旋涡结构反过来为...