基于圆弧阵的多极子声波测井辐射器

设计了一种具有复合功能的环形结构的多极子声波测井辐射器.基本方法是由多个作弯曲振动的压电振子构成了圆弧阵辐射器,通过改变圆弧阵上压电振子的组合方式和振动相位,使该圆弧阵成为单极子源、偶极子源和四极子声源.在实验室的消声水池内对多极子声波测井辐射器的单极子、偶极子和四极子声源的频率特征和指向性等参数进行了测量.实验结果表明,在不同组合和激励条件下,圆弧阵具有声波测井的单极子、偶极子和四极子声源的辐射特征.采用该声波辐射器可以缩短多极子声波测井仪器的长度、简化多极子声波测井波形处理步骤和提高声波测井质量.     

基于方位声波固井质量检测仪的Ⅱ界面窜槽响应特性分析

Ⅱ界面(水泥-地层界面)窜槽探测是目前固井质量评价面临的技术难题之一。介绍了第二代方位声波固井质量检测仪(azimuthally acoustic bond tool 2.0,AABT2.0)的结构和原理,利用有限差分算法对不同Ⅱ界面窜槽情况进行了模拟,分析了该仪器在确定水泥窜槽的中心方位和角度范围的效果。数值模拟结果表明,通过分析相控圆弧阵声波接收站中不同方位阵元接收到的套管波首波幅度,可以获得窜槽的中心方位;与独立接收模式相比,基于相控圆弧阵声波接收站的扫描接收模式能够更为准确地获得窜槽的角度范围;通过对数归一化成像显示,可以直观地获得不同深度段的窜槽分布情况。研究结果为之后AABT2.0实际资料的处理奠定了理论基础。     

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.     

偏心情况下方位声波固井质量评价测井数值模拟研究

在水平井或大斜度井段,套管和测井仪器由于重力作用通常存在向下偏心的现象,这会对方位声波固井质量评价仪(azimuthally acoustic bond tool, AABT)的测量响应造成干扰,使其不能有效判别水泥窜槽方位。利用三维有限差分算法分别模拟了仪器偏心和套管偏心情况下方位声波固井质量评价仪的测量响应,分析了偏心距离与各方位接收波形幅度之间的关系,并在此基础上提出了一种水泥窜槽方位测量校正方法。数值模拟结果表明：仪器偏心对AABT测量响应影响很大,难以从首波幅度分布曲线中直接获取水泥窜槽的方位。基于仪器偏心时在自由套管条件下的响应特征,可以实现对仪器偏心效应的校正。从校正后的首波幅度分布曲线中,可以准确地获得水泥窜槽的方位。套管偏心对AABT测量响应影响很小,通常可以忽略。研究成果为之后AABT实际资料的处理奠定了理论基础。     

TI地层井孔中正交偶极子声波测井的物理模拟

采用缩小尺寸的模型井和自制的声波测井模拟试验系统模拟研究正交偶极子声源在井轴与TI介质的对称轴呈不同夹角的模型井中声传播的特征,采用慢度时间相关法、频散分析方法及各向异性分析方法对测量得到的四分量偶极子波形进行分析,并与数值模拟结果进行对比。结果表明:正交偶极子声源在TI介质井孔中激发的弯曲波的速度随井轴与介质对称轴夹角的变化趋势与对应的横波体波速度的变化趋势相一致,且略小于对应的横波体波速度;从试验数据中提取的快、慢弯曲波的频散曲线互相平行,与固有各向异性地层井孔中的快、慢弯曲波频散曲线互相平行的理论相一致;通过HTI井孔中的正交偶极子模拟测量试验验证了地层横波各向异性测量及快横波面测量的可靠性。     

随钻测井环境中地层横波速度测量的数值研究

由于慢地层横波速度测量困难,数值考察了多极子声源在裸眼井和随钻测井环境中激发的声场波形.随钻测井环境中,偶极子和四极子声源都能在快地层井孔中激发出携带地层横波信息的地层振型.研究表明在慢地层,偶极子声源激发的钻铤振型严重干扰地层横波波速的测量,低频四极子声源在慢地层井眼中则不会激发出钻铤振型.     

液面位置对流-固交界面上伪瑞利波幅度影响的数值模拟

研究了流体半空间中存在气-液交界面并且其位置发生改变时,流-固交界面上伪瑞利波的传播特性和幅度响应特征。借助有限差分的方法,实现了对不同气-液交界面位置时振动方向垂直于流-固交界面的脉冲面源所激发表面波声场的数值模拟,分别讨论了气-液交界面自身的散射作用与伪瑞利波传播过程中的能量泄漏对伪瑞利波幅度的影响。数值模拟结果表明:气-液交界面自身对伪瑞利波的散射作用对伪瑞利波幅度仅有极微小的影响,而能量泄漏才是引起伪瑞利波衰减的决定性因素;随着气-液交界面位置的升高,脉冲伪瑞利波幅度呈指数规律下降,与此同时主频向低频偏移。所得研究结果可以发展为一种利用伪瑞利波幅度进行液位检测的可靠方法。     

声波测井压电振子的有限元分析

压电振子是新一代方位声波测井仪器中相控圆弧阵声波辐射器的重要组成部分。利用有限元法对构成圆弧阵的压电振子进行了设计分析,结果显示了压电振子存在多阶弯曲振动模态,且长度方向一阶弯曲振动能够满足方位声波测井的工作频率要求。针对长度方向一阶弯曲振动模式,数值模拟了几何尺寸对压电振子性能参数的影响。压电振子的谐振频率随着陶瓷片长度、基片或陶瓷片厚度的减小而降低;压电振子的辐射声功率随着陶瓷片长度或压电振子宽度的增加、基片或陶瓷片厚度的减小而增大;合理地选取长度和厚度可使压电振子具有较高的机电耦合系数。数值模拟结果可以对圆弧阵结构优化设计起到良好的指导作用。     

用三维时域有限差分法研究随钻声波测井仪器隔声体的设计

在柱坐标系中,利用三维时域有限差分方法研究了随钻声波测井仪器的隔声体设计.结果表明,不同结构的隔声体对钻铤纵模式波的时延量和隔声量存在很大差异.一种由周期性交错排列的凹槽构成的隔声体,相比于由圆环形凹槽构成的隔声体,具有更好的隔声效果.     

TI地层声学各向异性随钻评价方法的数值研究

采用三维有限差分方法模拟偶极子声源在含钻铤的各向异性地层井孔中激发的声场,研究地层各向异性对偶极模式波频散特征的影响,并提出从随钻四分量偶极子声波数据中提取地层快、慢横波慢度及其各向异性的方法。结果表明,偶极子声源在各种地层井孔中均可激发对横波慢度的方位各向异性敏感的偶极模式波:对于快速地层,F2模式的低频部分对地层横波慢度及其方位各向异性最为敏感;对于中速和慢速地层,弯曲波较高频率部分对地层横波慢度较为敏感。采用各向同性地层建模的方法可以较为准确地提取地层的快、慢横波慢度,提取结果的误差小于4%。