【摘要】：Biot建立了流體飽和孔隙介質(zhì)聲學理論,該理論得到了廣泛的應用。而實際孔隙地層中不僅僅含有巖石顆粒的單相介質(zhì),而是含有氣、液雙相或多相介質(zhì)。本文針對流體飽和孔隙介質(zhì)中,孔隙液體含有少量氣的情況,建立聲學模型研究了其中聲傳播的基本特性,并應用于平面界面折反射研究及聲波測井響應模擬。首先,考慮孔隙流體中含有少量氣泡,且氣泡在聲波作用下線性振動,研究聲波在這種孔隙介質(zhì)中的傳播特性。本文先由流體質(zhì)量守恒方程和孔隙度微分與流體壓力微分的關(guān)系推導出了含有氣泡形式的滲流連續(xù)性方程;在處理滲流連續(xù)性方程中的氣體體積分數(shù)時間導數(shù)時,應用Commander氣泡線性振動理論導出氣體體積分數(shù)時間導數(shù)與流體壓強時間導數(shù)的關(guān)系,進而得到了修正的Biot形式的滲流連續(xù)性方程;最后結(jié)合Biot動力學方程求得了含氣泡形式的位移場方程,便可得到兩類縱波及一類橫波的聲學特性。通過對超軟、軟、硬地層中快、慢縱波和橫波的頻散、衰減及縱橫波引起的流體位移與固體位移關(guān)系的考查,發(fā)現(xiàn)少量氣泡的存在對快縱波和慢縱波的傳播特性影響較大,且對超軟地層的影響比對軟、硬地層的影響更明顯;而少量氣泡的存在對橫波的影響較小。其次,在采用含少氣流體飽和孔隙介質(zhì)聲學理論模型基礎(chǔ)上,研究了平面波在流體—含少氣流體飽和孔隙介質(zhì)界面上的折反射,及Scholte波的頻散與衰減特性。采用亥姆霍茲分解,引入位移勢函數(shù),得到了用位移勢函數(shù)表示的上層流體與下層孔隙中的基本聲場物理量的表達式,再結(jié)合邊界條件求出了反射系數(shù)、透射系數(shù)、表面波的特征方程。計算考查了不同氣體體積分數(shù)下,反射、透射系數(shù)隨入射角和頻率的變化關(guān)系,Scholte波相速度、群速度、衰減與頻率和氣體體積分數(shù)的關(guān)系。最后,采用本文建立的聲學模型計算模擬了含少氣流體飽和孔隙介質(zhì)井內(nèi)點聲源激發(fā)的聲波場。采取柱坐標系,采用亥姆霍茲分解,引入位移勢函數(shù)求得井內(nèi)外介質(zhì)中的基本聲場表達式,再結(jié)合邊界條件,求得了井內(nèi)流體中聲壓的表達式。分別對軟硬地層中,同一源距,不同氣體體積分數(shù)下的聲勢和同一氣體體積分數(shù),不同源距的聲勢全波進行考查,發(fā)現(xiàn)隨著氣體體積分數(shù)的增加,縱波的到時有延遲,說明氣泡的存在對縱波的速度有影響。由陣列波形到時算得的縱波的速度與求得的氣體體積分數(shù)對縱波體波速度影響的大小一致。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O422

【參考文獻】

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10 何濤,史

本文編號：2749348