不同偏振方向的偶极子声源在HTI地层井孔中激发声场的实验研究

本文首先制作了TI地层模型井,对模型井的速度、密度等物理参数进行了测量,通过快速模拟退火算法得到了该介质的五个TI刚性系数,然后采用缩尺的偶极子探头在HTI地层井孔内进行超声测量实验模拟了实际的偶极子声波测井,并结合数值模拟的结果,研究了不同偏振方向的声源在HTI地层井孔中进行偶极子声波测井的响应特征.模拟结果表明,弯曲波的幅度和速度随声源的偏振方向不同而不同.正交分量的波形幅度在声源偏振方向平行或垂直于快横波面方位时最小,在与快横波面方位呈一定夹角时较大;同向分量波形幅度随声源的偏振方向的变化规律同正交分量相反.弯曲波速度在声源的偏振方向与快横波面方位的夹角小于30°或者大于60°时,分别接近于快弯曲波和慢弯曲波的速度,对于夹角的变化不敏感;当夹角在30°和60°之间时,弯曲波的速度对该夹角变化非常敏感,由接近快弯曲波速度快速变化到接近慢弯曲波速度.     

充液井孔中的相控线阵声波辐射器在地层中产生的声场

应用有限元法研究了充液井孔中的相控线阵声波辐射器在井外地层中产生的声场,探讨了增强声源向地层的某一特定方向辐射的声波能量的方法. 采用相控线阵声波辐射器并调节其参数可以控制由充液井孔向地层中辐射的声波能量的方向,使声源向地层中的某个特定方向辐射的纵波能量得到明显提高. 在井间地震勘探和反射声波成像测井等领域中应用相控线阵声波辐射器,将有利于增大探测深度、提高探测分辨率和接收信号的信噪比.     

声波测井相控圆弧阵及其辐射指向性

为了实现声波测井的周向分辨能力,提出了可应用于声波测井的、具有周向辐射指向性的相控圆弧阵声波辐射器方案.声波测井圆弧阵发射换能器由多个压电振子沿着圆周排列,通过控制各个振子的激励时间可以实现向某个方位方向的声波辐射.本文以自制的28阵元相控圆弧阵为例,理论和实验研究了相控圆弧阵的辐射指向性及其与阵元个数、声波频率等参数之间的关系.研究表明,在声波测井频率范围内,随着工作阵元个数和频率的增加,圆弧阵辐射声波的周向指向性增强,理论研究和实验研究取得了相一致的结果.与现有的声波测井单极子、偶极子和四极子声源相比,在井下采用相控圆弧阵作为声波辐射器可以真正实现方位声波测井,在各向异性地层评价、定向钻井和井间地层评价等石油工程中有良好的应用前景.     

超声成像测井换能器的实验研究

随钻超声成像测井通过钻铤的旋转实现周向扫描成像,为了提高随钻超声成像测井在周向成像测量的方位覆盖率,需要安装多个换能器同时进行测量,换能器的响应不一致则会产生错误的成像测量结果,本文通过实验测量的方法对随钻超声成像测井换能器的响应特性进行研究.实验测试系统主要由高精度定位控制系统、PXI采集系统、针形水听器、OLYMPUS 5077PR信号源、信号转换器、载物台、示波器等构成,是一个具有4自由度的小型声学定位测控系统.实验主要包括超声换能器的轴线声场测量以及指向性测量.对超声换能器的轴线声场进行测量,得到了换能器的远近场临界距离和幅度响应特性,实验表明换能器远近场临界距离在3.25 cm附近,各个换能器的幅度响应特性一致性较好.通过对换能器指向性进行测量,表明3 dB角宽大致在12°左右,换能器具有较好的聚焦特性.该研究提供一种评价超声成像测井换能器的有效方法,为仪器研制过程中的换能器匹配选择提供依据,可为超声成像测井仪器的研制提供有力支撑.     

一种基于圆弧片状压电振子的相控圆弧阵随钻声波测井辐射器

随钻三维反射声波成像测井技术可以实时地对井周围的地层构造和地质体进行成像,为地质导向钻井提供必要的信息,是下一代声波测井技术的发展方向.针对该项技术,提出了一种基于圆弧片状压电振子的相控圆弧阵声波测井辐射器,推导了该辐射器的声学性能在波数-频率域的数学描述,并采用了实轴积分的方法对该辐射器在无限大液体、井旁地层中产生的波场进行了求解.研究结果显示,无论在无限大液体中还是在充液井孔内,该声源均可以向任意方位定向辐射能量,其水平指向性图主瓣明显,旁瓣级低,具有较高的方位分辨率;相控阵技术能够使得即使在较低的频率下,该声源辐射的声场仍具有较好的方位特征;与传统的单极子反射成像技术相比,有希望利用该声源发展一种具有较好的方位分辨能力和更深径向探测深度的随钻反射成像测井方法;与偶极子反射成像技术相比,采用该声源可以在周向上360°范围内确定反射体的方位,能够消除井旁地层界面方位测量的多解性.     

用斜入射超声波评价水泥胶结质量的方法研究(英文)

超声波水泥胶结质量评价测井是目前较为广泛使用的固井质量评价方法。将传统的脉冲回波技术与超声波斜入射方法相结合,可以形成评价固井质量的新技术。本文使用有限差分方法模拟研究了超声波斜入射时所激发出的波形特征与水泥性质以及胶结状况之间的关系。通过对三种常用水泥的数值模拟,得到了AO模式和SO模式Lamb波在不同胶结水泥及胶结情况下的声衰减系数;通过对不同厚度胶结水泥的数值模拟,得到了次生AO模式Lamb波和AO模式Lamb波的到时差与水泥性质及厚度的关系,并理论推导了水泥层厚度与时间差之间的关系,且从有限差分时域波形中提取的时间差与由理论公式计算结果能够较好的吻合。因此利用AO模式Lamb波到时及衰减信息可以在一定程度上评价水泥胶结状况及水泥厚度。