单极和偶极随钻声波测井理论模拟与分波传播特性研究

发布时间：2017-12-31 05:06

本文关键词：单极和偶极随钻声波测井理论模拟与分波传播特性研究　出处：《哈尔滨工业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近些年来,在钻井的同时进行测井的随钻测井技术得到了快速发展。与钻井完成后再进行井中测量的电缆测井技术相比,随钻测井具有对井孔的破坏程度小,能够进行地质导向钻井,测井成本较低等技术优点。随钻核磁、随钻电阻率等测井技术已经日臻成熟,但是,在随钻声波测井中却存在着两个需要解决的问题。一个是在测井过程中,沿着仪器传播的钻铤波会干扰甚至掩盖地层波的信号,导致无法准确获取地层的有效信息。另一个是如何从随钻声波测井中获取慢速地层的横波速度。为了解决这些问题,本文以随钻声波测井为工程背景,研究单极源随钻声波测井和和偶极源声场随钻声波测井时声波的传播规律,分析了钻铤波的特点,并理论模拟了随钻声测井条件下因地层动电耦合效应而产生的电磁信号,考察了采用这种方法突出地层信号的可行性。论文在以下几个方面取得了进展:建立了随钻声测井理论分析模型,并模拟获得了单极和偶极随钻声场的全波波形。随钻全波中存在着临界折射波和多种模式波,为了研究这些分波在井孔中的传播机制,必须采用分波分析的方法对随钻声场进行处理。首先证明了有且仅有地层的纵、横波支点才是随钻声场的实质支点,随后结合声场的辐射条件确定了被积函数在复波数平面内的黎曼叶选择范围。在完成声场函数的单值化后,采用二维搜索法确定了被积函数的极点,由垂直割线积分和留数定理分别获得支点和极点对声场的贡献。对单极随钻声场的分波进行了计算研究,先计算出了各个分波在频域上的频散、衰减和激发强度曲线,随后通过傅里叶变换得到了它们在时域上的波形。发现地层泄漏模式波对单极声场中的临界折射波有着明显的贡献。钻铤波不是只在钻铤内传播,而是在整个井孔中传播。钻铤波在地层中的激发强度甚至大于纵波在地层中的激发强度。地层的存在虽然几乎不影响单极钻铤波的频散,但明显改变了钻铤波的衰减和激发特性,因此在设计削弱钻铤波的方案时,需要在井孔的模型中进行考虑。当频率高于2k Hz后,单极钻铤波在钻铤内壁的幅度要高于其在钻铤外壁的幅度,在钻铤内壁刻槽可更有效地削弱钻铤波。给出了偶极声场中各个分波的频散、衰减和激发强度曲线。发现地层对偶极钻铤波的影响十分明显,偶极一阶钻铤波在井孔中出现了低频截止现象,且其截止速度就是地层的横波速度。偶极随钻声场中还存在着一个流-固界面波,这个波始终是非泄漏模式波,因此可以从这个波获得地层的衰减信息。在慢速地层中,当频率较高(大于10k Hz)时,界面波的频散比较弱且它的速度对地层横波速度十分敏感。因此,建议将偶极随钻的声源中心频率设为10k Hz,通过测量界面波的速度来反演地层横波速度。采用只考虑声诱导电磁场而忽略电磁场对声场反作用的方法和准静态假设重新推导了随钻测井中声波诱导震电场的解析表达式。通过地层平均围压和孔隙流体压强的关系,由地层的平均围压获得了孔隙内流体压强。采用实轴积分法分别计算随钻声场和其诱导产生震电场的全波波形。从计算结果可以发现,孔隙流体压强梯度对声诱导震电场有着明显的作用,尤其在斯通利波的声电转换中起主导作用。随钻震电场中仍然存在着以声场中钻铤波速度传播的信号,但其在电场中的相对幅度要小于声场中钻铤波的相对幅度。这些结果表明,随钻震电测井可以有效地削弱钻铤波的幅度,但不能完全消除钻铤波的影响。最后,当频率过高或是层较厚时,柱面声场计算过程中会出现数值溢出现象。为了解决这个问题,本文将归一化的贝塞尔函数和广义传递矩阵法推广到了多极源柱面声场的计算中。分别推导了多极源激发时的固-固、液-固和固-液界面的广义传递系数矩阵。计算结果说明了该方法可以用于计算存在多个固、液层的多极井孔声场,同时也可以有效地模拟高频和存在厚层时的柱面声场。
[Abstract]:In order to solve these problems , there are two problems to be solved in the field of borehole acoustic logging . In order to solve this problem , the normalized Bessel function and generalized transfer matrix method are extended to the calculation of multi - polar source cylindrical sound field .

【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE271

【相似文献】