發(fā)布時間：2018-02-11 04:29

  本文關(guān)鍵詞： 聲波測井 各向異性 剪切模量 有限元　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：聲波測井是一種重要的油氣資源勘探手段,隨著聲波測井技術(shù)的不斷革新,也促進了人們對井孔聲學(xué)的理論研究。由于地層表現(xiàn)出的各向異性特征,使得各向異性地層中的井孔聲場得到越來越多的關(guān)注。本文首先從彈性動力學(xué)基本方程組出發(fā),推導(dǎo)了各向同性地層中多極源聲場的位移勢函數(shù)表達式,并說明了柱坐標系下SH波、SV波的定義。利用實軸積分法(RAI)編程計算得到了兩種典型地層(硬地層和軟地層)中單極源、偶極源和四極源激發(fā)的聲場。通過STC方法提取了多極源聲場中各個波群的信息,發(fā)現(xiàn)聲源中心頻率為4kHz時偶極源激發(fā)的彎曲波和四極源激發(fā)的螺旋波的速度接近地層的橫波速度。之后對橫觀各向同性(transverse isotropy,TI)地層中的多極源聲場進行了研究。首先說明了TI介質(zhì)的本構(gòu)方程中各個彈性系數(shù)的物理意義,之后對TI介質(zhì)地層井孔中的多極源聲場進行了理論推導(dǎo),并通過編程計算得到了TI介質(zhì)地層中井軸上接收到的多極源聲場全波信號。通過計算發(fā)現(xiàn),TI介質(zhì)地層中單極源激發(fā)的斯通利波波速對介質(zhì)水平剪切模量的變化最敏感,偶極源激發(fā)的彎曲波波速對豎直方向的剪切模量變化最敏感�；诮馕鲇嬎憬Y(jié)果開展了剪切各向異性的反演,對硬地層,利用單極斯通利波反演水平面內(nèi)剪切模量66c,利用橫波首波反演豎直面內(nèi)剪切模量44c,從而獲得硬地層橫波各向異性系數(shù);對軟地層,利用單極斯通利波反演水平面內(nèi)剪切模量66c,利用偶極彎曲波反演豎直面內(nèi)剪切模量44c,從而獲得軟地層的橫波各向異性系數(shù)。在根據(jù)低頻斯通利波的波速和各向同性介質(zhì)中剪切模量之間的關(guān)系反演TI介質(zhì)水平剪切模量66c的過程中,對White提出的低頻斯通利波波速與剪切模量的關(guān)系式做了修正,給出了聲源中心頻率為6kHz時,斯通利波速度與TI介質(zhì)地層水平剪切模量之間的近似關(guān)系式。最后通過有限元軟件COMSOL Multiphysics對各向同性介質(zhì)地層和TI介質(zhì)地層中的單極源聲場進行模擬,并將有限元的模擬結(jié)果與根據(jù)井孔聲場解析解編程計算得到的結(jié)果進行了對比分析,發(fā)現(xiàn)波形基本吻合,驗證了編程計算結(jié)果的正確性,也證明了使用有限元軟件模擬聲波測井信號的可行性。
[Abstract]:Acoustic logging is an important exploration method for oil and gas resources. With the continuous innovation of acoustic logging technology, it also promotes the theoretical study of borehole acoustics. More and more attention has been paid to the sound field of borehole in anisotropic formation. In this paper, the displacement potential function of multipole acoustic field in isotropic formation is derived from the basic equations of elastic dynamics. The definition of SH-wave SV wave in cylindrical coordinate system is explained. The unipolar sources in two typical strata (hard and soft) are obtained by using the solid axis integration method (RAI). The acoustic field excited by dipole source and quadrupole source is extracted by STC method. It is found that the velocity of the curved wave excited by the dipole source and the spiral wave excited by the quadrupole source is close to the velocity of the shear wave of the formation when the center frequency of the sound source is 4 kHz. The multipole source sound field in the transversely isotropic layer is studied. The physical meaning of each elastic coefficient in the constitutive equation of TI medium is explained. Then the sound field of multipole source in the well hole of TI medium formation is deduced theoretically. The full wave signals of multipole acoustic field are obtained by programming. It is found that the velocity of Stonley wave excited by unipolar sources in TI media is the most sensitive to the variation of horizontal shear modulus. The velocity of bending wave excited by dipole source is most sensitive to the variation of shear modulus in vertical direction. The inversion of shear anisotropy is carried out based on the analytical results. The unipolar Stonley wave is used to invert the shear modulus in the horizontal plane 66c, and the shear modulus in the vertical plane is retrieved by the first wave of the shear wave 44c. thus, the anisotropy coefficient of the shear wave in the hard stratum is obtained. The shear modulus in horizontal plane is retrieved by the unipolar Stonley wave and the shear modulus in the vertical plane by the dipole bending wave. The anisotropy coefficient of the shear wave in the soft ground is obtained. According to the wave velocity of the low frequency Stonley wave and the same direction in each direction, the anisotropy coefficient of the shear wave in the soft ground is obtained. In the process of inversion of horizontal shear modulus 66c of TI medium, The relation between the shear modulus and the velocity of the low frequency Stonley wave is modified by White, and the central frequency of the sound source is 6 kHz. The approximate relation between Stonleigh wave velocity and horizontal shear modulus of TI medium is obtained. Finally, the sound field of unipolar source in isotropic and TI media is simulated by finite element software COMSOL Multiphysics. The simulation results of finite element method are compared with the results obtained by programming according to the analytical solution of acoustic field of borehole. It is found that the waveform is basically consistent, which verifies the correctness of the result of programming calculation. The feasibility of using finite element software to simulate acoustic logging signal is also proved.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P631.81

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本文編號：1502206