| 题名 | 井内大偏心声源和贴井壁声源激发的三维声扬 |
| 作者 | 沈建国 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2000 |
| 授予单位 | 中国科学院声学研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院声学研究所 |
| 关键词 | 井孔声场 偏心声源 声波测井 环形声波 |
| 中文摘要 | 井孔声场的分布问题是声学的一个基本问题。其研究近二十年来进展比较大，这为相应的声波测井技术的发展奠定了坚实的理论基础。目前，随着石油、地质以及工程勘探的进一步深入和测井工艺的改进，贴井壁声波测井和声波成象测井技术得到了比较大的发展，有几种仪器(SBT，CAD等)已开始在现场服务。这些仪器的发射、接收换能器均靠近井壁或贴在井壁上。因此，研究大偏心声源或贴井壁声源激发的井孔声场对理解、解释这一类仪器的测井资料以及应用这些资料评价地层具有重要的意义。本文采用实轴积分法对该问题进行了比较系统的研究。得到了裸眼井和套管井(径向上有分层)内的三维声场并给出了径向有三层介质的模型井实验。全文共分三部分。第一部分研究的是大偏心声源(声源到井轴的距离与井半径的比是0.9)激发的声场问题。本文采用多极子展开的办法计算了硬地层和软地层井孔内不同源距、不同方位角的波形。它们均由在井内液体中传播的直达波和井壁反射波、经过地层传播的多个纵波和环绕井壁传播的面波(Stoneley波)组成，硬地层的波形中还含有多个横波。在一定的源距内，这些波随方位角的变化比较明显。在方位角固定源距不同的波形中，我们比较清楚地看到环绕井壁传播的各种波，其到达时间(简称到时)随源距的变化呈双曲线形状：在源距固定方位角不同的波形中，我们看到环绕井壁传播的波的到时随方位角的变化呈直线形状。从三种地层参数的计算波形中我们还可以看出，地层越硬，环绕井壁传播的面波与井壁反射波离的越近：地层越软，两者离的越远。该结果对CAD测井资料的处理方法研究有一定的意义，它从理论上肯定了用于测量井内垂直或接近垂直裂缝的环绕井壁传播的面波受地层参数的影响，地层参数不同，其在波形中的位置不同。这样，在设计CAD测井资料处理软件时应该根据不同的岩层设计不同(位置)的窗，确实找到面波后才能用其幅度指示裂缝。根据套管井测井的需要，本文还计算了径向上有分层(从井内液体向外依次是套管、水泥环和地层)的井孔内不同源距、不同方位角的波形。它们均由在井内液体中传播的直达波和井壁反射波、套管波、环绕井壁传播的面波(Stoneley波)和经过各层介质传播并且在各层间多次反射后形成的多个反射波组成。频率比较高时(主频为85kHz)在套管波和直达波之间有三个反射波，频率比较低时(主频为65kHz)有一个反射波。用套管与水泥环之间的胶结面上有一水环模拟I界面脱粘的情况，用水泥环与地层之间的胶结面上有一水环模拟II界面脱粘的情况。通过改变水环的厚度，本文进一步研究了这两种情况在波形上的显示：套管波的幅度对I界面脱粘的反应比较明显；反射波的相位对II界面脱粘的反应比较明显。另外，本文还计算了地层和水泥环参数不同时的波形，从这些不同参数的计算波形中我们区分了I、II界面脱粘与地层参数、水泥环参数变化对波形的影响。第二部分研究的是井壁力源模型(模拟贴井壁声源)激发的井内声场问题。我们同样采用多极子展开的办法计算了径向上有分层的井孔内不同源距、不同方位角的波形。通过与大偏心声源计算波形的比较我们发现，对层界面的变化(模拟I、II脱粘)反应比较明显的套管波和反射波幅度明显加大，在井内液体中传播的直达波和井壁反射波幅度明显减小。这从理论上肯定了声源贴井壁有利于反射波和套管波的测量，或者说对I、II界面脱粘探测的效果明显。第三部分是贴井壁声源激发的井内声场的实验研究。我们用一定厚度的圆管放在水中构成径向上有三层介质(水-铝合金-水)的模型井，自制了两种推靠装置将发射和接收探头推到井壁，分别测量了不同源距、不同方位角的波形。从不同推靠装置的测量波形中我们区分了在井内液体中传播的直达波和沿井壁传播的面波。通过改变实验条件，我们区分出了测量波形中幅度比较大的井壁反射波和面波。用井中间加吸声材料的方法衰减或减弱一部分井壁反射波后重新测量，在方位角固定源距不同的接收波形中，我们看到了比较清楚的环绕井壁传播的面波，其到时随源距的变化呈双曲线形状；在源距固定方位角不同的波形中，我们看到该环绕面波的到时随方位角的变化呈直线形状。从实验结果中我们进一步看到，对以测量环绕面波为基础的测井方法(例如CAD测井)而言，源距等于零(发射、接收探头在同一平面内)测量并非最佳选择。最后，通过对以上研究结果的总结和讨论，我们明确了本文研究的作用--在提供大偏心声源和贴井壁声源激发的井孔声场分布的同时也为大偏心声源、贴井壁声源测井方法的研究提供一些必要的理论基础和结果。 |
| 英文摘要 | It is a basic problem to calculate the wave phenomena in a fluid-filled wellbore. Many results have been obtained during the twenty years, at the same time, the sonic instrument and sonic technology have been improved a great deal . While more recentenly, two new sonic tools CAD(Circumferential Acoustic Device) and SBT(Sector Bond Test) have been used in oil fields. In these sonic tools, its sounder transducers, transmitters and receivers are either pressed onto the well wall, or located very close to the well wall. So the study on the acoustic field of an eccentric source in a fluid filled borehole is needed. It helps much to understand and interpretation of the well logging data in the oil fields. In this paper, the acoustic field for CAD and SBT is numerically calculated systematically. Numerical study on the acoustic field of an eccentric source in a fluid-filled borehole and cased borehole is presented. The standard expansion of acoustic field into a sum of Bessel function is used. Since the source in the calculation is very closed to the well wall and the frequency is high, Bessel functions of high order of complex variables of large modulus are needed in the calculation. During the calculation, three formations (hard, middle and soft formation) are used in a fluid-filled wellbore, their difference of the waveform are discussed. For cased borehole, the cases that the fluid layer is between the cement and formation and between steel and cement are calculated at different frequency. The character of the waveform vary as the formation parameters vary, as the cement parameters vary, as the thickness of the fluid layer vary. Another source that the point force is on the well wall is introduced in the calculation. The difference of waveform between two sources at different case of cased borehole is given. In the end, the experiment of small force on the well wall is presented. Some wave phenomena that have been obtained from calculation are get. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-05-07 |
| 页码 | 144 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://159.226.59.140/handle/311008/672]  |
| 专题 | 声学研究所_声学所博硕士学位论文_1981-2009博硕士学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 沈建国. 井内大偏心声源和贴井壁声源激发的三维声扬[D]. 中国科学院声学研究所. 中国科学院声学研究所. 2000. |
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