张碧星, 王克协[1]1998年在《各向异性介质地层中多极源声波测井的现状与发展》文中研究说明多极源声波测井最初是针对直接横波速度测井这一目的而被提出并发展起来的．然而在实际情况中，多极源声波测井的意义除主要集中在横波测量（特别是在软地层时）上以外，更为重要的意义是对井孔周围地层的各向异性作出可能的分析和判断．因此，各向异性介质地层中多极源声波测井的研究已越来越被人们关注和重视，近年来已取得了很大的进展．本文在消化、吸收大量文献的基础上，对各向异性多极源声波测井的发展进行了回顾和分析，对具有非轴对称的地层－井眼模型中多极源声波测井问题的诸方法进行了论述，阐明了各向异性多极源声波测井方法的优越性及其产生和发展的必然性，并分析了未来的可能发展趋势和方向．
丛令梅[2]2005年在《BISQ横向各向同性地层流体井孔中多极源激发声波场的理论求解和数值分析》文中研究指明本文研究了在BISQ 理论模型和BIOT 理论模型下,横向各向同性介质地层流体井孔中单极、偶极和四极源激发的声波场。详细分析了斯通利波、伪瑞利波、弯曲波和螺旋波的频散和衰减以及单极、偶极和四极源激发的全波列波形,同时还研究了与多极割线积分对应的临界折射纵波和临界折射横波的共振激发特性。着重研究了在两种模型下,横向各向同性地层中纵、横向渗透率对导波频散和衰减的影响,得出的主要结论:对横向各向同性介质,可以利用斯通利波和弯曲波来反演渗透率,特别对反演横向渗透率更为有利;相对于BIOT 理论模型,由于BISQ 模型下斯通利波和弯曲波的衰减对纵、横向渗透率的变化更加敏感,因此在BISQ 模型下更有利于实现反演纵、横向渗透率。同时考察了BISQ 模型下水平、竖直喷射流长度的变化对井孔导波频散和衰减的影响,结果表明:水平、竖直喷射流长度的变化对井孔导波的频散影响很小,并且与BIOT 理论的导波频散很接近;而水平、竖直喷射流长度的变化对导波的衰减影响显著,相对于BIOT 理论模型,横向各向同性地层喷射流机制下斯通利波、伪瑞利波、弯曲波和螺旋波的衰减增大,这一差别有可能用来确定水平和竖直喷射流长度。对单极、偶极和四极源激发的全波和纵、横波的共振激发特性进行了数值计算。横向各向同性地层中,喷射流机制对纵、横波的传播特性都有影响,这与在各向同性地层中横波与喷射流效应无关的论断明显不同;同时数值考察了纵、横向渗透率对纵、横波的共振频率和激发幅度的影响。
何晓[3]2010年在《横观各向同性地层声波测井波场模拟与地层渗透率反演》文中认为声波测井是地球物理测量和油气储层勘探的主要方法之一。为了改进测井技术、根据测井信号准确反演地层信息,必须深入研究弹性波在流-固柱面分层介质中的传播规律。鉴于地壳表层岩石通常呈现横观各向同性(TI),本文以TI地层声波测井为应用背景,在对井孔声场进行解析和数值模拟的基础上,分析柱面导波的激发、频散和衰减,研究由井内波场反演井外地层渗透率的方法。主要进行了以下几方面的工作:首先对弹性地层中井轴平行于TI对称轴的井孔(竖直井)声场进行了分析,其中各模式导波频散曲线由井孔声场函数的极点获得。前人的算例结果显示在TI介质井孔中单极源伪瑞利波、偶极源弯曲波和四极源螺旋波在低频极限处的速度等于井孔方向上的横波速度,但缺乏理论证明。本文讨论了多值声场函数在复平面内的支点分布,并根据井内声波在流体-TI固体边界上产生透射横波的条件论述了伪瑞利波、弯曲波和螺旋波的轴向速度上限。结合TI弹性地层井孔声场的模拟结果,证明了当TI地层参数满足δ>ε+c_(44)/2c_(33)时上述导波的低频极限速度小于地层的横波速度,其中c_(33)和c_(44)分别为TI地层对称轴方向上的纵波和横波模量而ε、δ是各向异性系数。时域全波的模拟结果证实了在这类地层中由导波到达时间所测得的地层横波速度总是小于其真实值。然后,研究了TI孔隙地层竖直井孔中由单极源激发的声场,计算了井孔声场函数全部极点的分布并由此得到了包括泄漏模式和非泄漏模式在内的导波频散、衰减以及激发强度曲线。非泄漏模式波的轴向传播速度小于等于井孔方向上的横波速度,其衰减仅由弹性孔隙骨架和粘滞流体之间的相对运动而产生;相比之下,速度快于横波的泄漏模式波衰减非常迅速,这是因为它的衰减机制同时包含介质的本征耗散和机械能的几何泄漏。考察了地层、井孔和井内流体各参数分别对非泄漏模式波和临界折射波的影响大小。基于灵敏度分析的结果,在算例中通过拟合斯通利波的时域波形用最小二乘法同时反演了地层的水平渗透率和水平剪切模量。在理论模拟波形时,孔隙度和垂直渗透率的取值对反演精度的影响很小,这体现出反演方法的稳定性。然而在实际钻井过程中,井轴往往与TI对称轴方向不一致。为了数值模拟这种情况下的井孔偶极声场,本文采用了三维时域有限差分(FDTD)法。由于快、慢横波的速度差异,在偏离TI对称轴的井孔中偶极子能相应地激发快弯曲波和慢弯曲波,形成弯曲波分裂现象。发现弯曲波的速度和相位与声源偏振方向无关,变化声源方位角只改变两类弯曲波的相对幅度。在大多数情况下,低频偶极子激发的快、慢弯曲波在速度上分别趋近于井轴向的快、慢横波速度。算例结果表明,即使在参数满足δ>ε+c_(44)/2c_(33)的地层中,当井孔倾角足够大时根据弯曲波的波至仍可准确提取地层的横波速度。此外,分别模拟了沿深度梯度非均匀以及水平分层介质中的井孔声场。在渗透率呈各向异性的孔隙地层中,如果渗透率主方向与坐标轴不一致,渗流速度各分量都耦合在一起,传统的应力-速度交错网格无法将描述广义达西定律的方程组离散化。本文对FDTD算法作出了改进使得达西定律方程组依然可以写成差分方程的形式。在算例中模拟了渗透率各向异性地层中的井孔声场。当井轴与渗透率的TI对称轴不一致时,可根据正交偶极接收阵列得到的波形幅度及衰减判别岩层沿井周各方向上的径向渗透率大小,并依此确定地层定向裂隙的分布平面。在灵敏度分析结果的基础上,利用弯曲波的衰减反演了TI地层的渗透率。在竖直井孔中,利用弯曲波的衰减能反演地层的水平渗透率,但在反演精度的稳定性方面弯曲波不如斯通利波。在水平井中,利用水平偏振偶极子激发的弯曲波可反演水平渗透率;而根据垂直偏振偶极子的声场则可测得地层的垂直渗透率。当待测渗透率较高时,反演结果具有较高精度;但对于渗透率较低的地层,反演精度将明显受渗透率各向异性的影响,各向异性越强则渗透率的反演误差越大。这些研究为从正交偶极声测井数据中提取储层渗透率提供了参考。
张丽[4]2008年在《各向异性地层多极源声测井理论与数值研究》文中研究说明本文用摄动积分和摄动展开方法分别研究立方晶系(CCM—Cubic Crystal Medium)、横向各向同性(TI—Transversely Isotropic )介质对称主轴与井轴平行模型( VTI - Vertical Transversely Isotropic)和横向各向同性介质对称主轴与井轴垂直模型(HTI—Horizontal Transversely Isotropic)的各向异性地层下井孔声场的理论求解和数值计算。论文首先将摄动积分方法应用到立方晶系各向异性地层-井孔模型,主要对Stoneley波的反常频散效应及螺旋波与多极源方位角的关系等问题进行了研究和分析。然后,利用摄动展开法对TI介质声测井问题进行了全波场摄动展开、摄动求解及数值模拟研究。在VTI介质模型下,得到了精确到二级近似的全波场摄动解析解,同时与将严格解作泰勒级数展开的结果进行比较,理论上验证了摄动求解一级近似的可靠性。通过数值计算发现在10%的摄动范围内,摄动解和严格解吻合较好,能给出较高的计算精度。在HTI模型下,得到了全波场的零级和一级摄动解,通过摄动解数值模拟了井中多极源的激发声场,研究了井中各分波的传播特性,分析了各分波与多极源方位的关系。论文还用频率-波数法对TI介质井孔声场进行了分析,在VTI和HTI模型下得到了井中波场的频率-波数分布图和频率-相速度分布图。
邵乙迪[5]2017年在《各向异性地层中井孔波的传播》文中认为声波测井是一种重要的油气资源勘探手段,随着声波测井技术的不断革新,也促进了人们对井孔声学的理论研究。由于地层表现出的各向异性特征,使得各向异性地层中的井孔声场得到越来越多的关注。本文首先从弹性动力学基本方程组出发,推导了各向同性地层中多极源声场的位移势函数表达式,并说明了柱坐标系下SH波、SV波的定义。利用实轴积分法(RAI)编程计算得到了两种典型地层(硬地层和软地层)中单极源、偶极源和四极源激发的声场。通过STC方法提取了多极源声场中各个波群的信息,发现声源中心频率为4kHz时偶极源激发的弯曲波和四极源激发的螺旋波的速度接近地层的横波速度。之后对横观各向同性(transverse isotropy,TI)地层中的多极源声场进行了研究。首先说明了TI介质的本构方程中各个弹性系数的物理意义,之后对TI介质地层井孔中的多极源声场进行了理论推导,并通过编程计算得到了TI介质地层中井轴上接收到的多极源声场全波信号。通过计算发现,TI介质地层中单极源激发的斯通利波波速对介质水平剪切模量的变化最敏感,偶极源激发的弯曲波波速对竖直方向的剪切模量变化最敏感。基于解析计算结果开展了剪切各向异性的反演,对硬地层,利用单极斯通利波反演水平面内剪切模量66c,利用横波首波反演竖直面内剪切模量44c,从而获得硬地层横波各向异性系数;对软地层,利用单极斯通利波反演水平面内剪切模量66c,利用偶极弯曲波反演竖直面内剪切模量44c,从而获得软地层的横波各向异性系数。在根据低频斯通利波的波速和各向同性介质中剪切模量之间的关系反演TI介质水平剪切模量66c的过程中,对White提出的低频斯通利波波速与剪切模量的关系式做了修正,给出了声源中心频率为6kHz时,斯通利波速度与TI介质地层水平剪切模量之间的近似关系式。最后通过有限元软件COMSOL Multiphysics对各向同性介质地层和TI介质地层中的单极源声场进行模拟,并将有限元的模拟结果与根据井孔声场解析解编程计算得到的结果进行了对比分析,发现波形基本吻合,验证了编程计算结果的正确性,也证明了使用有限元软件模拟声波测井信号的可行性。
李刚[6]2005年在《套管井正交偶极声测井异常地应力正、反演研究》文中研究指明注意到油田受异常地应力作用损坏的油井都是套管井,而已提出的井孔声弹性理论和方法只适用于裸眼井情况,本文对在套管井中应用正交偶极声测井确定异常地应力问题从理论到实现方法进行了系统的正、反演研究。从声弹性理论出发,利用摄动积分方法,推导了各向同性地层顾及套管和水泥环影响和井孔应力集中的模式波声弹方程。数值模拟结果表明,偏振方向与异常应力诱导的各向异性对称主轴平行和垂直的二弯曲波频散曲线仍然分裂而且随频率的增大发生交叉,这种交叉仍可以作为区分应力诱导的各向异性和本征各向异性的判据。发现对低速地层(1600m/s),偶极弯曲波的频散曲线会急剧地向高频区移动,截止频率会移到10kHz 以上。这与以往从裸眼井研究中共识的地层变软频散曲线将向低频区移动的论断正好相反,这一现象也在现场资料分析中得到印证,对今后套管井正交偶极声波测井方法和测井解释都有重要的指导意义。文中系统考察了这一机制的影响因素。利用套管井弯曲波声弹方程对模拟数据和现场数据进行反演处理,验证了方法的可行性。为适应套管井的实际情况和现场快速反演的需要,并依据测量数据中低频信息主要由远场地层性质控制,提出用平面波推导的简化应力差公式进行套管井正交偶极声测井的地应力反演。对大庆油田两口套管井现场资料中数据有效井段,进行了连续的地应力方向确定和数值大小反演。通过与裸眼井处理结果和地质上预测的应力异常层对比,检验了各层次处理方法与软件的有效性。本文还对地层已是本征的非轴对称横向各向同性(TIH)介质的井孔声弹方程进行了理论推导和初步的定量分析,对现场部分观测资料处理结果做出合理解释提供了理论依据。
刘金霞[7]2007年在《弹性波折、反射与横向各向同性（VTI）介质井孔导波声弹效应研究》文中指出本文针对油气田、矿业等领域地下应力估测和油井损坏前异常地应力检测问题,以声弹理论为基础开展理论和数值研究工作。首先,研究了有静态弹性和弹塑性形变的流-固和固-固界面的弹性波折、反射问题。静形变不仅影响速度、折反射能量分布、临界角还影响传播方向,且弹塑性形变和弹性形变的影响不同。此研究对获取应力信息特别是分析弹塑性形变提供可能。利用HTI介质反射系数近似公式和应力诱导的弱各向异性参数进一步给出了外加单轴应力与反射系数关系的显式表达式;各向异性参数ε(V )和γ的正负可作为区分介质各向异性是单轴应力诱导的还是本征HTI的一个依据。对小角度入射、应力诱导的弱各向异性,可由横波反射系数对应力进行估值。利用纵波反射系数随方位的变化初步确定应力方位。这为地下各向异性的诱因分析以及应力的估测提供了一个可能的新途径。其次,研究了弹塑介质的声弹效应对层状半空间瑞利波和乐夫波的影响。静形变明显影响瑞利波、乐夫波相速度和高阶模式截止频率,相速度随频厚积的增加,变化明显,且逐渐趋于定值;与静态弹性形变相比,弹塑性形变情况相速度明显变小,截止频率向低频移动。这一研究对探测地层和超声探测层状介质的应力和弹塑性形变有指导意义。最后,针对有10个独立三阶弹性模量的横向各向同性(VTI)介质,用摄动积分导出了同时顾及井内流体压力和水平双轴应力作用的井孔模式波声弹方程,一个重要结果是该方程(斯通利波和弯曲波的)仅与8个独立三阶弹性模量有关。对仅受内压作用情况,斯通利波的低频行为可能用来区分参考状态是各向同性还是横向各向同性(VTI)介质的依据。对受双轴应力作用情况,低频斯通利波的速度变化主要受,和的影响,而低频弯曲波主要受和的影响。两相互垂直方向偏振的弯曲波频散曲线的交叉是判断地应力存在的标志。对横向各向同性介质井孔声弹性问题应考虑三阶弹性模量的各向异性。以上新认识对VTI地层的油井异常地应力检测有直接实用意义。c1 11c2 22c1 12c1 44c155
张丽[8]2005年在《等轴晶系各向异性地层井孔声多极模式波频散的摄动计算与分析》文中指出本文研究的是井内为流体井外为对称轴垂直于(111)面的裂隙各向异性地层(等轴晶系)模型。针对等轴晶系各向异性地层的地震与测井问题研究得比较少的情况,本文进行了这种各向异性地层下声测井井孔导波频散的理论与数值研究。这种介质同EDA 介质和PTL 介质不同之处在于它不是以笛卡尔坐标系中的x,y,z 轴为对称轴,而是以和对称轴垂直于(111)面直线为对称轴。做井问题时,在以井轴为z 轴的柱坐标系中,弹性模量矩阵元与角度θ有关,位移场方程不能严格求解,这就使问题的难度加大了。只能用数值方法(如有限差分)或摄动方法求解。这里我采用摄动积分的方法计算和分析等轴晶系各向异性地层对井孔模式波相速度的影响。在已有的各向同性频散计算公式基础上,通过应用摄动积分的方法首先导出这种地层模型下三种井孔导波的频散计算公式,得出偶极弯曲波不分裂,而四极螺旋波分裂的结论。根据模式波位移场的特点,将体积积分化简为单变量r的积分,着重定量考察了摄动积分的收敛性与计算精度,并结合数值考察将无穷积分化为有限积分,提高了公式中相关系数的综合计算速度。应用这些公式分析了等轴晶系各向异性地层对井孔三种模式波(单极stoneley 波、偶极弯曲波和四极螺旋波)频散特征的影响。不仅分析考察了模量矩阵非对角元拉梅系数λ偏离各向同性的情况,也考察了模量矩阵对角元拉梅系数λ+ 2μ或μ,选取不同摄动项进行了计算,其近似与影响的敏感程度不尽相同。这是一个从方法和机理上都值得特别注意的问题。本文还在不改变原等轴晶系弹性模量矩阵的前提下,通过选用三种不同摄动项进一步考察三种选法,比较了不同摄动项选择方法求解同一问题的差别。最后,是对等轴晶系各向异性参数反演进行了初步探讨。
郑晓波[9]2012年在《随钻声波测井的全波计算》文中指出近年来，将钻井和测井同时进行的随钻测井技术得到迅速发展。与传统的电缆测井技术相比，随钻测井技术具有许多优点，例如井孔的破坏程度小，能够进行地质导向钻井，测井成本较低等。随钻电阻率测井技术已经成熟，但如何将声学方法应用于随钻测量地层参数，需要弄清钻挺的存在对于地层纵横波速度测量的影响，此外，至今未见到横观各向同性地层(TI)中随钻声波测井响应的理论模拟结果。本文针对随钻测井过程中声波的传播和接收问题，分别在各向同性地层模型和TI介质模型下，推导出了不同形式的声源在随钻条件下激发的井内外声场的解析表达式，计算出了随钻声波测井的全波波形。论文先将地层视为弹性固体介质，井内液体视为理想流体，分别推导出了地层和井中流体中多级声源激发的位移、应力和声压的表达式，讨论了井孔中P波、SV波和SH波的传播特点。在随钻测井条件下，模拟了各向同性地层中的井孔声场。建立了随钻声波测井的物理模型；说明了使用圆柱壳换能器模拟单极源、偶极源和四极源的方法，对这些声源进行了数学上的描述；通过边界条件确定位移势函数的系数，进而得到了随钻测井的声场的解析解。使用实轴积分法计算随钻测井的全波声场，使用STC法提取各个波群的速度。通过计算,我们发现单极源激发的钻铤波比较明显，偶极和四极源激发的钻铤波幅度相对较小。但是，偶极源中高级声场比较明显，四极源中的高级声场不明显，所以四极源更适用于随钻测井。计算模拟了横观各向同性地层中的随钻声波测井的全波声场。在分析了TI介质中弹性波的传播特性之后，在井轴平行于TI介质对称轴的条件下，推导出TI地层中的随钻声场的解析表达式。使用实轴积分法计算TI地层的随钻测井的全波波形，并将计算结果与TI地层中电缆测井的计算结果作对比。计算表明，TI地层的随钻测井中钻铤波的影响仍然比较明显。
参考文献：
[1]. 各向异性介质地层中多极源声波测井的现状与发展[J]. 张碧星, 王克协. 地球物理学进展. 1998
[2]. BISQ横向各向同性地层流体井孔中多极源激发声波场的理论求解和数值分析[D]. 丛令梅. 吉林大学. 2005
[3]. 横观各向同性地层声波测井波场模拟与地层渗透率反演[D]. 何晓. 哈尔滨工业大学. 2010
[4]. 各向异性地层多极源声测井理论与数值研究[D]. 张丽. 吉林大学. 2008
[5]. 各向异性地层中井孔波的传播[D]. 邵乙迪. 哈尔滨工业大学. 2017
[6]. 套管井正交偶极声测井异常地应力正、反演研究[D]. 李刚. 吉林大学. 2005
[7]. 弹性波折、反射与横向各向同性（VTI）介质井孔导波声弹效应研究[D]. 刘金霞. 吉林大学. 2007
[8]. 等轴晶系各向异性地层井孔声多极模式波频散的摄动计算与分析[D]. 张丽. 吉林大学. 2005
[9]. 随钻声波测井的全波计算[D]. 郑晓波. 哈尔滨工业大学. 2012
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