TI地层声学各向异性随钻评价方法的数值研究

采用三维有限差分方法模拟偶极子声源在含钻铤的各向异性地层井孔中激发的声场,研究地层各向异性对偶极模式波频散特征的影响,并提出从随钻四分量偶极子声波数据中提取地层快、慢横波慢度及其各向异性的方法。结果表明,偶极子声源在各种地层井孔中均可激发对横波慢度的方位各向异性敏感的偶极模式波:对于快速地层,F2模式的低频部分对地层横波慢度及其方位各向异性最为敏感;对于中速和慢速地层,弯曲波较高频率部分对地层横波慢度较为敏感。采用各向同性地层建模的方法可以较为准确地提取地层的快、慢横波慢度,提取结果的误差小于4%。     

TI地层井孔中正交偶极子声波测井的物理模拟

采用缩小尺寸的模型井和自制的声波测井模拟试验系统模拟研究正交偶极子声源在井轴与TI介质的对称轴呈不同夹角的模型井中声传播的特征,采用慢度时间相关法、频散分析方法及各向异性分析方法对测量得到的四分量偶极子波形进行分析,并与数值模拟结果进行对比。结果表明:正交偶极子声源在TI介质井孔中激发的弯曲波的速度随井轴与介质对称轴夹角的变化趋势与对应的横波体波速度的变化趋势相一致,且略小于对应的横波体波速度;从试验数据中提取的快、慢弯曲波的频散曲线互相平行,与固有各向异性地层井孔中的快、慢弯曲波频散曲线互相平行的理论相一致;通过HTI井孔中的正交偶极子模拟测量试验验证了地层横波各向异性测量及快横波面测量的可靠性。     

随钻声波测井中消除钻铤直达波方法的研究与验证

随钻声波测井是准确获取地层信息的重要手段,但是其中沿着钻铤传播的直达波严重干扰地层波的测量。为了消除钻铤直达波对测井数据的影响,提出了一种利用单声源延迟反相激励消除钻铤直达波的新方法。该方法通过自适应滤波有源噪声控制技术虚拟出一个发射声源,实现单声源和虚拟声源激发的两列钻铤直达波到达相同接收器时同频反相相互消除的目的,从源头上消除钻铤直达波对地层波信号的影响,避免了因对钻铤进行物理加工,导致降低钻铤机械强度所引发的测井风险。通过对单声源延迟反相激励原理模型的分析、对原理模型的仿真计算和开发基于自适应滤波有源噪声控制技术的软件对实际测井数据的处理,均验证了该新方法对随钻声波测井中的钻铤直达波消除效果明显。     

各向异性孔隙地层随钻声波测井理论模拟及应用

储层中普遍存在的各向异性和渗透性均会对弹性波传播产生影响。为满足油气资源勘探需求，对复杂储层中各向异性与渗透率的测量评价已逐渐从常规的电缆测井发展为随钻测井。本文建立了随钻声波测井模型，以Biot理论为基础研究了弹性波在横观各向同性孔隙地层中的传播机制，并对含有钻铤的充液井孔内各部分声场进行分析，导出了横观各向同性孔隙地层随钻声波测井的声场表达式。研究了随钻多极子声场模式波的频散特征。结合时间—慢度相关法分析了阵列波形中地层波和钻铤波的到时及慢度特征。计算结果表明随钻斯通利波和螺旋波速度频散曲线对地层各向异性和渗透率有不同程度的灵敏度，可用于实际资料的反演，并在此基础上处理了实钻井声波数据，对地层渗透率和各向异性进行了综合评价。本文的计算结果可作为复杂介质地层中随钻声波测井解释的理论基础。     

随钻声波测井关键技术研究进展

声波测井技术作为地层评价的重要手段已经逐步从电缆测井向随钻测井过渡,未来随钻声波测井在油气勘探开发中将发挥重要的作用。以随钻声波测井关键技术为主线,综述了近年来在随钻四极子发射换能器、隔声体设计、接收声系及波形反演方法等方面的研究进展。研究结果表明耐高温高压的非充油型随钻四极子发射换能器具有机械安装简单、造价低等优点;钻铤变径隔声结构具有良好的隔声效果,可以减小泥浆对钻铤内壁凹槽的冲蚀影响,增加仪器的使用寿命;长条管状接收声系设计方案能够很好的降低钻铤波的干扰,易于安装和维修维保;数据反演方面重点是如何解决随钻地层各向异性评价难题。下一代的随钻声波远探测技术研究有望实现从近井壁探测拓展到远距离探测的跨越,为井旁地质构造探测、地质导向等提供帮助。     

基于时域有限差分法的随钻声波测井仪隔声体隔声效果的数值模拟

随钻测井环境下,钻铤纵模式波会严重干扰地层纵波的测量,因此需要使用隔声体来减弱钻铤波对地层纵波测量的干扰.采用圆柱坐标系下的交错网格技术,自行开发了一种可用于设计随钻声波测井仪器隔声体的三维时域有限差分程序.利用该程序数值模拟采用不同结构的隔声体时,硬地层井眼中的随钻单极子声波测井响应,并对这几种不同结构的隔声体性能进行评价.结果表明:采用不同结构的隔声体,对钻铤纵模式波的时延量和隔声量存在很大差异;与其他结构隔声体相比,周期性交错排列的凹槽结构的隔声体在测量地层纵波速度时具有较好的效果.     

基于圆弧阵的多极子声波测井辐射器

设计了一种具有复合功能的环形结构的多极子声波测井辐射器.基本方法是由多个作弯曲振动的压电振子构成了圆弧阵辐射器,通过改变圆弧阵上压电振子的组合方式和振动相位,使该圆弧阵成为单极子源、偶极子源和四极子声源.在实验室的消声水池内对多极子声波测井辐射器的单极子、偶极子和四极子声源的频率特征和指向性等参数进行了测量.实验结果表明,在不同组合和激励条件下,圆弧阵具有声波测井的单极子、偶极子和四极子声源的辐射特征.采用该声波辐射器可以缩短多极子声波测井仪器的长度、简化多极子声波测井波形处理步骤和提高声波测井质量.     

随钻与电缆脉冲中子孔隙度测井响应差异研究

由于地层模型和测量条件不同,随钻和电缆脉冲中子孔隙度测井响应存在差异,对其响应差异研究可为随钻 测井解释提供理论依据。利用蒙特卡罗方法建立不同地层模型,模拟不同测井环境条件下响应的差异。结果表明,在 随钻测井条件下,热中子计数比值随地层孔隙度增加按三次多项式趋势增加,电缆脉冲中子孔隙度测井响应也具有相 同的规律,但随钻和电缆脉冲中子孔隙度测井响应曲线存在交叉点;随钻测井条件下孔隙度相对灵敏度计算值大于电 缆测井,但随钻测井条件下的钻铤会降低热中子计数统计性,影响孔隙度测量精度;不同测井环境条件对由于其改变 引起的随钻和电缆测井响应差异影响随地层孔隙度增加而减小,岩性、泥质含量和井眼尺寸对随钻测井响应的影响都 大于电缆测井,井眼流体为淡水、油或盐水时对脉冲中子孔隙度响应影响可忽略,井眼流体为气时对电缆测井响应的 影响大于随钻测井。     

用正交偶极阵列声波测井研究地层地应力场

提出了一种利用正交偶极子声波测井资料计算地层主应力的新方法。该方法利用了当地层地应力不均衡时,横波发生双折射形成快横波和慢横波的物理特征,在应力不均衡井段建立快、慢横波应力一速度方程。通过岩心实验确定了快、慢横波应力一速度方程的耦合系数,从而计算地层最大、最小水平主应力数值,并从理论上证明了快横波传播方向与最大水平主应力方向一致。应用该方法,对大港油田碳酸盐岩地层进行了地应力评价,并用成像测井对评价结果进行验证,结果证明该方法有效。     

基于圆弧阵的多极子声波测井辐射器

设计了一种具有复合功能的环形结构的多极子声波测井辐射器。基本方法是由多个作弯曲振动的压电振子构成了圆弧阵辐射器，通过改变圆弧阵上压电振子的组合方式和振动相位，使该圆弧阵成为单极子源、偶极子源和四极子声源。在实验室的消声水池内对多极子声波测井辐射器的单极子、偶极子和四极子声源的频率特征和指向性等参数进行了测量。实验结果表明，在不同组合和激励条件下，圆弧阵具有声波测井的单极子、偶极子和四极子声源的辐射特征。采用该声波辐射器可以缩短多极子声波测井仪器的长度、简化多极子声波测井波形处理步骤和提高声波测井质量。     

一种在三轴压力室内测试土样剪切波速的新装置

为了研究土的剪切波速与其三轴剪切试验力学指标之间的关系，依据扭剪振动原理，开发出一种测试三轴压力室内土样剪切波速的传感器，该传感器工作频率达5kHz，比现有同类装置低至1／10左右；体积小、发射能量大，能够测试软粘土和饱和松散砂土试样的剪切波速；测试波形无偏振，它容易与目前各种形式的静、动三轴剪切仪配套，形成剪切波速与剪切三轴联合试验装置，剪切波速测试装置对土样无扰动，测试过程快捷，测试信号稳定，测试波形中无纵波干扰，很容易识别出剪切波的初至时间。     

水平井随钻电磁波电阻率数值模拟

随钻电磁波电阻率随着钻井技术进步市场和份额逐渐增加,由于水平井测量环境与直井存在较大差别,仪器受到影响因素也与直井不同,明确水平井中随钻电磁波电阻率的测井响应规律有助于水平井测井资料解释。依据电磁波电阻率测量原理,根据Chew理论,推导了TI介质中电磁场的波场分解,进而建立三维空间电磁波电阻率数值模拟正演方法。模拟了不同工作频率、不同相对井斜角、不同围岩电阻率以及地层界面情况下电磁波电阻率的测井响应规律。结果表明:幅度比和相位差随着地层电阻率的增大而减小,表现出与地层电阻率呈单调递减的函数关系;相位差对地层电阻率的敏感程度明显优于幅度比,适用的地层范围更大;井斜角越大,地层界面上下地层电阻率对比度越高,越容易在层界面附近产生"极化角",有助于识别地层界面;相同工作频率,围岩对幅度衰减电阻率的影响要大于相位差电阻率的影响;相同测量方式,围岩对低频工作模式的影响要大于对高频工作模式的影响;随井斜角的增大,幅度衰减电阻率与相位电阻率出现分离;工作频率越高,不同源距的电阻率值分离程度大。     

非饱和多孔介质层中Love波频散特性

为建立更准确的地层反演模型,基于非饱和多孔介质本构关系,用连通率处理上面两层间的边界条件,理论推导出三层非饱和多孔介质中Love波的频散方程,计算分析多阶模态Love波频散曲线。结果表明,Love波第1阶模态没有截止频率,对2阶以上模态,阶数越高截止频率越大。各阶模态的Love波最大速度趋近半空间层的横波速度,而最小速度趋近第1层横波速度。Love波速曲线以第2层横波速度为界分为上下两簇,各模态均在第2层横波波速处衔接。模态不同,衔接处曲线的光滑程度不同,模态越高,光滑程度越好。对各参数的敏感性分析表明,孔隙度、饱和度、连通率、黏滞系数和渗透率的变化对Love波相速度影响敏感性依次减小。     

横波速度测井的实验研究

报道了利用偶极声源在充油钢管中激发和接收横波信号的初步实验结果,表明有可能抑制钢管的纵波信号,使横波信号成为首液信号,可直接测定横波在钢管中的传播速度,为设计横波声速测井仪提供了基础资料。     

地应力各向异性致密砂岩地层声反射测井正演模拟

为研究地应力各向异性对偶极子声反射测井中井外地质构造处形成的反射波的影响,以致密砂岩为例,采用时域有限差分方法,结合混合完全匹配层(Hybrid-PML)吸收边界,利用地应力各向异性模型建立不同方位角反射界面的声反射测井模型,正演模拟研究各向同性和地应力各向异性致密砂岩地层中的正交偶极子声反射测井,通过对比反射波分析地应力各向异性对偶极子声反射测井的影响。结果表明:对于偶极反射波,地应力各向异性导致横波速度增大以及界面处反射系数减小,因此SV-SV反射波到时和幅度减小;在中短源距范围内,地应力各向异性也会导致SH-SH反射波到时和幅度的减小,但在长源距条件下,地应力各向异性地层存在的非均质性使得各向异性模型中SH-SH反射波的幅度与各向同性模型基本一致。可见,在地层剖面的偏移成像中,需要考虑地应力各向异性对偶极反射波的影响。     

裸眼井和套管井中偶极声场的辐射和接收

运用弹性波互易原理,指出并验证井中声场辐射和接收存在的互易性,使得井的接收响应可以由井的辐射因子计算得到,并结合辐射声场的远场渐近解,使得远探测声场的计算效率显著提高;模拟结果与三维有限差分数值模拟结果吻合。由于井对声场辐射和接收的调制作用,偶极横波远探测测井数据SH型横波的贡献远大于SV型横波的贡献,这一结果为数据的处理和解释提供了理论基础;模拟数据及其成像处理结果还证明了横波远探测技术在套管井中的可行性。所提的理论和方法可以快速模拟偶极横波远探测声场。