各向异性渗流条件下弹性波的传播特征

研究了弹性波在非均匀裂纹孔隙介质中的传播特性,建立了各向异性喷射流模型.当弹性波通过裂纹孔隙介质时,由于波的扰动及裂纹和孔隙几何结构的不一致,导致在裂纹内部及裂纹与周边孔隙之间同时存在着流体压力梯度.此时的弹性波波动响应中包含着裂纹内连通性特征和背景孔隙渗透率信息.流体的动态流动过程使得介质的等效弹性参数为复数(非完全弹性),并且具有频率依赖性.当弹性波为低频和高频极限时,介质为完全弹性;当处于中间频段时,波有衰减和频率依赖.裂纹孔隙介质的各向异性连通性(渗透率)对应着各向异性特征频率(当渗流长度等于非均匀尺度时的弹性波频率),波的传播受到裂纹内连通性的影响.在一定频段内,随着裂纹厚度的增加,将出现第二峰值,峰值大小同时受到裂纹厚度和半径的影响.     

基于Biot-喷射流统一模型Maxwell流体饱和孔隙介质中的弹性波

推广Biot-Tsiklauri声学模型的同时借鉴Dvorkin和Nur的工作,建立了具有任意孔径分布并顾及喷射流动机制的非牛顿流体饱和孔隙介质声学模型,研究了非牛顿流体(Maxwell流体)饱和孔隙介质中的弹性波的衰减和频散特性.着重讨论充孔隙Maxwell流体的非牛顿流效应对弹性波的频散和衰减的影响.研究表明,饱和流体的非牛顿流效应和喷射流动机制均是引起弹性波波频散和衰减的重要因素.依据非牛顿流体(Maxwell流体)饱和各向同性孔隙介质的Biot-喷射流声学模型,喷射流动只影响纵波的频散和衰减,而饱和流体的非牛顿流效应不仅影响纵波,而且还影响横波的频散和衰减.     

介观非均匀双相介质中局域流对弹性波传播的影响

针对弹性波衰减与速度频散问题，基于Pride和Berryman的介观非均匀双重孔隙介质理论模型，推导一组用位移表示，另一组用位移及孔压表示的全新形式的耦合动力学方程组，并基于双孔介质模型，推导出弹性波的相速度与逆品质因子的解析式，重点讨论介观尺度下的局域流动对弹性波传播特性的影响.数值算例表明：快波的速度随着频率的增加而迅速增加，且介观流动损失比Biot损失至少高一个数量级；同时局域流对慢波也有着不同程度的影响.证实了局域流是波能损失和相速度频散的主要因素.     

无限流体中孔隙介质圆柱周向导波的传播特性

为研究无限大流体约束的孔隙圆柱中周向导波的传播规律,分析孔隙参数对导波传播特性的影响,建立了无限流体中孔隙介质圆柱的理论模型,利用孔隙介质弹性波动理论,建立了周向导波频散方程,通过数值模拟计算得到无限流体中孔隙介质圆柱的频散曲线,探讨了圆柱半径和孔隙参数对导波传播特性的影响,并对导波的衰减特性进行了分析;通过数值计算,得到了周向导波的时域波形,讨论了孔隙参数对波形的影响.结果表明,孔隙介质圆柱半径的改变影响圆柱尺度,孔隙度的改变影响孔隙介质中体声波的波速,都对周向导波频散曲线产生一定的影响,所得到的频散曲线特征及衰减曲线与时域波形吻合.研究结果对开展无限流体中孔隙介质圆柱的超声无损评价提供了一定的理论参考.     

流体/准饱和多孔介质中伪Scholte波的传播特性

研究流体/多孔介质界面Scholte波的传播特性对于水下勘探、地震工程等领域具有重要意义.本文基于Biot理论和等效流体模型,采用势函数方法,推导了描述有限厚度流体/准饱和多孔半空间远场界面波的特征方程和位移、孔压计算公式.在此基础上,分别以砂岩和松散沉积土为例,研究了流体/硬多孔介质和流体/软多孔介质两种情况下,可压缩流体层厚度和多孔介质饱和度对伪Scholte波传播特性的影响.结果表明：多孔介质软硬程度显著影响界面波的种类、相速度、位移和水压力分布;有限厚度流体/饱和多孔半空间界面处伪Scholte波相速度与界面波波长和流体厚度的比值有关;孔隙水中溶解的少量气体对剪切波的相速度的影响不大,对压缩波相速度、伪Scholte波相速度和孔隙水压力分布影响显著.     

Scholte波与含泥沙两相流介质属性关系的分析及仿真验证

基于四种超声悬浮液模型Urick, Urick-Ament, HT, Mcclements分析了Scholte波在两相流体与多孔介质固体界面处的传播特性. 结合各模型的复波数表达式建立含泥沙流体-多孔介质固体界面波特征方程, 分析了Scholte波速与两相流体积含量、粒径等介质属性的关系. 通过仿真实验获得界面波信号, 运用时延估计获得Scholte波速与泥沙含量、粒径的关系, 发现所得的波速与Urick-Ament和HT理论有相对好的一致性. 关键词： Scholte波 两相流体 多孔介质 泥沙含量     

流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性

研究流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性,分析孔隙介质孔隙率等参数对频散曲线的影响。理论上建立了无限大流体包裹孔隙介质圆柱界面波的模型,利用孔隙介质弹性波动理论,通过数值模拟计算得到流体-孔隙介质圆柱的频散曲线及时域波形,并分析了孔隙介质为开孔和闭孔状态下孔隙介质圆柱半径、孔隙率及渗透率对频散曲线的影响。结果表明,时域上斯通利波可以被明显区分开,孔隙介质圆柱半径的变化改变了圆柱尺度,孔隙率的变化改变了孔隙介质的纵、横波波速,因此对于斯通利波频散曲线的影响较大。而渗透率的变化既不改变圆柱的尺度也不改变孔隙层的纵、横波速度,因此对斯通利波频散曲线影响较小。      

非均匀饱含黏性流体孔隙介质中声波传播及井孔声场分析

声波在饱含流体孔隙介质中的传播特性与流体的黏滞性及孔隙介质的非均匀性密切相关.本文在Biot理论基础上,考虑了孔隙流体的剪切应力及孔隙结构的非均匀性,采用含黏性流体孔隙介质中的波动理论,研究了孔隙介质中四种体波的频散和衰减特性,分析了慢横波对快纵波转换散射的影响,进一步推导了孔隙地层井孔中的模式波及其声场的解析解,研究了非均匀孔隙介质中井孔模式波和波列的特征.研究结果表明,含黏性流体孔隙介质中存在慢横波,慢横波的频散很强,其传播特征受到介质孔隙度、渗透率及孔隙流体黏度的影响.在非均匀孔隙介质中,与慢横波相关的剪切应力平衡过程不仅导致快纵波的频散和衰减,还会影响井孔伪瑞利波及斯通利波的传播特征.本文的工作完善了孔隙介质中声波传播的物理机制,为孔隙地层井孔声波的解释与应用提供了理论指导.     

含少量气泡流体饱和孔隙介质中的弹性波

考虑孔隙流体中含有少量气泡,且气泡在声波作用下线性振动,研究声波在这种孔隙介质中的传播特性.本文先由流体质量守恒方程和孔隙度微分与流体压力微分的关系推导出了含有气泡形式的渗流连续性方程;在处理渗流连续性方程中的气体体积分数时间导数时,应用Commander气泡线性振动理论导出气体体积分数时间导数与流体压强时间导数的关系,进而得到了修正的Biot形式的渗流连续性方程;最后结合Biot动力学方程求得了含气泡形式的位移场方程,便可得到两类纵波及一类横波的声学特性.通过对快、慢纵波的频散、衰减及两类波引起的流体位移与固体位移关系的考察,发现少量气泡的存在对快纵波和慢纵波的传播特性影响较大.     

孔隙地层震电测井波场分波分析

由于孔道的双电层结构和流体-固体耦合运动, 弹性波在孔隙地层中传播时会引起电磁场. 前人提出了基于这种耦合效应的震电测井方法, 但对井中震电波的特性缺少细致的分析. 本文对孔隙地层充流体井孔中点声源激发的震电耦合波的分波进行分析, 证明了井孔流体电磁波波数不是井内震电波场支点, 计算了地层电磁波支点、横波支点和快纵波支点对应的侧面波. 在利用辐角原理求出震电波场函数的复极点之后, 针对典型砂岩地层计算了震电波场模式波(包括泄漏模式)的频散曲线和声压、电场激发曲线. 计算了各个侧面波和模式波的电场激发强度与声压激发强度的比值(电声激发比), 发现纵波的电声激发比相对于横波和模式波更高, 而Stoneley波电声激发比的辐角对渗透率敏感, 其敏感性会随频率增大而增加, 随孔隙度增大而降低.     

裂缝诱导TTI双孔隙介质波场传播特征

本文在考虑油藏内流体影响的基础上, 进一步讨论了裂缝诱导各向异性的极化角和方位角的影响, 对裂缝诱导TTI (tilted transverse isotropy)双孔隙介质模型进行了研究. 在裂缝诱导HTI (horizontal transverse isotropy)双孔隙介质理论的基础上, 用Bond变换推导了裂缝诱导TTI双孔隙介质的柔度系数矩阵和耗散系数矩阵, 从而建立了介质的一阶速度应力方程. 采用交错网格高阶有限差分法及PML边界条件, 对xoz平面内的2.5维矢量波动方程进行了数值模拟. 结果表明,裂缝的极化角和方位角的存在都会导致横波分裂, 而在双层裂缝诱导TTI双孔隙介质模型的分界面上,又会产生转换波的分裂和横波的再分裂现象, 这就增加了波场的复杂性, 从而为进一步研究实际地球介质的地震波场传播特征奠定了基础. 关键词： 裂缝诱导TTI 双孔隙 裂缝极化角 裂缝方位角     

孔隙介质中快纵波的衰减特性和动力协调现象

依据Biot理论并采用前人的骨架模量孔隙度关系,计算了弹性波在孔隙介质中的衰减曲线,发现快纵波存在零衰减点.为解释这种现象,分析了孔隙流体相对于骨架运动的特点.结果表明,存在快纵波动力协调介质,快纵波在这种介质中传播时,流体和骨架之间无宏观相对位移,因此无论频率多高,流体粘滞系数多大,快纵波都不衰减.一个引申的结论是,在动力协调的渗透性孔隙介质中,即使存在双电层,快纵波也不产生流动电势.     

有流存在时三层流体界面波的二阶Stokes波解

以小振幅波理论为基础，利用摄动方法研究了有背景流场存在时密度三层成层状态下的界面内波，得到了各层流体速度势的二阶渐近解及界面内波波面位移的二阶Stokes波解，并讨论了界面波的Kelvin-Helmholtz不稳定性.结果表明：有流存在的情况下三层密度成层流体界面内波的一阶渐近解(线性波解)、频散关系及二阶渐近解不仅依赖于各层流体的厚度和密度，也依赖于各层流体的背景流场；界面内波波面位移的二阶Stokes波解不仅描述了界面波之间的二阶非线性相互作用，也描述了背景流与界面波之间的二阶非线性相互作用；当每层流 关键词： 界面波 均匀流 二阶Stokes波解 Kelvin-Helmholtz不稳定性     

气泡线性振动对含气泡水饱和多孔介质声传播的影响

为了研究孔隙水含少量气泡时多孔介质中波的传播,本文在Biot模型的基础上,将孔隙水中气泡的体积振动融合到多孔介质的孔隙流体渗流连续性方程中,从而得到了考虑气泡体积振动的孔隙流体渗流连续性方程.在此基础上,根据气泡线性振动下气泡瞬时半径和介质背景压力的关系,以及多孔介质运动方程和流体介质运动方程,导出了受气泡影响下多孔介质位移矢量波动方程,建立了非水饱和多孔介质声速频散和衰减预报模型.气泡的存在增大了孔隙水的压缩率,导致含气泡水饱和多孔介质声速的降低.当声波频率等于气泡的共振频率时,在声波激励下,介质呈现高频散,且孔隙水中的气泡产生共振,吸收截面达到最大,使得多孔介质的声衰减也达到最大.文中数值分析验证了上述结论,表明了气泡含量、大小和驱动声场频率是影响声波在含少量气泡的水饱和多孔介质中传播的主要因素.     

慢波介质自由电子激光器

本文采用一维流体模型导出了慢波介质自由电子激光器的线性色散方程,建立了电子和波相互作用的同向回旋同步机理和反向回旋同步机理.     

黏弹介质包裹的充液管道中低频轴对称波传播特性

研究埋地充液管道中低频轴对称波传播特性。将土壤考虑为黏弹介质,结合Kennard薄壳方程和Kelvin-Voigt线性黏弹性模型,引入土壤载荷矩阵,推导出土-管滑移情形下流体主导波和管壁压缩波的相速度表达式。通过数值模拟计算得到流体主导波和管壁压缩波的频散和衰减曲线并进行可靠性验证,分析两种波引起的管壁径向位移之比,讨论厚径比和品质因子对流体主导波传播的影响。结果表明,黏弹介质对流体主导波和管壁压缩波的相速度影响较小,但对衰减影响较大;流体主导波对管壁径向位移有较大的影响,是泄露噪声传播的主要载体;厚径比越大,流体主导波的相速度越大,衰减越小;而品质因子越大,流体主导波的频散和衰减都越小。研究结果可为埋地充液管道的泄漏检测提供一定的理论参考。      

用元胞自动机模型研究二维激发介质中的非线性波

采用Greenberg-Hasting元胞自动机模型研究了激发介质中非线性波的有关性质：在零流边界条件下根据计算机数值模拟研究了行波波速随邻域半径、激发阈值的变化关系,分析得到激发介质的激发条件;同时模拟研究了螺旋波波头轨迹受不应态数和激发阈值的影响并分析产生这些影响的内在微观机理. 关键词： 元胞自动机 激发介质 非线性波     

含孔隙分层半空间中瑞利波的传播特性研究

为了研究含孔隙介质分层半空间中瑞利波的传播规律,分析孔隙介质参数对瑞利波频散曲线的影响,本文进行了数值模拟研究。采用传递矩阵算法,计算了含孔隙分层半空间中一定频率范围内瑞利波所有模式的频散及激发强度曲线,并与均匀弹性固体分层半空间情况作了类比分析,在含孔隙覆盖层的两层模型和含低速孔隙夹层的三层模型下,详细研究了孔隙度、渗透率、层厚度等参数对瑞利波各模式的影响,发现孔隙度及层厚度的变化对频散曲线影响较大,而渗透率的变化对频散曲线影响较小。      

脉冲波在强起伏湍流介质中的传播特征分析

提出分析脉冲波在强起伏湍流介质中传播的理论和数值方法,利用不同的波结构函数模型,计算了球面脉冲波在湍流介质中传播的双频互相关函数,给出了广延介质和薄屏结构的脉冲展宽和闪烁系数的数值结果,并与观测结果对比 关键词： 脉冲波 湍流介质 双频相关函数 脉冲展宽 闪烁系数     

低渗透介质启动压力梯度的介观机理研究

对于具有孔隙结构和微尺度效应的低渗透储层,其渗流现象的介观机理逐渐受到人们的重视。本文采用微流控技术在硅片上加工出微通道作为微观模型,模拟岩心内部的孔隙结构,对微通道中单相和油水两相的渗流规律进行了实验研究。研究结果表明,微观模型中带有喉道段的微通道存在启动压力梯度,这揭示了孔隙中的喉道是低渗透储层中产生启动压力梯度的主要介观因素。启动压力与孔隙结构和驱替介质的性质有关,在此基础上建立了适用于单相和油水两相渗流的启动压力预测模型。