井孔中多极源在分层介质中的声场模拟方法

水平分层地层是常见的地质模型,为了解声波在其中的传播规律,需要对该模型进行数值模拟,通常采用时域有限差分方法。然而对于地下数百米井段,如何提高计算效率,是必须考虑的问题。本文提出了一种可以动态获取计算区域的方法,保证在模拟结果可靠的情况下计算区域最小,并通过算例验证该方法的有效性。当发射器位于接收器下方,并且距离仪器下方最近的分层边界超过2.0 m时,位于仪器下方的所有分层介质可以在计算中忽略不计。对于位于阵列接收器上方的分层边界也同样采用类似的策略。本文利用该方法模拟了多层介质中单偶极声波测井响应,从中提取的纵横波速度与介质参数一致。     

水平薄层包围的流体井孔中声波场的数值模拟

针对声波测井薄层探测的需要,用半解析方法求解了地层为水平多层介质时柱状井孔内脉冲点源激发的声场。通过模式解求出了层间的广义反射矩阵,使得各水平区域的场用层间的广义反射矩阵表出,最后给出了井外为。层介质的形式解,并在井外为三层介质出现一薄层时,对接收器纵向位置位于层下、层间和层上记录的波形进行了数值模拟,得到了首波波至的正确显示。讨论了薄层对波至与幅度的影响。     

一种能量守恒的双向耦合简正波水声传播模型

针对非水平边界条件近似处理所引起的双向声场能量不守恒问题,提出了一种满足能量守恒的双向耦合简正波模型。在模型的建立中,严格考虑了非水平界面的边界条件,并依据介质运动方程和连续性方程推导了便于数值计算的耦合微分方程。同时,结合能量守恒方程和不同海底参数下的数值计算,对模型的准确性进行了研究。由理论分析和仿真结果可以看出,边界条件的严格考虑将导致边界修正项的产生,而边界修正项的引入确保了耦合系数满足对称性和模型所计算的声场满足能量守恒,使得本模型可充分考虑边界水平变化对声场的影响,实现非水平分层波导中双向场的准确计算。      

时间反转和逆时偏移混合法用于层状介质中目标检测和定位的声场分析

基于时间反转和逆时偏移混合方法用于分层介质中目标的声学检测和定位的原理,本文对分层介质中目标检测和定位的声场进行了数值分析。首先给出了声场分布数值仿真的方法和步骤,进一步采用单发多收和多发多收两种方式对单个目标和多个目标计算出其声场分布。数值仿真结果表明可以较好地实现对目标的检测和定位。比较发现,单发单收方式和多发多收方式都得到较好的结果,但多发多收方式计算耗时过多,因此不宜采用。另外,对多个目标的探测提出了改进方法。      

浅海声场的角度分布

分层介质中简谐点源的声场具有确定的角度分布。应用射线理论虽然也可计算给定接收点声场的角度分布,但是它不能反映重要的信号参数——频率对声场角度分布的影响,此外射线理论还无法计算影区中的声场。本文应用简正波理论讨论分层介质中声场的角度分布,获得了声场角度分布的一般表达式,以及定向接收时的声场衰减规律。所得结果可以应用到射线声学影区,并且反映了声场随频率的变化。当研究水声信道和信号在其中的检测效果时,利用本文的结果可以选择最佳的接收方向。对于选取的介质模型进行了数值计算,分析和讨论了所得结果。     

柱面分层流体饱和孔隙地层中的声波测井波场模拟

因钻井作业时泥浆侵入等因素,井外介质沿径向常呈现非均匀性。本文将地层视为柱面分层孔隙介质,采用传递矩阵法模拟声波测井波场。注意到慢纵波波数的实部和虚部都很大,当井外含大厚度层且频率较高时,易因计算大自变量的Hankel函数而溢出,我们在波场表达式中引入了归一化的Hankel函数。论文将前人模拟关于柱面分层固体弹性介质声波测井的广义反射/透射系数计算方法推广到了分层孔隙介质情况,导出了波幅系数的计算公式,并针对含侵入带的柱面分层孔隙地层,计算了声波测井全波波形。      

复等效深度耦合简正波模型

为了考虑海底地形随距离变化的非水平分层介质中割线积分对声场的贡献,提出了复等效深度耦合简正波模型。该耦合简正波模型由介质运动方程和连续性方程推导得到了耦合微分方程组,此方程组满足海底地形随距离变化情况下的边界条件且仅包含一个耦合矩阵,并通过引入复等效深度理论处理连续谱和离散谱之间的相互耦合。仿真计算表明,复等效深度耦合简正波模型提高了波导简正波本征值位于割线枝点附近情况下声传播损失的计算精度,充分考虑了波导简正波、非波导简正波和割线积分对声场的贡献,可快速而准确地计算非水平分层介质中的声场。      

水下圆柱壳结构表面振速插值方法及其辐射声场预测

提出一种圆柱壳表面速度的全局插值算法,表面速度函数周向采用Fourier级数、轴向采用分段Lagrange函数表示,利用圆柱壳结构表面有限位置处的测量数据,计算得到速度函数的级数展开式系数,然后对表面其它位置处的振速进行插值,避免了传统的局部插值和离散产生的误差。数值算例验证了该插值方法能通过有限点位置处的数据,获取连续光滑的表面速度分布,并能满足圆柱壳辐射声场预测的需求。进而,在实验条件下,使用该插值方法对双层圆柱壳水下辐射声场进行了预测,实验结果表明通过该插值方法得到壳体表面速度分布,利用快速边界元方法计算得到的预测声场与实测声场有很好的一致性,验证了该插值方法在圆柱壳辐射声场预测中的正确性和工程适用性。     

水下圆柱壳结构表面振速插值方法及其辐射声场预测

提出一种圆柱壳表面速度的全局插值算法,表面速度函数周向采用Fourier级数、轴向采用分段Lagrange函数表示,利用圆柱壳结构表面有限位置处的测量数据,计算得到速度函数的级数展开式系数,然后对表面其它位置处的振速进行插值,避免了传统的局部插值和离散产生的误差。数值算例验证了该插值方法能通过有限点位置处的数据,获取连续光滑的表面速度分布,并能满足圆柱壳辐射声场预测的需求。进而,在实验条件下,使用该插值方法对双层圆柱壳水下辐射声场进行了预测,实验结果表明通过该插值方法得到壳体表面速度分布,利用快速边界元方法计算得到的预测声场与实测声场有很好的一致性,验证了该插值方法在圆柱壳辐射声场预测中的正确性和工程适用性。      

时间反转和逆时偏移混合法中参数改变对目标检测和定位的影响*

时间反转和逆时偏移混合法能有效地抑制分层介质中界面或底面反射波的干扰,从而实现分层介质中目标的检测和定位。该文计算得到阵列阵元的疏密,目标在空间中不同位置,以及不同载波频率相应的声场图和声场等高线图,从而详细研究不同参数对目标检测和定位的影响。研究结果表明,接收阵元需要达到一定数目才能获得较好的聚焦效果;目标无论距阵列远近都可以被很好地定位,特别是离界面很近的目标也可以清晰地分辨出来;用调制载波信号可以得到在目标处更尖锐的声场分布,但周围的各处声场分布高低起伏,可能带来定位的不稳定。     

匀加速运动声源的声场建模及其数值算法研究

针对匀加速运动点声源的声场特性与其运动状态密切相关这一问题,提出匀加速直线运动状态下点声源的声场计算方法。利用此方法建立了匀加速直线运动时点声源的声压模型,对模型中的关键参数声矢量R进行数值解析,并对声压进行数值分析仿真,得出匀加速直线运动时固定接收点的声压数值计算方法。用此方法对固定接收点位置的匀加速点声源声压进行声场建模,结果表明:在声源接近接收者一定距离以后,声压明显增大;在此距离之外,距离对声压的影响不大。     

MC模拟在随钻方位伽马成像正演中的应用

蒙特卡罗模拟是放射性测井一种重要的数值模拟方法,利用通用程序MCNP可方便地建立各种地层模型,为放射性测井研究提供了简便有效的方法。借助于蒙特卡罗方法建立随钻条件下地层模型,正演模拟随钻方位伽马成像特征。结果表明,随钻方位伽马成像图呈现正弦线特征,利用成像图可准确反演井眼相对倾角和放射性地层厚度;井眼相对倾角越大,放射性地层厚度越厚,成像图的正弦线高度值及在井轴方向上的展布高度值越大;井眼尺寸对利用成像图求取井眼相对倾角没有影响,但对计算放射性地层厚度有影响,仪器偏心对利用成像图求取井眼相对倾角和放射性地层厚度都有较大影响,若伽马计数满足测井计数统计性,可忽略井眼流体对成像图的影响。     

CBMT第二界面成像理论和实验研究

长期以来,固井质量测井主要利用声波法探测水泥环第一界面进而评价固井质量,水泥环第二界面是水泥封隔系统的最薄弱环节,其胶结状况评价则一直是固井质量评价的重大难点,通常只能根据声波变密度测井曲线进行定性评价,第二界面胶结评价是测井追求的目标。该文在中海油服自主研发的扇区水泥胶结成像测井仪器CBMT基础上,利用CBMT仪器测量的贴壁全波波形,采取系统的数值模拟配以适当的实验室物理模拟相结合的方式,研究了利用水泥环外侧反射波进行第二界面胶结状况评价的技术可行性及影响因素,得出了在CBMT仪器贴壁全波波形中,来自于水泥环外侧的反射波幅度与第二界面胶结差扇区大小关系明显,利用其对水泥环第二界面胶结状况进行评价是可行的结论,并对第二界面胶结差扇区分辨率、适应的水泥环厚度及地层条件进行了探讨。     

大介电常数地层中多分量感应测井响应研究

研究大介电常数对多分量感应测井的影响,并通过不同磁场分量的组合量来同时提取地层电阻率和介电常数以及地层纵向边界信息,实现地层参数的重构,直观识别烃源岩地层. 关键词： 多分量感应测井 大介电常数 组合量 直观解释     

粒子模拟中激励源的一种等效设置方法

 基于计算电磁学中对强迫激励源消除虚假反射的算法分析，提出了用等效电流和等效磁流在FDTD公式中引入电场激励源和磁场激励源的方法。从粒子模拟方法的基本方程和迭代公式出发，分析了激励源的引入过程，推导出激励源所等效的电流项和磁流项表达式，实现了新的激励源设置方法，并进行了数值验证和结果讨论。研究表明：这类等效模型与标准FDTD公式能紧密结合，引入非常方便；不必专门设置一个附加的散射场区来处理散射场的计算，大大节省了计算时间和计算内存，比常规总场/散射场体系方法的效率高20%以上，对粒子模拟这类耗时的计算较为适用。通过对2维柱坐标系下相对论速调管放大器(RKA)的模拟，证明了此类激励源设置方法的实用性。     

高精度时差提取技术在薄互层中的应用

声波测井中,对于砂一泥岩薄互层井段,由于地层声速变化及仪器分辨率低等原因导致不同接收器接收到的波形相关性差,用传统的时差-时间相关法往往不能得到稳定可靠的时差结果。对于数字声波测井而言,单个接收器的波形质量良好,针对这一现象,本文通过利用改进的探测首波波至的方法获得高精度的时差。将该方法应用到现场实例数据中,结果表明该方法有效的提高了地层首波时差的精度,清晰的刻画了薄互层特性。并且该方法基本不需要人工干预,在大部分情况下可以得到稳定可靠的结果。     

反射波测井的菲涅尔带效应

基于反射波的单井远探测是声波测井发展的一个重要里程碑,可以有效探测距离井数米到数十米的异常反射体如裂缝,极大提升了声波测井的径向探测距离,在碳酸盐岩缝洞储层勘探开发有重要的作用。本文系统考察了有限尺寸裂缝的反射强度与声源频率和反射体距离的变化特征。模拟结果表明,无论是单极子还是偶极子,反射波的幅度都呈现出菲涅尔带效应。在一定距离内,反射波幅度随裂缝某一方向如宽度增大而增大,当宽带增加一定尺寸后,反射波幅度有一定的程度下降,然后小幅震荡。总之,反射波幅度与反射体尺寸不是简单的正相关,因此,基于反射波能量来评价反射体体积和储量是有条件的。     

Acoustic field outside a cylindrical region excited from inside

We present the results of numerical calculation of the acoustic field distribution in a structure consisting of three cylindrically symmetrical, infinitely long coaxial regions with identical constant density. The media in the inner and outer regions have the same sound velocity which is different from that in the intermediate region. In the inner region, a harmonic pressure source is located. Expressions for the acoustic fields in each region are derived and the field distribution in the outer region is determined. The numerical analysis is performed at the distances corresponding to the near field of the source. Characteristic features of the field structure as a function of the source frequency, the sizes of the system, and the acoustic parameters of the medium are determined. The results obtained can be used in geophysical prospecting for characterization of boreholes, in acoustic logging of wells, and in the problems of noise control near industrial and power plants.     

New bipartition model of neutral particle transport in the HL-2A divertor region

A new bipartition neutral transport model has been developed for simulation of the hydrogenic neutral particle transport in the vicinity of HL-2A divertor target plate. The numerical calculation results on the basis of this model are fairly consistent with the results obtained with the “multi-generation method”. One possible application of this model is to provide a source term originating from neutral transport calculation for any other edge plasma transport code, for instance, B-2 code, which has been used to simulate edge plasma transport of the HL-2A divertor configuration. Especially it can be utilized to quickly classify the plasma in divertor region as high or low recycling regime.