地應力廣泛存在于地殼巖石之中,了解地應力的狀態(tài)在水利工程、油氣田勘探開發(fā)等方面至關重要。地殼中巖石的應力由最大水平主應力、最小水平主應力、垂直主應力這三者組成,垂直應力通常都能通過上覆巖層巖石密度曲線準確確定,因此,人們重點關注最大最小水平主應力的大小和方位。傳統(tǒng)地應力檢測方法盡管精度高,但測量數(shù)據(jù)點少、測量成本高,無法大量運用。隨著聲波測井儀器性能的提高,利用陣列聲波測井進行異常地應力識別和反演方法正越來越受到重視。本文首先模擬了各向同性地層在應力條件下的井孔波形,利用解析解計算的頻散曲線驗證了井孔應力地層條件下彈性參數(shù)剛度矩陣簡化的可行性,為后文研究各向異性類型判斷打下了基礎。在利用頻率域反演地層各向異性參數(shù)以及采用聲彈性理論反演地層異常水平主應力過程中,需要以頻散曲線作為基礎,本文分析了常用頻散曲線容易出現(xiàn)偽解的原因和規(guī)律,給出了一種可靠的去除偽解方法。本文數(shù)值證明了彎曲波頻散曲線在常規(guī)VTI地層中不存在截止頻率,螺旋波和彎曲波頻散曲線在特殊VTI地層中均不存在截止頻率。由于在利用地層快慢橫波剪切模量徑向剖面反演地應力時需要預先確定遠井眼地層水平剪切模量,本文研究了在沒有應力作用... 

【文章頁數(shù)】：153 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
創(chuàng)新點
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 聲彈性理論研究現(xiàn)狀
        1.2.2 頻散曲線計算和提取研究現(xiàn)狀
        1.2.3 快速VTI地層Thomsen參數(shù)反演研究現(xiàn)狀
        1.2.4 HTI地層各向異性反演及各向異性類型研究現(xiàn)狀
        1.2.5 地應力反演的研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容及方法
第2章 正交各向異性地層中井孔聲場數(shù)值模擬
    2.1 地層各向異性類型
        2.1.1 廣義Hooke定律
        2.1.2 固有各向異性類型
        2.1.3 應力誘導各向異性
    2.2 各向同性地層井孔模式波聲彈性理論
        2.2.1 平面應變雙軸應力條件下井孔附近應力分布和靜位移
        2.2.2 平面應變?nèi)S應力條件下井孔附近應力分布和靜位移
        2.2.3 自然狀態(tài)下井孔模式波頻散曲線
    2.3 基于直角坐標系的三維有限差分方法
        2.3.1 井孔聲場波動方程
        2.3.2 交錯網(wǎng)格離散
        2.3.3 聲源加載
        2.3.4 完全匹配吸收邊界
    2.4 數(shù)值模擬及算法驗證
        2.4.1 各向同性地層井孔波形
        2.4.2 各向同性地層應力條件下井孔波波形
    2.5 本章小結(jié)
第3章 頻散曲線提取及快速VTI地層Thomsen參數(shù)反演
    3.1 波形數(shù)據(jù)頻散曲線提取方法研究
        3.1.1 各向同性地層彎曲波的低頻近似解
        3.1.2 常規(guī)頻散分析方法
        3.1.3 基于Hilbert變換和帶通濾波器的頻散分析方法
        3.1.4 實際數(shù)據(jù)
    3.2 快速VTI地層井孔頻散方程及Thomsen參數(shù)反演
        3.2.1 VTI地層井孔頻散方程及約束條件
        3.2.2 常規(guī)VTI地層Thomsen參數(shù)反演
        3.2.3 特殊VTI地層Thomsen參數(shù)反演
        3.2.4 討論
    3.3 應力條件下井孔彎曲波頻散曲線分析
        3.3.1 平面應變雙軸水平應力條件下井孔彎曲波頻散曲線
        3.3.2 三軸應力(三軸應力相等)條件下井孔彎曲波頻散曲線
        3.3.3 三軸應力(水平主應力相等)條件下井孔彎曲波頻散曲線
        3.3.4 三軸應力(水平主應力不等)條件下井孔模式波頻散曲線
    3.4 本章小結(jié)
第4章 HTI地層各向異性反演及異常水平主應力識別
    4.1 匹配聲源各向異性反演及異常水平主應力地層識別
        4.1.1 HTI地層模型
        4.1.2 基于彎曲波振幅比的新目標函數(shù)
        4.1.3 理論數(shù)據(jù)處理實例
        4.1.4 實際數(shù)據(jù)處理實例
    4.2 非匹配聲源各向異性反演——快慢彎曲波匹配法
        4.2.1 基于不同聲源快慢彎曲波振幅比的目標函數(shù)
        4.2.2 模擬數(shù)據(jù)處理實例
        4.2.3 實際數(shù)據(jù)處理實例
    4.3 非匹配聲源各向異性反演——Hamilton四元數(shù)法
        4.3.1 Hamilton四元數(shù)
        4.3.2 基于Hamilton四元數(shù)的目標函數(shù)
        4.3.3 理論計算實例
    4.4 本章小結(jié)
第5章 異常水平主應力反演
    5.1 基于快慢彎曲波頻散曲線的異常水平主應力反演
        5.1.1 平面應變雙軸應力條件下的異常水平主應力反演
        5.1.2 三軸應力條件下的異常水平主應力反演
        5.1.3 徑向積分范圍對反演結(jié)果的影響
    5.2 基于快慢橫波剪切模量遠近井眼差異的水平主應力反演
        5.2.1 三種橫波剪切模量徑向變化剖面
        5.2.2 水平剪切模量已知時異常水平主應力反演
        5.2.3 水平剪切模量未知時異常水平主應力反演
    5.3 基于快慢橫波剪切模量徑向剖面的水平主應力反演
        5.3.1 三軸應力狀態(tài)下的彈性模量
        5.3.2 水平剪切模量已知時異常水平主應力反演
        5.3.3 水平剪切模量未知時異常水平主應力反演
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與建議
    6.1 結(jié)論
    6.2 建議
參考文獻
附錄A 各向同性介質(zhì)在應力作用下彈性系數(shù)元素表達式
附錄B 雙軸應力條件下I的表達式
附錄C 三軸應力條件下I的表達式
附錄D 各向同性地層井孔彎曲波的低頻近似公式推導
附錄E VTI地層井孔頻散方程中矩陣M表達式
致謝
個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文及研究成果
學位論文數(shù)據(jù)集


【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3723000