孔隙介质中快纵波的衰减特性和动力协调现象

依据Biot理论并采用前人的骨架模量 孔隙度关系 ,计算了弹性波在孔隙介质中的衰减曲线 ,发现快纵波存在零衰减点 .为解释这种现象 ,分析了孔隙流体相对于骨架运动的特点 .结果表明 ,存在快纵波动力协调介质 ,快纵波在这种介质中传播时 ,流体和骨架之间无宏观相对位移 ,因此无论频率多高 ,流体粘滞系数多大 ,快纵波都不衰减 .一个引申的结论是 ,在动力协调的渗透性孔隙介质中 ,即使存在双电层 ,快纵波也不产生流动电势 .

对声波测井中软地层也存在滑行横波的诠释

王克协等．对声波测井中软地层也存在滑行横波的诠释．测井技术，１９９８，２２（增刊）：１９～２３通过理论分析和对单极、偶极声波测井进行的计算机数值模拟和解释验证了即使在软地层（地层横波速度小于井中泥浆声速）情况下，声波测井中也存在滑行（临界折射）横波。以往认为软地层不存在滑行横波是忽略了局部源辐射声波中不均匀波的贡献和对斯耐尔定律理解不全面所致。以数值算例说明了这一机制在偶极横波测井中有着直接的实用意义。

Biot介质中P波与井孔的耦合

依据全频域的Ｂｉｏｔ理论，推导了在Ｂｉｏｔ的流体饱和孔隙介质中，平面Ｐ波垂直井轴入时与井孔相互作用所产生的井内声压场的解析表达式．通过数值计算，对井内声压场出现的共振响应进行了分析．重点研究在不同频率段渗透率对井内声压的影响及偏离井轴记录时声压的变化．结果表明，在井内测量地震波声压，全频域都有明显影响；测量大于５００ＨＺ的地震信号，检波器偏离井轴放置以及方位不同的影响不能忽略；渗透率变化对井内声压的影响程度最大不超过弹性固体情况（零渗透率）下相应声压的１／５．

套管-水泥界面微间隙的检测方法及应用

声幅及变密度测井检测油、水固井质量中 ,套管 -水泥界面微间隙与窜槽两种胶结状态在测井资料上表现出相似的特征 ,即套管波具有中等幅度。为了找出两种胶结状态在套管波幅度上的特征和差别 ,进而将其区分开 ,在套管与水泥环间存在不同厚度的流体环的情况下 ,对井孔声场及套管波幅度进行了理论研究 ,提出了利用声波测井资料、伽马密度测井资料对套管 -水泥界面微间隙进行综合评价的解释方法 ;编写了相应的解释软件。实验结果表明 ,套管 -水泥界面存在的流体环随着其厚度的增加 ,套管波幅度逐渐升高 ;水泥缺失和窜槽将导致伽马密度测井探测到的套管外介质密度值降低 ,而套管 -水泥环间存在微间隙的情况下 ,其测量的密度值仍然是正常的水泥密度。在水泥胶结模拟井中进行了室内实验 ,在大庆油田的 4口井中进行了现场实验 。

基于简化的Pride理论模拟声电效应测井响应

针对声电效应测井问题 ,提出了一种全波列数值模拟方法 .该方法忽略声电效应测井时转换电场对声场的影响 ,并将电场视为似稳场 .采用点声源模型 ,依据Biot理论得出了井外孔隙介质声场的表达式 ,运用这些表达式和似稳电场近似方法 ,导出了声电效应测井时转换电场的计算公式 .在计算出的转换电场波形中 ,有伴随斯通利波的电场、伴随纵波和横波的电场、和临界折射电磁波场 .在 2 5kHz以下的频率范围内 ,依据这种方法计算出来的声电转换波波形与依据完整Pride理论计算的波形一致 .

套管井应力集中下正交偶极声测井的声弹理论、数值分析与实例

油田受异常地应力作用而损坏的油井绝大部分都是套管井,针对这一实际情况,通过求解套管井应力集中情况下各层介质中应力场的分布,应用摄动积分方法,将裸眼井声弹性方程发展为适用于套管井井孔体系的情况.数值考察了井外无限远单轴水平压应力作用下,声弹方程中各层介质敏感系数和速度-应力系数随频率的变化,及二相互垂直偏振的偶极弯曲波相速度的频散曲线.结果表明,套管井声弹方程中的速度-应力系数主要由地层参数决定,内层介质的贡献较小,其中与三阶弹性模量相对应的项又起决定作用;井孔周围应力集中将引起平行和垂直单轴压应力方向偏振的二弯曲波发生速度分裂,同时随频率的增大两条频散曲线产生交叉,说明这种交叉仍然可用作判断套管井情况下地层各向异性是本征的还是由异常应力诱导的判据,用正交偶极声波测井技术在套管井中无损检测异常地应力仍然可行;但低速地层交叉点将明显向高频区移动,这又是与裸眼井情况重要的不同之处.本文还给出现场实测数据的处理实例,理论结果得到验证.

三种阵列声波测井数据频散分析方法的应用与比较

针对正交偶极声波测井检测地层各向异性和确定构造应力中频散分析的必要性,本文利用合成和实测阵列声波测井数据分析和比较了三种频散分析方法:Prony方法、同态处理方法和谱域加权相似法.这三种频率域处理方法提取得到了合理的、一致的慢度结果.谱域加权相似法只能用于每一频率下单一波模式的慢度估计;同态处理方法还可以同时估计单一波模式的衰减、幅度和初相位;利用SVD_TLS算法确定波模式的阶数后,Prony方法可以有效地估计每一频率下多个模式的上述参数.另外,通过谱域加权相似法对正交偶极声波测井阵列数据进行频散分析,观察到了弯曲波频散曲线的交叉现象,从而确定出了对应地层所受最大水平主应力的方向.

声电效应测井模型实验研究

模型井实验表明 ,在渗透性孔隙地层包围的井中发射声波时 ,井内不仅可以接收到声波 ,还可以接收到波动电场 ,该电场伴随声波行进。在两种不同地层的分界面处 ,还产生了以电磁波速度传播的电场。这两种转换电场幅度的相对大小 ,与地层水矿化度及其与井中水矿化度差异有关。在井中激励交变电场时 ,井内可以接收到声波。在用实际储层砂岩做成的模型井中 ,也测量到了声 -电转换波和电 -声转换波。随着地层水矿化度增大 ,声 -电转换信号幅度减小 ,电 -声转换信号幅度增大。

利用声全波测井资料求取储层渗透率的方法与应用研究

在较为理想的孔隙介质模型和测井环境下，利用严格的Ｂｉｏｔ理论，建立了利用声全波测井资料直接反演渗透率的图版．作为对方法可行性的检验，用该图版分别对理论合成数据和现场实测声全波资料进行了处理，并将其反演结果分别同合成时的输入值和取芯测量值进行了比较．

横向各向同性地层斜井中正交偶极子激发声场的数值模拟

本文采用三维应力速度有限差分(SV-FD)方法,数值模拟了横向各向同性(TI)地层对称主轴与井轴斜交情况下正交偶极子声源激发的井孔声场.主要解决了与倾斜角有关的三维空间弹性模量矩阵的推导,柱坐标系下应力-速度有限差分方程组的建立,井轴上场点奇异性与内边界处理等几个关键问题,提高了计算精度.在横向各向同性地层对称主轴与井轴平行的情况下,与实轴积分法所得结果进行了对比,验证了本文方法的正确性.计算了不同倾角情况下xx和yy两分量的弯曲波,并用频域加权相似法提取了弯曲波频散曲线,结果显示了横向各向同性介质中不同方向偏振的弯曲波传播的分裂现象,其频散曲线在低频段分裂,随频率增大而逐渐重合.弯曲波低频截止频率处速度与理论公式得到的横波速度基本符合.

超声反射法套管-地层环空间介质波阻抗反演方法与成像实例

针对套管井反射式超声波水泥固井质量检测问题,本文利用超声反射波频谱中套管共振透射窗内的复合反射系数,提出了定量反演套管-地层环空间内介质的波阻抗的方法.利用复合反射系数中多个频率点的相移反正切函数主值,给出了波阻抗的计算公式,并把套管-地层环空间介质中波的相移的整、实特性作为波阻抗反演收敛的判据.针对井下实际测井环境中超声换能器性能受温度和压力等的影响而发生变化,导致的声源波形(子波)和复合反射系数不确定的困难,提出了用井下原地(insitu)实测波形定量估计声源波形和复合反射系数的方法.通过对合成数据的处理,分别考察了已知介质的声学和几何参数存在的偏差对套管-地层环空间内介质的波阻抗反演结果的影响.本文对多组模型井检验数据进行了目的层介质的波阻抗反演与成像,成像结果与真实情况吻合,验证了反演方法的有效性.最后对现场实测资料进行了套管-地层环空间内介质的波阻抗定量反演与成像.

非轴对称套管井中声场的并行有限差分模拟

本文提出了一种用于模拟非轴对称套管井中扇区水泥胶结测井100kHz 3维瞬态声场的并行算法.采用时域有限差分方法,以及非裂化的完全匹配层吸收边界条件,基于信息传递接口(MPI)并行环境,在计算机集群上实现并行计算.对内边界上的差分方程进行参数平均处理,提高了计算稳定性.通过在轴对称情况下将有限差分模拟结果与实轴积分法计算结果对比,验证了方法的正确性.使用并行有限差分算法,模拟了水泥环有不同大小和在不同方位缺失时非轴对称套管井中8扇区的扇区水泥胶结测井仪的测井波形,并分析了套管波幅度随水泥缺失-换能器夹角的变化.根据模拟和分析结果,得到了非轴对称套管井中新的声场传播规律,并建议了一种用于反演水泥缺失大小和方位的方法.

井孔压力与地层应力集中诱导的偶极弯曲波的分裂

利用在大形变基础上叠加小扰动的非线性波动理论———声弹性理论 ,数值考察了井外均匀各向同性固体介质同时受井孔静压力和井外单轴水平压力作用时 ,Stoneley波和两种偏振的偶极弯曲波的相速度频散曲线 ,并研究了计算中用到的灵敏系数随频率的变化 .数值结果表明 ,模式波相速度频散曲线的变化主要受灵敏系数中对应的 3个三阶弹性常数的项控制 ;由井孔周围应力集中引起的沿单轴压力方向和垂直于该方向偏振的弯曲波发生分裂 ,同时随频率的增大 ,两条频散曲线产生交叉 ;井孔静压力的作用使两条频散曲线交叉点的位置发生变化 ,交叉点相速度值随井孔压力的增加而增大 ,但对应的频率值不变 .

横向各向同性地层(VTI)井孔声弹效应对弯曲波的影响

本文发展了建立在地层参考状态为各向同性介质假定下的现行井孔声弹性理论,就井外为横向各向同性面与井轴垂直的、具有9个独立三阶弹性模量的横向各向同性介质(VTI井况),水平面内受双轴应力作用下给出了一个简洁的与井内压力、应力差、应力和以及多极源偏振方位角有关的井孔弯曲波声弹公式,并且导出了平面纵、横波速度的声弹公式.数值考察了弯曲波速度之改变量的灵敏系数随频率的变化、受井外水平双轴应力作用时两种偏振的偶极弯曲波频散曲线以及对应不同方位径向偏振的横波速度.研究结果表明弯曲波声弹公式与5个二阶弹性系数以及7个独立的三阶弹性模量有关;而且由内压引起的井孔弯曲波声弹性公式中的三阶弹性模量仅与6个独立的弹性模量有关.横向各向同性介质井孔弯曲波速度的交叉现象仍是判断地应力存在的标志;一个重要的认识是受双轴应力作用的弯曲波速度变化在低频区主要与c144和c155两个三阶弹性模量有关,而且此认识与径向偏振的平面横波一致.在缺乏足够实验条件情况下,对VTI情况,以c144,c155和c123三个独立的量进行测量,然后可暂不考虑三阶弹性模量的各向异性,建立简化的应力反演公式.反之,如果已知地层的地应力信息,由简化的声弹公式可以反演三阶弹性模量c144,c155和c123.

利用声波变密度测井检测第二界面固井质量

从理论正演数值模拟、刻度井试验资料和实际生产井时间推移测井资料3个方面,探索用变密度(VDL)波形评价第二界面胶结质量的方法,提取反映第二界面的胶结状况的特征量.分析结果表明,第一界面胶结良好,而第二界面窜槽的初至波到时总是延迟于第一界面窜槽的初至波,但却比地层波早,其幅度明显小于第一界面窜槽的初至波,但比全胶结的幅度大.这一结果已在试验和部分实际生产资料中得到验证.

套管井应力集中诱导井周波速各向异性的研究

针对在套管井中应用正交偶极声测井检测地层各向异性和确定异常构造应力的需要,本文通过求解水平构造应力作用下套管井的应力场分布,应用声弹性理论说明应力集中对套管井井周弹性波速空间分布的影响,分析了波速空间分布对加套管后的正交偶极各向异性声测量的影响.井孔、套管、水泥环和地层系统的复杂性改变了原裸眼井情况地层中的应力场分布,使应力集中的范围明显缩小到井眼附近.对应不同方位径向偏振横波的交叉点向井孔附近移动.横波波速空间分布的方位极值规律发生变化,但纵波波速空间分布的方位极值规律不变,仍能提供最大远场构造应力施加的方向.

套管井偶极弯曲波频散向高频偏移的特性

对套管井偶极弯曲模式波的频散特性进行了系统的数值考察、实例对比和分析.发现套管井弯曲波频散曲线随地层横波速度的降低,特别是地层横波速度小于2000m·s-1以下,会迅速移向高频区,偶极弯曲波基础模式主频散区(或截止频率)可出现在13kHz以上,以致超出了现行低频偶极子声波测井仪的激发与接收频带,这是一过去没有被研究者注意到的现象,并进一步被现场实例所证实.研究表明控制套管井弯曲波频散曲线主频散区位置的主要是钢套管的厚度和地层横波速度.对地层横波速度大于井孔流体声速的快速地层,在钢套管壁厚一定(8mm)的情况下,频散曲线主频散区可移至11kHz以上,可能出现的最大可能频域位置是同一井孔内径,井外全钢时的频散曲线上等于、小于地层横波速度那一段,这对各种地层和套管参数都是适用的.对地层横波速度小于等于井孔流体声速(1500m·s-1)的慢速地层,弯曲波频散曲线随地层横波速度的降低移向高频区的特点更为明显,可能移至16kHz以上;而套管厚度的影响,也比快速地层大的多,对地层横波速度小于1380m·s-1的慢速地层,无论用多高的频率激发,都不能在现行使用的各类套管井(壁厚6~12mm)中用偶极声波测井仪测到弯曲模式波.

井孔声场计算中的黎曼叶选择

针对耗散介质地层模型和双相介质地层模型，给出频率-波数域井孔声场函数Φ1(r,ω，k）在k实轴上满足辐射条件的单值定义，确定在积分围道上和围道内Φ1(r，ω,k)所在的黎曼叶．同时，澄清了首波分析中的一些概念．

井孔周围轴对称声电耦合波:理论(I)

由于存在双电层，在孔隙地层中声波可引起渗透电流、流动电势及电磁场；电磁波也可以诱导渗流和声波。轴对称的声场（Ｐ—ＳＶ波）只产生轴对称的电磁场（ＴＭ 波），而轴对称的电场只产生轴对称的声场。在轴对称假设下，利用Ｐｒｉｄｅ声电耦合波控制方程和井壁上的边界条件，导出点声源激发的井内外声场和转换电磁场的计算公式、竖直电偶极子激发的井内外电磁场和转换声场的计算公式，并利用文内给出的公式对声电效应测井进行数值模拟。

利用井孔首波求取V_S和Q_P值的广义线性反演方法的应用研究

针对声全波幅度信息的利用还非常有限的实际情况，本文以更加接近实际的柱状声源在各向同性准弹性介质包围的轴对称井孔中激发的波场理论为基础，建立了利用首波幅度来求取地展横波速度ＶＳ和介质纵波品质因素ＱＰ的广义线性反演模型．首先，通过数值计算考察得到该方法在长源距声全波测井的测量频率范围内．对地层介质泊松比σ约小于０．３６的情况下适用．其次，在方法可行性研究基础上，对大庆油田几口井的现场长源距声全波资料进行了处理．结果表明，在深层井段较硬地层情况下，反演求得的横波时差与相似法信号提取的横波时差基本一致．反演求得的地层破裂压力梯度值与现场测试结果基本一致，误差在１０％以内．初步分析了ＱＰ值的合理性．最后，将反演实测资料所得到的结果运用到地震ＡＶＯ技术处理中，与实测地震ＣＤＰ道集进行比较，得到满意的结果，间接地验证了反演方法求取的地层横波速度（泊松比）的可靠性．该方法为求取较软地层的横波速度提供了一条新的途径，也为地震横波处理和介质衰减值的定量描述和定性解释提供了新的手段．