基于软地层随钻多极子声源传播特性的数值研究

基于软地层测量横波的难题,数值考察了软地层随钻测井多极子波的频散特性及声全波波形,对比分析了电缆和随钻多极子声波测井。研究结果表明,随钻测井环境下,单极和偶极声源激发幅度很强的钻铤模式波严重干扰地层纵波或横波的测量;而四极子声源低频时只激发地层模式的四极子波,且截止频率附近以地层横波速度传播。因此,四极子声源最适合于随钻测井的地层横波速度测量。

波导中多极子声源低频声场特性衰减规律

为了准确地对水下实际声源的指向性进行建模,本文建立了Pekeris波导中指向性声源声场势函数的积分表达式。通过研究声场的不同阶次多极子叠加的形式,给出了波导中不同区域声场近似解的适用条件并仿真了多极子的声传播特性。研究结果表明:在近、中、远不同距离上,可以采用相应区域的近似表达式来描述声场势函数非相干分量的衰减特性;在中远距离上,根据传播规律,可以将低频多极子分为2类:第1类包括:垂直偶极子与具有一个水平轴和一个垂直轴的四极子;第2类包括:单极子、水平偶极子、具有2个水平轴的四极子和具有2个垂直轴的四极子声场;在近场,单极子与水平偶极子传播规律相同,在水平方向上,垂直偶极子比单极子衰减速度快。多极子指向性对声场的影响主要体现在近距离上。

井孔中多极源在分层介质中的声场模拟方法

水平分层地层是常见的地质模型,为了解声波在其中的传播规律,需要对该模型进行数值模拟,通常采用时域有限差分方法。然而对于地下数百米井段,如何提高计算效率,是必须考虑的问题。本文提出了一种可以动态获取计算区域的方法,保证在模拟结果可靠的情况下计算区域最小,并通过算例验证该方法的有效性。当发射器位于接收器下方,并且距离仪器下方最近的分层边界超过2.0 m时,位于仪器下方的所有分层介质可以在计算中忽略不计。对于位于阵列接收器上方的分层边界也同样采用类似的策略。本文利用该方法模拟了多层介质中单偶极声波测井响应,从中提取的纵横波速度与介质参数一致。

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.

多极声源在裸眼井外的纵横波辐射特性

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,声源向井外地层中的辐射特性是远探测声场的主控因数。推导了单极、偶极和四极子声源的远场位移渐近解与辐射指向性公式,模拟分析了低频和常规测井频率下多极子声源在井外地层中的辐射图样,优选出不同声源辐射到地层中的优势波类型,并对比了不同频率下优势波指向性的变化规律。结果表明:单极辐射P波和偶极辐射SH横波在各自的辐射声场中占据了主导地位,它们对应的最佳激发频段分别在10 k Hz和4 k Hz左右,而在四极子声源的辐射声场中,P波和SH横波的指向性相近,均优于SV横波,且两者在7 k Hz左右达到最佳,为多极子声波远探测技术的应用提供了理论支持。

典型波导条件下多极子声场特性仿真与分析

针对复杂的舰船辐射噪声,本文基于指向性声源声场势函数的球面多极子级数展开方法,建立参数化点源模型。模型将声场表示为空间共点的不同阶次多极子叠加的形式,对Pekeris波导条件下3种多极子声源的传输特性进行仿真,并对仿真得到的声场衰减规律进行对比分析。结果表明:海洋声学参数相同的情况下,水平偶极子表现出和单极子相同的声场特性;垂直偶极子在近距离能够表现出偶极子方向特性,较远距离时比前两者衰减更快;偶极子声源声场随接收点与声源之间的夹角θ变化。

Matlab仿真在舰艇水下辐射噪声数值预报教学中的应用

搭建一种基于Matlab仿真的多极子声源和螺旋桨辐射噪声动态可视化教学演示平台。该平台能够动态显示单个和多个多极子声源辐射声场、墙面反射下的多极源辐射声场、有限长导管中的多极源辐射声场、螺旋桨促动盘辐射声场、真实螺旋桨脉动力源辐射声场及其线谱谱级值,是舰艇水下辐射噪声四大类噪声源数值分析平台之一。借助该平台,研究生学员可以直观、动态地了解简单和复杂声源的辐射噪声空间分布特征及其声波的传播规律,并能直接分析不同声源参数对辐射声场的影响作用。教学实践表明,该平台可以有效弥补动力工程专业学员噪声背景知识较少的不足,加深了学员对舰艇水下辐射噪声的理解,也调动了学员借助专业噪声分析软件预报方案设计阶段舰艇水下辐射噪声性能的积极性,为进一步深入研究低噪声舰艇设计奠定了基础。

多极声源和螺旋桨辐射噪声的动态可视化仿真

研究了螺旋桨辐射噪声场和无空化低频线谱的预报方法,对单个及分布式多极声源、螺旋桨促动盘和脉动力源辐射声场进行了自编程数值仿真和动态可视化显示.结果表明:仿真得到的单个多极源声压分布与理论解一致,静止分布式偶极源声近场与声源间相位相关.因船底板反射影响,单个单极源和偶极源在船尾轴向均存在强声压区.有限长导管内单极源的弱声压区位置与导管亥姆赫兹数相关,仅在较大亥姆赫兹数下导管对偶极源存在明显声抑制作用.模型桨在4倍直径以外可近似看作声远场,其等价于位于盘面中心的单个多极源或位于桨叶壁面的分布式旋转多极源发声,但后者更为合理,且分布式偶极源须考虑声源之间的相位差.确定螺旋桨轴向脉动力后,低频线谱可由位于盘面中心的单个积分脉动力源发声求取,也可由位于桨叶壁面的脉动旋转力源发声确定.

直接横波测井技术及其应用研究

直接横波测井技术是在全波列声波测井技术基础上发展起来的新技术。它采用复合晶片弯曲振动换能器偶极子声源激发井中的扭曲波，实现了横波测井，解决了软地层中得不到的转换横波的问题，为工程勘测提供了一种新的测试手段。研制的ＳＹ－１型声波仪，汉字提示，操作简单，效果好。具有推广价值。