【摘要】：石油天然氣是通過(guò)油氣井來(lái)實(shí)現(xiàn)開采的。為了使井具有足夠的強(qiáng)度,防止地下儲(chǔ)層流體之間相互竄通,需在井內(nèi)放置鋼質(zhì)套管,并在套管與地層之間澆注水泥,通過(guò)這一固井作業(yè)就形成了套管井。套管井中的套管-水泥界面和水泥-地層界面的膠結(jié)情況直接影響后續(xù)的工程作業(yè)和油氣井的生產(chǎn)壽命。因此,固井質(zhì)量的檢測(cè)在油氣開采中具有重要意義。超聲彎曲波檢測(cè)技術(shù)是利用斜入射的有限聲束在套管中激發(fā)彎曲波,通過(guò)井內(nèi)接收的反射信號(hào)來(lái)檢測(cè)固井水泥膠結(jié)質(zhì)量的一種新方法。但反射信號(hào)中各波群的傳播機(jī)制還未完全明確,有待更細(xì)致深入的研究。為此,本文用平面分層模型和柱面分層模型理論研究了超聲聲束斜入射至套管井的反射波。主要內(nèi)容如下:1.建立聲束斜入射至平面分層介質(zhì)時(shí)的波傳播模型,并基于該模型計(jì)算分析不同水泥膠結(jié)情況下套管井的反射波特性。當(dāng)聲束的頻率足夠高時(shí),聲波波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于井徑,可以將柱面分層模型近似成平面分層模型。然后推導(dǎo)反射波的解析表達(dá)式,計(jì)算不同水泥類型、不同水泥膠結(jié)情況的套管井的反射波。反射波中有三個(gè)明顯的波群,分別是套管波、滯后套管波和斯通利波。在水泥膠結(jié)良好時(shí),套管波與滯后套管波的波群幅度較低,而衰減率較高;當(dāng)?shù)谝唤缑婺z結(jié)不好時(shí),套管波的幅度明顯增加,衰減率減小;當(dāng)?shù)诙缑婺z結(jié)不好時(shí),滯后套管波的幅度明顯增加。2.提出利用反射波中波群走時(shí)差反演套管后水泥橫波速度的方法。為研究反射波中各波群的激發(fā)條件和傳播規(guī)律,首先計(jì)算平面分層模型中彎曲波的頻散曲線,給出超聲聲束斜入射角的設(shè)定依據(jù);然后提出利用波群走時(shí)反演套管后水泥橫波速度的公式,反演公式中包含五個(gè)變量,分別是彎曲波的相速度、彎曲波的群速度、套管波與滯后套管波的走時(shí)差、環(huán)空厚度和未知的套管后介質(zhì)傳播速度。本文將反演公式應(yīng)用到多個(gè)不同的套管井算例,計(jì)算結(jié)果表明水泥橫波速度的反演精度高,最大誤差約3%。3.建立超聲聲束斜入射至套管井時(shí)的柱面分層模型,并基于該模型計(jì)算分析套管井不同接收方位上的反射波特性。平面分層模型盡管可以模擬研究超聲聲束在套管井中的傳播特性,但其忽略了環(huán)向上的反射波變化。為此,本章進(jìn)一步計(jì)算不同源距、不同方位角接收的反射波。0°方位角上的反射波與平面分層模型的反射波各波群的到時(shí)一致,且兩個(gè)模型的波群幅度隨第一界面、第二界面膠結(jié)質(zhì)量的變化規(guī)律相同,柱面分層模型的反射波幅度小于平面分層模型的反射波幅度。這工作驗(yàn)證了在超聲頻率條件下,將柱面分層模型近似為平面分層模型以定性研究超聲聲束的反射波與固井水泥膠結(jié)質(zhì)量之間關(guān)系的可行性。計(jì)算結(jié)果還顯示,在聲束中心的方位角上,反射波幅度最大、衰減率最大;隨著方位角的增加,反射波幅度和衰減率都逐漸減小。不同接收方位角上接收的反射波變化是平面分層模型不能模擬的,建立柱面分層模型更深入地研究超聲彎曲波檢測(cè)技術(shù)很有必要。4.針對(duì)套管井中聲源偏心的情況,提出偏心源入射條件下反射波的計(jì)算方法。它通過(guò)偏心柱源的心軸所在坐標(biāo)系與井孔坐標(biāo)系之間的變換,用第二類Hankel函數(shù)近似計(jì)算反射波。計(jì)算結(jié)果表明點(diǎn)源偏心、井軸上接收的反射波(通過(guò)本文提出的方法獲得)與點(diǎn)源在井軸上、偏心接收的反射波(通過(guò)軸對(duì)稱井孔聲場(chǎng)計(jì)算方法獲得)很好地滿足了互易定理。偏心距離越小,反射波計(jì)算誤差越小;而軸向源距對(duì)反射波計(jì)算的影響較小。用這個(gè)方法,本文還計(jì)算了偏心聲束在井軸上接收的反射波,當(dāng)偏心聲束從0°向180°環(huán)向掃描時(shí),反射波幅度在前90°逐漸減小,超過(guò)90°后又逐漸增大,且由于柱面波與套管內(nèi)壁的曲率差異,指向角180°時(shí)的反射波幅度略大于0°時(shí)的反射波幅度。這個(gè)偏心源反射波計(jì)算方法本質(zhì)上是計(jì)算偏心柱源反射波的方法,只要偏心源能展開成柱面波的描述形式,其在井軸上接收到的反射波就可以通過(guò)這個(gè)方法計(jì)算得到。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE256
【圖文】：

第1章 緒論題研究背景天然氣的開采要通過(guò)油氣井來(lái)進(jìn)行。為了使井具有足夠的強(qiáng)，防止地下儲(chǔ)層流體之間相互竄通，需在井內(nèi)放置鋼質(zhì)套管之間澆注水泥，通過(guò)這一固井作業(yè)就形成了套管井。套管井和水泥-地層界面的膠結(jié)情況直接影響后續(xù)的工程作業(yè)和油氣此，固井質(zhì)量的檢測(cè)在油氣開采中具有重要意義。圖 1-1 是套管井是典型的柱面分層結(jié)構(gòu)，由井內(nèi)流體、套管、水泥和完成鉆井后，在井內(nèi)下套管，并向套管與井眼之間的環(huán)形空作業(yè)稱為固井。固井主要起到三個(gè)方面的作用：撐套管，避免井孔塌陷。隔油、氣、水層，防止層間流體竄通，起到保護(hù)生產(chǎn)層的作隔嚴(yán)重漏失或者易塌陷的復(fù)雜地層，保證后續(xù)鉆井的順利進(jìn)

聲波換能器裝在各個(gè)滑板上，進(jìn)行聲波補(bǔ)償衰減測(cè)量（圖1-3a）。(a) (b)圖 1-3 扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井系統(tǒng)及其原理圖：(a) SBT 換能器布置圖; (b) SBT 收發(fā)示意圖.Fig. 1-3 The schematic diagrams of the sector bond tool:(a) arrangement of transducers; (b) dispatching and receiving system.當(dāng)發(fā)射器發(fā)射信號(hào)時(shí)，兩個(gè)相鄰接收器測(cè)量聲波幅度（圖 1-3b），發(fā)射器1T發(fā)射信號(hào)，近接收器2R 和遠(yuǎn)接收器3R 接收的信號(hào)分別是12A 和13A ，發(fā)射器4T 發(fā)射信號(hào)，在2R 和3R 接收的信號(hào)分別是42A 和43A 。從這兩組收發(fā)數(shù)據(jù)，分別求得衰減率1211320lgAl A , (1-3)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2721489