研究均匀损耗介质中声波传播特性的一种新方法

本文引入两个与声衰减有关的介质参量,定义了声传播系数;导出了具有粘滞性衰减和导热性衰减的均匀介质中的声波波动方程;分析了频率和介质参数对声波衰减、相移及声速的影响,所得理论结论能较好地解释有关文献的实验结果.     

平面脉冲声波在多孔介质中传播的频移

利用传递函数,得到了平面脉冲声波在传播过程中任意位置处频谱的计算方法,用这种方法可以评价脉冲声波的主频偏移程度。给出了多孔介质中脉冲快纵波主频偏移的数值计算实例。计算结果表明,在一个有限的频带内,介质的声衰减与频率近似成线性关系,脉冲声波的主频偏移与介质的衰减、场点距声源的距离呈正比。该结果有利于利用脉冲声波的主频偏移来评价介质的声衰减     

平面脉冲声波在多孔介质中传播的频移

利用传递函数,得到了平面脉冲声波在传播过程中任意位置处频谱的计算方法,用这种方法可以评价脉冲声波的主频偏移程度,给出了多孔介质中脉冲快纵波主频偏移的数值计算实例,计算结果表明,在一个有限的频带内,介质的声衰减与频率近似成线性关系,脉冲声波的主频偏移与介质的衰减,场点距声源的距离呈正比。该结果有利于利用脉冲声波的主频偏移来评价介质的声衰减。     

岩石含水饱和度,频率,流体类型对声波振幅影响规律的探讨

本实验以不同类型的砂岩为试样,在常温常压下用超声参数测定仪测量了饱和度、频率和流体类型对多孔隙岩石中声波衰减的影响,得到以下结论:(1)在干燥岩石中,纵波衰减比横波高;在被流体完全或部分饱和的岩石中,纵、横波的衰减均高于在干燥岩石中的衰减,横波的衰减的增加量比纵波大,并以复杂的方式依赖于饱和度。(2)在饱和盐水的岩石中,声波振幅随频率的增高而呈指数衰减。在低频段,声波有较大的衰减变化率;在某一特征频率(600kHz左右)之后,振幅与频率基本无关。(3)对同一块样品,饱和不同类型的流体,声波的振幅随流体的粘度增大而减小。     

超声波在原油中的吸收衰减

从声学的角度,利用旋转粘度仪等设备,采用脉冲透射插入取代法,在一定温度范围内将超声技术用于胜利、辽河两油田所产不同油品中,对其粘度、声速及吸收衰减等参数进行了系统的研究.给出了相应的粘度-温度、声衰减系数-声波频率、声速-温度以及声速方次-温度等拟合曲线、公式和声衰减修正公式.实验表明随着温度升高,以上相关参数均呈下降趋势.     

声波在液浸多层多孔介质中的反射和透射

根据Biot多孔介质声学理论和多孔介质界面条件,从理论和实验上研究了声波在液浸层状多孔介质中的反射和透射.从导出的计算公式可知,声波的反射、透射系数与声波的频率、入射角及各层多孔介质参数(厚度、孔隙度、弹性参数等)有关.对水浸单层多孔介质板的参数进行的计算表明,当介质板厚与声波波长呈一定比例时,反射系数、透射系数能取得极值.用实验测量方法对这一结论进行了验证,实验结果与理论预测结果相吻合.     

变形介质的变形机理及物性特征研究

变形介质气藏在开发过程中,孔隙压力随流体的流出而下降,使储层内外压差增大,孔隙受到压缩而体积缩小,孔隙度和渗透率随之降低,极大地影响到此类气藏的开采。主要阐述了多孔介质发生变形的类型,并从多孔介质的微观物理特性(包括物质组成,单元体类型及它们之间的接触关系、排列方式和胶结方式)来分析对其发生变形的影响。还通过实验,分析了变形介质的孔隙体积、孔隙度和渗透率随压力而发生的变化规律。实验表明,随着净围压的升高,孔隙体积缩小,孔隙度和渗透率降低。与孔隙度相比较,渗透率受压力变化的影响更明显。因而,在变形介质气藏的开采过程中,保持气藏内部的原始压力对稳产、高产及延长气藏的开采时间有重要意义.     

液体内含气泡时的传声特性研究

利用球贝塞尔函数及汉克儿函数,气液交界处的质点振动速度和应力的连续条件,研究了声波在气-液两相介质内的传播特性。基于波数与区域半径乘积小于1的条件下,求解了两相介质内声传播的参数,即等效弹性系数、等效密度、声速及衰减系数;并得到声速及衰减系数随气泡体积比的变化曲线。结果表明,气泡的存在使声速下降,衰减系数增大,气泡的半径大小对其有一定的影响;声波频率偏低时,气泡对声速影响较明显;频率较高时,声波的能量损失较大。所得的结论与文献中的结果的相似,其结果将为含气泡液体内声传播的应用提供重要的理论依据。     

多孔介质声波传播

基于二维有限差分给出了Ｂｉｏｔ声波方程的一种数值解方法，模拟了声波在多孔介质中的传播。研究发现，骨架和粘滞性孔隙流体中，同时存在两种纵波，即快纵波和慢纵波，两种纵波骨架振动势函数与流体相对骨架振动势函数相不同，幅度也不同；但具有相同的传播速度，粘滞性和渗透率主要影响能量传播；孔隙度和骨架弹性参数主要影响波速；慢纵波和界面波的存在是地震波能量损失的重要原因。     

多孔介质中固体体积分数与颗粒尺度对流体绝对渗透率的影响

多孔介质渗透率是影响流体流动的重要因素,对多孔介质渗透率的研究在油气开采、地下水文学等工程技术领域具有实际的应用价值。本文通过在立方体空间中随机填充球形固体颗粒生成不同固体体积分数和颗粒半径的三维多孔介质数值模型。利用格子玻尔兹曼法模拟流体在这些模型中的流动并计算得到不同固体体积分数和颗粒半径下多孔介质模型的渗透率,分析了多孔介质中固体颗粒半径和体积分数对渗透率的影响,并通过数据拟合得到了渗透率关于固体颗粒半径和体积分数的函数关系。通过与二维多孔介质中渗透率关于孔隙率和固体颗粒粒径的函数关系对比,发现在三维多孔介质中,渗透率与固体体积分数和粒径之间具有与二维情况下类似的幂律指数关系。     

饱和流体多孔介质中的声传播

饱和流体多孔介质中声传播的Biot理论在地震勘探、声波测井资料解释中具有极大的应用价值。本文简要回顾了Biot理论、估计复合介质等效弹性模量的自洽理论、多孔介质界面波理论及支持这些理论的实验,并评价了多孔介质声学理论的研究、应用现状,强调了这种研究对资源的声波勘探的重要性。     

黏弹性流体饱和孔隙介质动力反应分析的显式有限元方法

黏弹性流体饱和多孔介质模型比单相介质或者弹性饱和孔隙介质更接近实际的土层介质,应用该模型研究土层介质的动力响应更为合理。用数值方法研究了半空间黏弹性流体饱和孔隙介质的动力时域响应。根据Biot黏弹性流体饱和两相多孔介质波动方程,采用解耦技术,建立了以固相位移和流相位移为未知量的黏弹性流体饱和孔隙介质动力分析的一种显式有限元法。该方法克服了隐式方法需要求解联立方程组的缺点,具有节省计算机内存空间和计算时间的优点。与解析解比较表明,该算法具有较高的计算精度;最后以一维黏弹性流体饱和孔隙介质为例,分析了黏性系数对动力响应的影响。     

热流固耦合动态边界理论研究

基于Biot理论,推导了考虑热渗流作用的热流固耦合问题的基本方程,建立了本问题的热渗流模型,给出了所考虑问题的热流体动力弥散分布概率及各项系数的表达式,进一步建立了微压热液体位移场,讨论了热流体动力弥散因素对多孔介质边界的影响,建立了描述多孔介质的动态边界方程,针对不同的外部因素,分别建立了4种边界模型,并进行了动态模拟.     

柱状多孔媒质结构中声导波

根据Ｂｉｏｔ多孔媒质声学理论及多孔媒质界面边界条件,导出了腔内为流体的柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的广义色散方程。数值计算了其中轴对称和非轴对称声导波的色散特性,考察了流体多孔媒质界面特性及多孔媒质中慢纵波对声导波色散特性的影响。结果表明,利用Ｂｉｏｔ多孔媒质声传播模型和多孔媒质界面边界条件,可以求得柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的色散特性     

流体饱和多孔介质中的声强

根据Biot多孔介质声学理论中的应力-应变关系、能量关系、声波方程,采用与在均匀固体介质中平行的方法,推导了流体饱和多孔介质中的声强表达式,进一步完善了多孔介质声学理论。运用该公式导出了多孔介质界面声学边界条件,并可作为研究多孔介质中声波能量的一个基本方程。     

油藏渗流过程中孔隙弹性模型的分析与修正

将油藏宏观渗流场与弹性波场耦合,改进孔隙弹性模型控制方程,揭示低频波动采油技术的动力学作用原理。基于低频波动采油试验机制、Biot理论模型,通过区分低渗开发储层波动采油应用时的流体渗流状态、弹性波传播方向与经典孔隙介质弹性波传播理论模型的差异,并考虑持续变化的压力对耦合物性参数的影响,建立饱和单相渗流流体孔隙介质弹性波传播理论模型,对孔隙介质弹性波传播理论模型的流体耦合运动方程、状态方程(包括骨架孔隙度和流体黏度变化)、边界初始条件进行修正,给出修正模型的计算流程,并利用算例分析验证修正模型的适用性。结果表明,低渗储层低频波作用关于孔渗的敏感性变化规律与常规试验认识一致,低频波动采油效果在低孔、低渗储层中具有较好的适用性,增渗、增压效果明显,说明修正模型揭示低频波动采油机制具有有效性。     

基于饱和多孔介质的复杂自由场地震响应分析

采用不可压缩饱和多孔介质的广义Biot理论模型,导出流体饱和两相多孔介质振动问题的有限元方程,并对港珠澳工程沉管隧道段自由场进行数值模拟计算.计算结果表明,相对于传统的单相介质自由场而言,饱和两相多孔介质自由场地表加速度峰值有所降低;实际场地的地形地貌对孔隙水压力有显著影响;多孔材料的渗透系数增大,可能会导致其孔隙水压力降低;同时输入地震作用的大小也会影响场地地震液化的评估.由此可见,基于不可压缩饱和多孔介质的数值模拟方法在场地地震液化分析中可行,其结论可以应用在其他工程场地分析中.     

作用于可变形地基上墩柱底部的波浪渗流力

采用Ｂｉｏｔ固结理论，运用有限元方法研究了波浪和墩柱运动引起的土的响应和海床中的孔隙水压。在计算过程中，用了分开求解和直接求解两种方法，并且针对几种波况进行了对比，结果令人满意。     

层状横观各向同性饱和地基的三维Biot固结问题

首先引入状态向量，在直角坐标系下推导出横观各向同性饱和地基Biot固结问题的状态方程，然后基于laplace变化和双重Fourier变换，求解了状态方程，得到传递矩阵，进而利用传递矩阵，并结合饱和地基的边界条件、排水条件及层间接触和连续条件，求解了层状横观各向同性饱和地基的Biot固结问题。