钻铤偏心对随钻四极子横波测井影响:理论与实例分析

随钻四极子声波测井技术主要用于测量地层的横波速度.但在复杂旋转钻进过程中钻具的偏心会对测量的四极子波形质量及横波速度产生不利影响.本文建立以钻铤和井孔分别为基准的双柱坐标系偏心随钻声波测井模型,利用贝塞尔函数的平移加法定理构建边界条件和井中响应函数,数值模拟了钻铤居中和偏心时四极子声源激发的声场.发现偏心后的随钻四极子声场中除地层四极子波外,还有单极斯通利波和偶极弯曲波的多阶模式波共存且相互耦合,尤其是在软地层钻铤严重偏心时四极子模式波受斯通利波模式和弯曲波模式干扰更为严重,不利于地层横波速度的测量.现场随钻四极子声波测井仪器实验样机在居中和偏心的状态下实测的数据表明:当随钻四极子样机居中测井时,可测量到高质量的四极子波形,处理得到相关性较强的地层横波时差,与单极测量横波时差吻合较好;但钻铤偏心测量时采集的波形成分复杂,偏心引起的低频斯通利波模式对地层四极子模式的耦合干扰非常严重,导致地层横波时差的相关性很差,测量值介于横波与斯通利波时差之间,与实测单极横波时差差异很大甚至无法使用,尤其在疏松软地层中影响更为突出.本文从偏心随钻四极子井孔声场理论出发,结合现场实测数据,重点分析钻铤偏心对四极子横波测井的影响,为指导偏心状态下随钻四极子横波时差处理与校正方法提供理论基础.

基于铌酸锂/BCB/聚酰亚胺结构的柔性声表面波器件的设计与仿真

该文采用有限元法对“铌酸锂/苯并环丁烯(BCB)/聚酰亚胺”结构的柔性声表面波器件进行了研究。结果表明,铌酸锂厚度为0.06λ~0.8λ(λ为周期)时,不能激发稳定的瑞利波,在此区间外可激发瑞利波。随着温度升高,器件的谐振频率降低,计算结果表明,声速随温度变化是谐振频率下降的主要原因,大于热膨胀引起的谐振频率变化。仿真结果为设计和制备柔性声表面波器件时合理选择压电薄膜厚度及衬底材料力学性能等参数提供了一定的理论依据。

柔性声表面波器件的波模式分析

用反应磁控溅射法在柔性聚酰亚胺衬底上沉积了ZnO压电薄膜,并制备了基于ZnO压电薄膜的柔性声表面波(SAW)器件。制备的柔性SAW器件显示了良好的谐振性能,而且展现出两个波模式:模式0和模式1。当波长为32μm,ZnO厚度为4μm时,SAW器件的模式0和模式1的谐振频率分别为34.4MHz和158.5MHz,对应声速为1 100.8m/s和5 072m/s。模式0为已知的瑞利波,模式1为新的高频模式。沉积了不同厚度的ZnO薄膜制备柔性SAW器件,进一步分析了薄膜厚度对SAW器件和模式1的影响。分析认为该高频模式不是传统硬质衬底上SAW器件产生的Sezawa波,而是S_0兰姆波,并且是有衬底情况下的S_0兰姆波。文中还采用Comsol仿真分析了新的高频模式1的粒子振动位移,结果和S_0兰姆波粒子振动位移一致,从而验证了其为广义兰姆波的正确性。

VTI地层随钻四极子声波测井数值研究

数值计算了四极子声源在含钻铤竖直向横向各向同性(VTI)地层井孔中产生的各种模式波的频散曲线、激发幅度以及对各地层、钻铤参数的灵敏度,合成了四极子阵列波形,研究了快、慢速地层井孔中地层各向异性的存在对四极子波场的影响.数值计算结果表明,地层各向异性对钻铤波的影响很小,对于地层波的影响较大,且影响因素非常复杂.仅在一些特殊的频率点处,地层模式波的控制因素相对较为简单,如螺旋波的截止频率处.在慢速地层井孔中,最低阶的地层四极子波对距离井壁约2个井孔半径内的地层有明显的响应,可以对该范围内的地层横波进行层析成像.在快速地层井孔条件下,可以考虑采用与横波到时相同的波包来评价地层横波信息.该波包包含了井孔折射横波、F1和F2模式与井孔折射横波速度相接近的部分;利用该波包获得的地层横波速度基本不受地层各向异性的影响.在慢速地层情况下,螺旋波受地层各向异性的影响较大,建议在实际数据处理时,考虑采用基于数据的处理方法进行频散校正.

随钻四极子横波测井钻铤尺寸优化设计的理论研究

随钻声波测井主要是采用四极子技术来测量软地层的横波速度,但在超软地层的横波测量方面仍然面临挑战.随钻四极子声源会分别激发出沿着钻铤和地层传播的螺旋模式导波,其中四极子钻铤波存在截止频率,即只有在该频率以上才能激发出钻铤波.当钻铤波截止频率降低到与地层波测量频段接近时,会干扰地层波信号的测量,尤其是在疏松的软地层这一干扰现象相当严重.数值模拟和现场实测数据分析结果表明:四极子钻铤波的截止频率主要取决于仪器接收器阵列位置的钻铤壁厚,而对声源与接收器之间的刻槽隔声体以及钻铤外地层介质不敏感.在此基础上,本文利用一种等效的随钻声波测井简化模型来分析与设计钻铤波截止频率与钻铤尺寸关系的理论图版.该理论图版可用于指导随钻四极子横波测井仪器钻铤尺寸的优化设计和数据处理,进而获得高质量的地层波信号以及准确的横波速度.

声表面波柔性生产方式研究

管理是一门技术。柔性生产方式是一种生产管理技术。本文以好达电子有限公司柔性生产方式为题,从生产管理的角度出发,就公司的生产现状,有选择地运用先进的生产管理理论,推行柔性生产方式。在生产管理上进行了初步实践。

基于柔性衬底的磁声表面波谐振器

针对在柔性衬底上制备非晶软磁薄膜的技术难题,该文研究并制作了一种基于柔性聚酰亚胺(PI)衬底的磁声表面波(MSAW)谐振器。通过在柔性PI衬底上溅射沉积了非晶FeCoSiB磁致伸缩薄膜和ScAlN压电薄膜,光刻制备了叉指电极,并形成IDT/ScAlN/FeCoSiB/PI层状结构,成功获得了柔性MSAW谐振器。采用X线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的结构和表面形貌及利用振动样品磁强计(VSM)和短路微带线法测试了FeCoSiB薄膜的静态磁性和高频磁谱特性,最后在探针台上利用矢量网络分析仪对器件进行测试,并与COMSOL仿真结果进行对比。实验结果表明,该MSAW器件有两个谐振峰,其中瑞利波出现在28.32 MHz,兰姆波出现在93.69 MHz。

MPAL多极子阵列声波测井仪

MPAL多极子阵列声波测井实现了在软硬2种地层中直接提取纵波、横波和斯通利波的测量结果。对MPAL多极子阵列声波测井的测量原理、仪器构成、特点、技术指标、应用情况等方面进行了阐述,根据其测井资料可提取准确的纵波、横波、斯通利波信息;利用波形、斯通利波变密度图、斯通利波幅度衰减判断裂缝发育段,可以得到地层的快慢横波,用来判断地层的各向异性,从而判断最大水平主应力方位、裂缝发育程度及裂缝延伸方向等。

弧形体挠性接管声阻抗特性研究

弧形体挠性接管是一种新型高性能的挠性接管,具有优良的减振性能和较大的位移补偿能力,且可靠性高,在舰船上得到大量的应用.围绕弧形体挠性接管的结构特点,借助一维线性声波理论,推导了变截面管中的一维声波方程,并得到弧形体挠性接管在轴向方向的管内声阻抗矩阵,对其声阻抗特性进行了分析.

随钻声波测井响应数值模拟分析

随着随钻声波测井技术的蓬勃发展,该技术已成功应用于地层纵波速度测量,但对地层横波速度测量,尤其是慢速地层横波速度测量则仍存在困难。应用圆柱坐标系下三维时域有限差分方法数值模拟了随钻多极子声波测井响应,通过计算所得模式波频散曲线以及随钻测井响应,对随钻测井环境下井孔内多极声场传播的特点和规律进行了详细分析。结果表明,在快速地层中,随钻偶极子声波测井响应主要由速度略低于地层横波速度的模式波和速度低于流体声速的模式波构成,而随钻四极子声波测井响应曲线主要由速度接近于地层横波速度的模式波和声速接近于流体声速的模式波构成;对慢速地层情况,随钻偶极子声波测井响应主要由钻铤弯曲模式波和地层弯曲波构成,随钻四极子声波测井响应则主要由地层四极子波构成;由于钻铤模式波对地层横波测量具有强烈干扰,并且地层弯曲波速度与地层横波速度有较大差别,因此随钻偶极子声波测井仪器在慢速地层中直接测量横波速度是不合适的;而地层四极子波在低频下不存在钻铤模式波或可以降低钻铤模式波对测量结果的干扰,且在低频时以地层横波速度传播,因此随钻四极子声波技术适合用于测量慢速地层横波速度。该结论为充分利用随钻声波测井信息和设计随钻声波测井仪器提供了理论依据。

基于柔性衬底的声表面波磁传感器的频率响应影响因素研究

针对声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)器件在柔性磁传感应用中的不足,提出一种基于ZnO/FeGa/PI多层膜结构的柔性SAW磁传感器。利用有限元软件COMSOL对器件进行建模和仿真,并采用散射矩阵法对建模的可靠性进行了验证。通过观察中心频率的变化,分析了电极材料、电极厚度、压电层厚度以及磁致伸缩层厚度对器件性能的影响,研究了器件在不同外应力作用下的传感特性。结果表明,施加在传感器上的应力会影响传感器的响应曲线,在特定范围内,传感器的谐振频率与外磁场强度近似成线性关系,且能获得较高灵敏度。