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。     

随钻单极子声波测井模式优化及远探测

针对非均匀性地层地质力学评价和地质导向钻井的需要,研究了随钻单极子声波的方位特性和反射声场特征,并研制了随钻声波测量装置.建立了不同方向速度模型井和反射声场模型,数值模拟了两个模型的单极子声波传播特征,使用单极子声源发射和偏极子接收器接收的测量模式,分别获得了波速周向变化图和反射波的方位特征.模拟结果表明,纵波对地层方...     

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。     

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。     

Generalized collar waves in acoustic logging while drilling

Tool waves, also named collar waves, propagating along the drill collars in acoustic logging while drilling(ALWD),strongly interfere with the needed P- and S-waves of a penetrated formation, which is a key issue in picking up formation P- and S-wave velocities. Previous studies on physical insulation for the collar waves designed on the collar between the source and the receiver sections did not bring to a satisfactory solution. In this paper, we investigate the propagation features of collar waves in different models. It is confirmed that there exists an indirect collar wave in the synthetic full waves due to the coupling between the drill collar and the borehole, even there is a perfect isolator between the source and the receiver.The direct collar waves propagating all along the tool and the indirect ones produced by echoes from the borehole wall are summarized as the generalized collar waves. Further analyses show that the indirect collar waves could be relatively strong in the full wave data. This is why the collar waves cannot be eliminated with satisfactory effect in many cases by designing the physical isolators carved on the tool.     

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.     

国产的多极子阵列声波测井仪(MPAL)在油田开发生产中的应用

本文对国产的多极子阵列声波测井(MPAL)资料进行了分析,验证了仪器有较好的稳定性,测试结果表明:硬地层的纵波、横波、斯通利波波形清楚,幅度变化正常;通过其在岩性识别、裂缝识别、气层识别、岩石机械特性分析及各向异性的应用进行研究,能够较为准确地求取地层的纵波、横波、斯通利波的声波时差及幅度和衰减曲线,计算岩石力学参数,并进行地层各向异性评价。     

基于电缆-无线耦合的随钻测井信号传输新方法及其数值模拟研究

信号传输是随钻测井的重要组成部分, 也是随钻测井进一步发展的瓶颈.针对这个问题, 研究了由Novatek^TM提出的基于钻杆内有线传输, 钻杆间电磁耦合传输的随钻信号高速传输方法.首先, 针对钻杆间的电磁耦合结构的对称性, 采用了高效的数值模式匹配法对该耦合结构进行了电磁建模; 然后, 为了优化钻杆间耦合结构的耦合性能, 利用上述的电磁建模方法对该耦合结构进行了仿真分析, 分析了该耦合结构各个参数对耦合性能的影响, 并得出了一些有意义的结论, 该结论能够指导随钻测井信号钻杆间耦合传输的优化设计.另外, 钻杆内传输线利用矩形传输线设计, 设计出了50 Ω 特性阻抗的矩形传输线, 并计算了相关损耗.最后, 通过仿真和实验验证了优化设计的钻杆间耦合传输结构具有非常好的传输性能, 并且仿真和实验结果符合良好. 关键词： 随钻信号传输 数值模式匹配 电磁耦合 矩形传输线     

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.