相控声波测井的模拟实验研究

自行设计和制作了两个小型的四阵元相控线阵并进行了指向性测量,通过调节施加于相邻阵元的激励信号的延迟时间,既可以改变相控线阵声波辐射器辐射能量的方向,又可以改变辐射声束主瓣的角宽,测量结果与理论计算结果的一致性良好。分别把自行制作的小型相控线阵声波辐射器和水听器置于充液微型铝质和混凝土模型井中进行了声波测井模型实验。实验结果表明,随着相邻阵元的激励信号的延迟时间的增加,相控线阵的辐射声束指向角不断变大,先后满足滑行纵波临界折射和滑行横渡临界折射条件,先后使充液井孔中的滑行纵波、滑行横波和斯通利波分别得到加强。通过恰当选择相控线阵的阵元间距和声波频率,可以明显增大相控线阵辐射声束的角宽,使其覆盖所有地层的第一临界角的范围,从而无须在井下不断调整辐射声束方向即可实现相控声波连续测井。

声波测井技术研究进展

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进展以及我国在该技术领域内取得的进步。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,我国在此领域已经取得显著突破。

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.

隔声体性能评价的方法研究

提出了在实验室内评价声波测井仪器的隔声体性能的评价方法。在实验室评价隔声体的性能时 ,应在隔声体的两端各连接一定长度的补偿管用于模拟隔声体上下两端的部件和消除边缘效应 ;应采用激震源和接收信号的三轴加速度计均放置在隔声体外侧两端的测量方案 ,用以消除不同加速度计的物理性能不一致对测量结果的影响。三轴加速度计作为接收探头可以评价隔声体的相互正交的 3个振动方向上的隔声量和时延量。

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。

相控线阵声波辐射器在声波测井中应用的可行性分析

In this paper, both characteristics and feasibility of linear phased array in acoustic well-logging are investigated by using FEM simulation. Numerical results show that if appropriate delay times of sources are exerted on elements of phased array, direction of acoustic beam radiated from the phased array can be steered so that the refracted compressional wave and the refracted shear wave can be excited effectively. Moreover, if lower frequency or weighted phased linear array is employed, main lobe of the phased array can be widened so that the refracted compressional wave can be estimulated sufficiently both in hard formation and in soft formation. Therefore, linear phased array can be used to improve quality of well-logging data and enhance both signal-to-noise ratio and exploring capacity of acoustic well-logging radically.

反射声波成像测井的物理模拟

反射声波成像测井的分辨率和测量范围介于常规地震勘探和常规测井之间,在当前油气勘探的诸多领域尤其是随钻测井、大斜度井和水平井评价等复杂油气藏勘探和定量解释中具有实际意义。为此,对反射声波成像测井进行了物理模拟,制作了缩小比例的铝质和混凝土模型井,并用于模拟井旁不同倾角的声阻抗不连续界面对声波的反射。在充液环境下对反射声波模型井进行了实验测量,从全波波形上可以清楚地看到沿井壁传播的折射波和来自井旁声阻抗不连续界面的反射纵波。应用偏移叠加技术对物理模拟波形进行了反演处理,从偏移剖面上反演出的反射界面的尺寸、位置和倾角等几何特性与实验参数基本一致。

井下套管厚度评价的方法研究

利用理论分析和实验模拟的方法研究了超声脉冲反射技术测量井下套管厚度的方法。研究结果表明 ,垂直入射固体板并被反射的超声脉冲波的频谱在该板的共振频率取得极小值时出现谱陷 ,利用谱陷频率可以比较准确地评价固体板的厚度。对于厚度范围为 4～ 10 mm的套管 ,所用换能器的工作频率范围应为 2 70～ 710 k Hz。

声波在两种多孔介质界面上的反射和透射

本文导出了声波在两种多孔介质界面上反射、透射的一般计算公式.作为例子,数值计算了P_1波入射于界面时,P_1、P_2和S波的反射、透射系数与声波频率、入射角等量之间的关系.结果表明,各种模式波的反射、透射系数与入射角、多孔介质性质有关,在Biot特征频率附近与频率有关,并用界面两侧的法向能流相等验证了结果的正确性.若把多孔介质当作均匀固体处理,将会得到显著不同的结果.

可用于声波测井的相控圆弧阵声波辐射器

为了使声波测井具有周向探测能力,提出了可应用于声波测井的、具有周向辐射特性的相控圆弧阵声波辐射器方案。这种声波测井圆弧阵声波辐射器由多个压电振子沿着圆周排列。研究表明,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。在声波测井频率范围内,随着工作阵元个数的增加,圆弧阵辐射声波的周向指向性增强。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,这种声波辐射器在各向异性地层评价、定向钻井等石油工程中有良好的应用前景。

模块外径对套管刻度井声波测井的影响

从几何声学理论和波动声学理论的不同角度分析了套管刻度井的模块外径对源距为1.5 m的声波测井的影响,根据实际工程的需要提出了应用于不同刻度井目的的3个模块径向厚度临界值。对于以刻度声幅测井仪器为目的的刻度井,其模块半径不得小于50 cm。对于以刻度变密度声波测井仪器为目的的刻度井,若不介意反射纵波对地层滑行横波的影响,其模块半径不得小于100 cm;若要避免反射纵波对地层滑行横波的影响但不介意反射纵波对斯通利波的影响,则其模块半径不得小于150 cm。

套管直径对套管井声波测井的影响

用有限元方法研究了自由套管井中不同直径的套管对声波测井的影响。数值计算例子表明,当套管直径增大时,套管波的幅度减小,视到时增大,主频有明显的降低。在设计和使用套管井中的声波测井仪器时,应尽量使用宽频带声波换能器,以适应于在各种直径套管的套管井中进行测井。

多孔介质声学研究进展

多孔介质声学是近几年发展起来的应用性很强的声学分支。1956年Biot提出流体饱和多孔介质声传播理论,奠定了该声学分支的理论基础。1980年Plona用实验证实在流体饱和多孔介质中存在包括Biot慢纵波在内的三种体声波,对Biot理论的研究和应用起了巨大的推动作用。后来,人们对Biot理论进行了多方面的修正、完善,使其成为最成功的多孔介质声学理论,并广泛应用于资源的声波勘探和其它领域。

层状多孔介质中声反射和透射

本文根据流体饱和多孔介质中声传播的Biot理论和多孔介质界面上的六个边界条件研究了平面声波斜入射于多层水平板状多孔介质时的反射和透射。数值计算了快纵波为入射波时声波频率、入射角等量的变化对能量的反射系数、透射系数的影响。数值计算结果表明,当声波波长与中间介质厚度呈一定比例时,反射系数、透射系数取得极值,入射角、多孔介质的性质对反射系数、透射系数的影响很大。

超声脉冲反射法评价第Ⅱ界面的模拟实验

乔文孝等：超声脉冲反射法评价第Ⅱ界面的模拟实验，测井技术，１９９６（３）２０，１９２～１９６。针对超声脉冲反射法能否对第Ⅱ界面进行胶结评价的问题，在实验室内进行了模拟实验和理论计算。实验结果表明，无论在时域还是在频域，与第Ⅱ界面所对应的特征信息均不明显。对于模拟各种胶结状况的情形，反射系数的理论计算与实验测量结果均有很好的一致性。本文认为，在实际工作中仅靠超声脉冲反射法难以评价第Ⅱ界面的水泥胶结质量。

孔隙度、泥质含量、饱和度对岩石声波的影响

乔文孝等．孔隙度、泥质含量、饱和度对岩石声波的影响．测井技术，１９９５，１９（３）：１９４～１９９早期的Ｂｉｏｔ多孔介质声学理论只适用于骨架固体和孔隙内流体分别为一种固体和一种流体，这限制了该理论在实际工程中的应用。本文把Ｂｉｏｔ理论和Ｂｅｒｒｙｍａｎ理论结合起来，研究了多孔介质的声学性质（纵、横波波速等）与孔隙度、饱和度、泥质含量及频率之间的关系，并将计算结果与实验测量结果进行了对比，二者的趋势有较好的一致性。本文的工作表明，Ｂｏｉｔ理论和Ｂｅｒｒｙｍａｎ理论可方便地应用于声全波测井和地震勘探。

用声波测井资料识别油气水层

乔文孝，阎树汶．用声波测井资料识别油气水层．测井技术，１９９７，２１（３）：２１５～２２０用电阻率评价孔隙流体往往受地层流体矿化度的影响，油层低阻、淡水层高阻以及盐水泥浆等造成电阻率解释困难。本文以Ｇａｓｓｍａｎ方程、Ｂｅｒｒｙｍａｎ自洽理论为基础，研究了用声波测井资料和密度资料估算渗透层孔隙流体的弹性模量，进而评价油、气、水层的方法，成功地处理了２０余口井的资料，取得了明显的效果，为低阻油气层和高阻水层等复杂地层评价增添了一种非电法的评价手段。

Biot理论的数值研究

本文用数值计算方法研究了流体饱和多孔介质中声传播的Biot理论。分别在80Hz、20kHz、500kHz频率下计算了多孔介质的孔隙度、渗透率、流体粘度和孔径大小对三种体声波波速和衰减的影响。计算结果表明,各种波的波速均随孔隙度有较大变化。渗透率、流体粘度和孔径的变化对声速几乎无影响。但当声波频率为80Hz时,除孔隙度的变化对声波的性质有影响外,其它参数对声速和声衰减几乎无影响。有些结果与实验室和现场测量结果相一致。

用插值法提高声波时差的计算精度

乔文孝．用插值法提高声波时差的计算精度．测井技术，１９９７，２１（２）：１２５～１２８从声波全波列测井中提取纵波、横波、偶极子波和斯通利波时差时，无论是采用相似法还是相关法以及ＳＴＣ法，所计算的时延的精度不会优于一个时间采样间隔ＤＴ，所造成的时差测量误差达１０％～３０％。本文提出改进现有方法的时域插值法和频域插值法，使时延的计算误差小于ＤＴ／４，甚至更小。为说明方法的可靠性，给出了ＤＳＩ资料中斯通利波波形处理的例子。