【摘要】：本文的研究源于兩個實際工程問題。其一是篩管后成像問題。在疏松砂巖油藏儲層中,經(jīng)常用到篩管完井。篩管的作用是阻擋地層砂進入井筒,防止地層砂損壞抽油設(shè)備。但篩管易被地層砂堵塞。篩管堵塞狀況關(guān)系到下一步生產(chǎn)開發(fā)方案的制定和實施,成為生產(chǎn)單位非常關(guān)心的實際問題。目前國內(nèi)外尚無針對篩管外堆砂狀況的檢測技術(shù)。其二是管道缺陷檢測問題。當(dāng)今,油氣等資源的主要運輸方式為管道運輸。這些運輸管道多數(shù)埋于地下或淺海中,雖然有油漆涂層等保護措施,但由于長期處于惡劣環(huán)境,易使運輸管道產(chǎn)生缺陷。運輸管道中的缺陷的惡化會導(dǎo)致泄漏事故,造成環(huán)境污染、財產(chǎn)損失。對現(xiàn)役管道缺陷進行定期監(jiān)測成為一項迫切需要解決的技術(shù)問題。本文采用有限差分數(shù)值模擬方法研究將超聲漏蘭姆波技術(shù)應(yīng)用于上述兩問題的可行性。將柱狀分層的篩管及管道模型用水平多層結(jié)構(gòu)近似,采用直角坐標(biāo)系下的應(yīng)力速度交錯網(wǎng)格時域有限差分方法(FDTD),并采用基于消息傳遞接口(MPI)的并行算法,自主開發(fā)了用于水平多層結(jié)構(gòu)中漏蘭姆波聲場數(shù)值模擬的三維并行有限差分程序。利用所開發(fā)的并行有限差分程序首先模擬了普通套管井中漏蘭姆波測井情況,通過對波形和快照的定性及定量分析,并與文獻中二維有限差分模型的結(jié)果相對比,驗證了本文所開發(fā)有限差分程序的正確性和精度。第一部分研究內(nèi)容為篩管后成像。漏蘭姆波測井技術(shù)用于套管井的套后成像已是一項相對成熟的技術(shù)。然而,與在套管井中不同,蘭姆波在篩管中傳播時,遇到篩孔會發(fā)生散射及模式轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象,所以要對蘭姆波測井技術(shù)是否能應(yīng)用于篩管進行考察。本文采用一發(fā)兩收的換能器組置于篩管內(nèi)流體中,聲源中心頻率為250 kHz,在12 mm厚的篩管井中激發(fā)漏蘭姆波,考察篩孔的寬度、長度、間隔(同一排中篩孔的間距),以及聲通道的寬窄(兩排篩孔間的距離)對接收到的漏蘭姆波的波包及衰減率的影響。結(jié)果顯示,聲通道的寬窄對接收到的波形影響最大,聲通道越寬越有利于準(zhǔn)確地計算出衰減率,其它各篩孔參數(shù)的影響較小。之后數(shù)值模擬了篩管外介質(zhì)為水和泥砂這兩種情況下,換能器組在篩管中旋轉(zhuǎn)掃描時的聲場。模擬結(jié)果顯示,對規(guī)則排列的10 mm*10 mm的篩孔,當(dāng)換能器組的中心與篩孔中心距離小于5 mm時,所得衰減率無法用來計算篩管外介質(zhì)的聲阻抗;當(dāng)換能器組和篩孔有部分重疊,但距離大于5 mm時,雖然所得衰減率小于無縫鋼管情況,但仍可用來區(qū)分篩管外的水和泥砂;當(dāng)換能器組完全處于聲通道之內(nèi)時,所得衰減率與無縫鋼管情況接近,衰減率能夠較準(zhǔn)確的反映篩管外介質(zhì)的聲阻抗�？煽偨Y(jié)為:超聲漏蘭姆波衰減率可以計算篩管無篩孔區(qū)域外側(cè)介質(zhì)的聲阻抗。以上數(shù)值研究說明利用超聲漏蘭姆波技術(shù)檢測篩管外堵塞狀況的方案是可行的。第二部分內(nèi)容為管道缺陷檢測問題。本文提出用一個聲源、一個透射接收器結(jié)合一個反射接收器的換能器組合放置于管道內(nèi),聲源中心頻率125 kHz,激發(fā)管道中零階反對稱蘭姆波,并利用接收到的漏蘭姆波探測管道缺陷。定義透射系數(shù)和反射系數(shù)分別為,有缺陷時透射和反射接收器接收到的蘭姆波的幅度除以無缺陷時透射接收器接收到的蘭姆波的幅度。首先,數(shù)值考察了12 mm厚管道中不同寬度及深度的內(nèi)、外表面缺陷對透射系數(shù)和反射系數(shù)的影響。結(jié)果顯示,反射系數(shù)對內(nèi)、外表面缺陷的深度不敏感,透射系數(shù)隨內(nèi)、外表面缺陷深度的增大而線性減小,斜率約為-0.08/mm。反射系數(shù)和透射系數(shù)對缺陷寬度都很敏感,隨著內(nèi)、外表面缺陷寬度的增大,反射系數(shù)增強,斜率約為0.08/mm;透射系數(shù)減小,斜率約為-0.09/mm。最后數(shù)值模擬了換能器組對一個長寬深為5 mm*8 mm*12 mm的貫穿缺陷進行C-scan掃描。隨著缺陷與換能器組間距的增大,反射系數(shù)減小非常緩慢。由于散射波和直達蘭姆波的相互干涉,透射系數(shù)隨距離的變化曲線總體呈現(xiàn)’W’趨勢,且隨著距離增大,在’W’兩側(cè)呈周期性波動�！疻’中兩極小值的空間距離,恰好等于聲源寬度的兩倍與缺陷寬度之和。利用透射系數(shù)可以準(zhǔn)確的計算出缺陷寬度。結(jié)合缺陷與換能器組共線時的反射系數(shù)和透射系數(shù),可以進一步估算出缺陷深度。采用反射系數(shù)和透射系數(shù)的比值則可抑制透射系數(shù)曲線’W’形狀之外的波動,有利于多個缺陷存在時的反演。本文的數(shù)值研究,證明了超聲漏蘭姆波技術(shù)應(yīng)用于篩管后成像以及管道缺陷檢測的可行性。其中,利用超聲漏蘭姆波技術(shù)進行篩管后成像為本文首次提出。這些數(shù)值結(jié)果,為以后的儀器設(shè)計、反演成像提供了理論依據(jù)。
【圖文】：

圖 1.1 繞絲篩管實物圖圖 1.2 基管（帶孔中心管）實物圖高的鋼套管上切割出按照一定規(guī)律分布的、具，以低速銑削的方法進行加工，加工過程相對大小的，能被原油攜帶至地面的細小砂粒通過

圖 1.2 基管（帶孔中心管）實物圖度很高的鋼套管上切割出按照一定規(guī)律分布的、具有銑刀，，以低速銑削的方法進行加工，加工過程相對簡一定大小的，能被原油攜帶至地面的細小砂粒通過。大砂粒則會按照一定規(guī)律形成‘砂橋’，將地層砂阻擋砂橋’的形成可以阻擋小于襯管割縫尺寸的地層砂流入及水平井中的應(yīng)用示意圖如圖 1.3[10]。圖 1.4 為割縫襯的常見規(guī)格為：縫長 50 mm~300 mm，縫寬 0.15 m粗砂礫油層。相比于繞絲篩管，割縫襯管加工簡單，防砂作用。因此，割縫襯管在出砂不嚴(yán)重的中、粗砂存在的情況下，割縫襯管的應(yīng)用更加普遍[10][19]。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE319

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本文編號：2681372