井中相控声源激发的声场

用不同的声源激发,可以得到不同的声波测井波形.根据唯一性定理和叠加定理,由多个位于不同位置且发射时间有一定差别的声源构成的相控声源激发的声场是叠加声场.本文先用一些实验结果肯定了相控声源激发声场的指向性随相控参数改变,而后用数值模拟的方法计算了井中相控声源激发的声场.发现井内相控声源在地层中激发的声场能够在一个确定的方向形成声束.改变相控参数,该声束的方向和能量均发生改变.     

利用井中低频偶极横波进行声波远探测的新方法

为了突破目前声波远探测技术存在的局限性,提出了一种新的偶极横波远探测方法,即利用井中偶极子产生的井中弯曲波存在低频截止频率的现象,在声源截止频率以下激发偶极声波.通过对比分析井中偶极声源分别在截止频率上、下激发时,井孔内外产生的辐射声场,明确了截止频率以下井中偶极声源的远场辐射特征和低频截止频率激发偶极横波的优势,结合数值模拟,进一步对其反射声场进行了分析.结果表明,该方法可以避免艾里相的巨大振幅对数据量化产生的"饱和"效应,相比传统的远探测测井方式更具优势,常规源距即可满足专门的远探测测井仪器需求.     

充液井中多极声源的辐射效率

利用反射声场探测井外地质构造的声波远探测方法已逐渐成为石油测井的一门重要应用技术.在远探测测井中声源常采用单极、偶极和四极等.为了考察各种声学辐射器的辐射性能,本文从辐射声场和井孔声场的能流密度出发,提出了一种利用辐射器向井外辐射的能量与沿井筒传播的能量比的大小来评价其辐射效率的方法,考察了不同声源激发的沿井传播的导波能流、地层辐射波能流及声源辐射效率随频率的变化规律.计算结果表明:不同声源的辐射效率和优势激发频段各不相同.单极声源在低频下的辐射效率很低,因为此时声源激发的能量几乎全部被斯通利波带走,相比之下,偶极声源在低频时的辐射效率远大于单极声源.本文的结果说明了偶极声源作为低频远探测声源要优于单极声源.     

双相介质井孔多极源声测井理论及分波分析与全波计算

用Ｂｉｏｔ双相介质模拟油储层，对井孔中多极声源激发的声波场进行了系数的理论推导，分波分析和全波计算。对模式波作了通常的频散分析，特别强调地激发特性对横式波传播行为的影响。     

基于波干涉原理的套管井阵列声波处理方法及其应用

在套管井测井中,沿着钢管产生的拉伸波(即管波)在声波数据中产生很强的干扰,使得地层声速的提取十分困难.基于管波与地层声波的干涉原理,本文提出了一种声波处理方法.管波的传播特征是已知的,且管波和地层波都由同一声源激发,因此,可以用管波来改造测井声波数据.对改造后数据采用希尔伯特变换作进一步处理,得到与地层信息相关的解析信号,从该信号中即可提取出地层声速.通过对理论模拟数据的处理和现场测井数据的应用,验证了新方法的正确性和有效性.     

横波测井的原理和方法研究

充液井孔中的偶极子声源能在周围岩层和土层中激发弯曲模式声波，它们在截止频率附近，沿井轴传播的速度为井壁介质的横波速度．使用可调声功率源使偶极子声波测井系统能适应软、硬地层的现场井孔测试．相关法算出横波声速，野外测试的结果和理论计算值相符．计算动弹模量和剪切模量，确定破碎层位置，可用于工程地质勘察中     

声波测试中振子衰减的线列阵模型

从声波在岩体中传播产生衰减的基本原理出发，建立了声波衰减振子的线列阵模型。该模型是将传播声波路径的岩体分为若干个振子，从波动概念出发，以振动原理作依据建立波动方程．为探讨岩体声波衰减机制提供了一种新的研究方法，把振动和波动直观地联系起来．单一方向上有限点的声波测试技术有可能被多方向的声测技术所代替．该模型的建立，使模态分析和参数识别方法应用到岩体声波测试技术中成为可能。     

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.     

随钻动电测井中声诱导电场的理论模拟

为防止沿钻铤传播的声信号掩盖来自地层的声信号,目前需在钻铤上刻槽以实现对地层纵、横波速度的测量.但刻槽不仅占用钻铤空间,且降低了钻铤的强度和刚度.本文探讨在不刻槽条件下,利用动电效应获得地层纵横波速度的可行性.为此,模拟了随钻声波测井信号及由岩石动电效应产生的电场信号.先视地层为黏弹性介质,模拟随钻声波测井信号,再利用围压与孔隙流体压强的关系获得了声波在地层中引起的孔隙压强,然后计算由孔隙地层动电效应产生的声诱导电磁场.对多极声源激发的声场波形及其诱导电场的波形进行比较,发现随钻声诱导电场中钻铤波的相对幅度明显小于随钻声场中钻铤波的相对幅度.此外,发现在慢速地层条件下,偶极声源激发的电场中出现了比较明显的地层横波信号.     

随钻动电测井中声诱导电场的理论模拟

为防止沿钻铤传播的声信号掩盖来自地层的声信号,目前需在钻铤上刻槽以实现对地层纵、横波速度的测量.但刻槽不仅占用钻铤空间,且降低了钻铤的强度和刚度.本文探讨在不刻槽条件下,利用动电效应获得地层纵横波速度的可行性.为此,模拟了随钻声波测井信号及由岩石动电效应产生的电场信号.先视地层为黏弹性介质,模拟随钻声波测井信号,再利用围压与孔隙流体压强的关系获得了声波在地层中引起的孔隙压强,然后计算由孔隙地层动电效应产生的声诱导电磁场.对多极声源激发的声场波形及其诱导电场的波形进行比较,发现随钻声诱导电场中钻铤波的相对幅度明显小于随钻声场中钻铤波的相对幅度.此外,发现在慢速地层条件下,偶极声源激发的电场中出现了比较明显的地层横波信号.     

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.     

相控线阵声波辐射器在声波测井中应用的可行性分析

通过有限元数值模拟例子，分析了相控线阵的辐射性对声波测井中各种波动模式波的幅度和到达时间等波形特征的影响，以及相控线阵作为声波测井辐射器的可行性.结果表明，只要在相控线阵的各阵元之间施加合适延迟时间的激励信号，就可以调整辐射器的辐射声束的方向，以有利于激发滑行纵波和滑行横波；只要采用相对较低的频率或使用加权相控线阵，就可以增大相控线阵的辐射主瓣角宽，以利于在任意地层有效激励滑行纵波.相控线阵的使用可明显地改善声波测井的测量质量.本文工作为相控线阵声波辐射器在石油勘探中的应用提供了理论依据.     

电子束流激发的电子声波数值模拟

通过一维静电粒子模拟程序研究了电子束流不稳定性,其中束流电子的温度远大于背景电子的温度.结果发现,所激发的波动主要是电子声波,波动的演化经历了线性增长和非线性饱和两个阶段.在非线性饱和阶段,由于电子声波相速度随频率是变化的,它可以通过非线性相互作用将背景比较冷的电子加速到很高的能量.此外,还研究了束流电子的温度、束流电子和背景电子的相对密度以及束流电子的漂移速度对电子束流不稳定性的影响.     

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.     

黏滞声波地震波场模拟的SG-ONADM混合方法

交错网格方法（SG）和最优近似解析离散化方法（ONADM）是两类典型的地震波场数值模拟方法.两类方法各有其优势,相对于ONADM方法,SG方法在单个时间层内的计算更为简单;相对于SG方法,ONADM方法可以在较大空间步长条件下有效压制数值频散.结合两种方法的优势,本文提出了一种新的地震波场模拟方法（SG-ONADM）.该方法对控制方程中的一阶偏导数采用SG方法给出的一阶偏导数近似公式,高阶偏导数采用ONADM方法给出的高阶偏导数逼近公式.理论分析及数值算例表明,SG-ONADM方法保留了两种方法的优势,不仅能在较大空间步长条件下有效压制数值频散,同时具有较低的内存需求量;在对同一计算区域进行波场模拟时,SG-ONADM方法的计算效率要高于SG方法和ONADM方法.最后,我们使用SG-ONADM方法进行黏滞声波波场模拟,研究了黏滞声波在复杂介质中的传播.     

一种新型动电测井探测器研究与实验测试（英文）

目前对动电测井的研究主要集中于数值模拟和岩石物理实验。为研发出能下井测量的动电测井仪器,进行了一系列实验研究工作。文中介绍了一种融合了不同结构和材料要求的新型声电复合式动电测井探测器的结构及原理,对声、电信号接收器在仪器机械设计上无法布置在同一位置的难题也提出了解决方法。在水池中对其辐射声场特性进行了测试,计算了辐射声场声压及发射电压响应,分析了基于相控线阵的阵列式声波发射探头的指向性及实际应用效果。研究表明,在源距1500 mm处产生的声压可达47.2 kPa,且会随着激励声源主频增大而减小。随着相邻声波发射子阵激励信号延迟时间的增加,辐射声束主瓣会发生明显偏转,主瓣方向的能量也逐渐增强,可有效增强声电转换效率。本文为探测器研制及开展井下动电测井研究奠定了重要基础。     

基于超级混合虚折射干涉法的阵列声波处理方法及其在套管井中的应用

在声学测井勘探时,复杂多变的测井条件(如胶结不好的套管井和随钻测井等)下的强直达干扰信号会导致地层信号的信噪比降低,使得地层有用信号的提取十分困难.本文在超级虚折射法的基础上,利用声源与接收器的互易原理,对原始波场信号进行互相关和褶积重建,并对所有可能的位形产生的信号进行叠加,将该叠加波场与超级虚折射波场进行叠加,重构出超级混合虚折射波场,使不同接收器上的折射波信噪比在超级虚折射的基础上进一步得到提高,显著提高了有用信号的信噪比,同时解决了超级虚折射近场能量不足的问题.套管井测井的理论模拟及实际处理表明,该方法可以很好地压制套管波信号、提高地层信号的信噪比.     

A comparison of acoustic turbulence profiling techniques in the presence of waves

In order to measure turbulent quantities in coastal waters, one must either avoid or confront the confounding effect of waves. In previous work, we have developed a method to cancel waves when using the variance technique to compute Reynolds stress from acoustic Doppler current profiler (ADCP) data. In this paper, we extend this wave cancellation methodology to measurements of turbulent kinetic energy and dissipation using velocities measured along a single acoustic beam. Velocity profiles were collected using a Teledyne/RDI 1,200 kHz ADCP and a Nortek AWAC. The AWAC has a vertical beam that was programmed by Nortek to deliver profiles of vertical velocity. Vertical velocities are desirable both because they eliminate sources of phase error in the wave cancellation procedure and because they constrain measurement uncertainty with respect to turbulent anisotropy. Results indicate that acoustic profiles taken in standard Doppler mode, to which the vertical beam of the AWAC was limited, were too noisy to resolve turbulence under the deployment conditions herein. Pulse-to-pulse coherent modes such as those available on the ADCP were sufficiently low noise to resolve turbulent signals; however, vertical beam data are not available for this device. Nevertheless, our wave cancellation methodology was successful in removing the overwhelming variance associated with waves from both instruments, allowing realistic estimates of Reynolds stress, turbulent kinetic energy, and dissipation from the ADCP. This method holds even more promise as low-noise operating modes are developed for vertical beam acoustic profiling instruments such as the AWAC.     

贴井壁声波测井仪的有限差分模拟研究

贴井壁声波测井仪在石油勘探开发中具有广泛的应用.它能够避开泥浆的影响而直接检测井壁附近的地层性质.但目前对此进行的数值模拟研究还仅局限于比较简单的模型.有限差分法可以模拟比较复杂的井眼模型,然而贴井壁声源的频率较高（80kHz左右）,使有限差分法计算量过大.本文应用局部加密交错网格有限差分方法解决了这类数值模拟中计算精度和计算量之间的矛盾.用这种算法模拟了井中有仪器时贴井壁声源激发的声场,并将其与无仪器时的声场作了比较.对模拟结果的验证和分析显示,该有限差分方法能够正确模拟贴井壁声源激发的声场.通过考察井中仪器本体对贴井壁声源激发声场的影响发现,测井仪器本体能够对直达波进行衰减而对环绕井壁传播的面波影响不大.