隨著石油等能源需求的增長,需要對地層構(gòu)造及地質(zhì)體進(jìn)行探測。但傳統(tǒng)聲波測井和地震勘探無法兼顧探測分辨率和探測深度,本文提出了一種基于等離子體沖激聲源的聲波深探測技術(shù),可以發(fā)射高功率、高能量的沖激波,探測較遠(yuǎn)處的地質(zhì)構(gòu)造體。本文首先介紹了聲波深探測技術(shù)的基本理論,推導(dǎo)出沖激波的波動方程以及裸眼井等離子體沖激聲源的聲場積分表達(dá)式。然后數(shù)值模擬井下聲波深探測的模型,與實(shí)軸積分法計算的解比較,驗證使用數(shù)值模擬法的可行性。接下來利用數(shù)值模擬方法,探究聲源發(fā)射頻率、地質(zhì)界面傾角、地質(zhì)界面水平間距、井孔直徑對反射聲場的影響,得到:各個井徑下的優(yōu)選發(fā)射頻率;井徑與優(yōu)選頻率的關(guān)系;常規(guī)源距可滿足探測要求;改變隨鉆工具角度可實(shí)現(xiàn)全方位探測。最后研究了有無裂縫、與井軸垂直裂縫以及不同傾角交錯裂縫的聲場,得到:裂縫對波幅波形的影響和不同厚度裂縫下各種波的變化規(guī)律。為后續(xù)井下聲波深探測的實(shí)際應(yīng)用和設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)。 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：57 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

聲波深探測技術(shù)基本原理圖

7往常的聲波測井中，大量的應(yīng)用了滑行縱波、滑行橫波、斯通利波、偽瑞利波對井外地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行評價�？墒�，當(dāng)?shù)入x子體沖激聲源發(fā)射的沖激聲波向井外無限大地層擴(kuò)散時，還會有縱波和橫波進(jìn)入地層界面。在界面處發(fā)生反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象后，會形成反射波以及模式轉(zhuǎn)換波，反射波包括反射縱波和反射橫波，模式轉(zhuǎn)換波包括縱波-橫波轉(zhuǎn)換和橫波-縱波轉(zhuǎn)換。這些波信號經(jīng)過在地層中的傳導(dǎo)，有一部分會被井內(nèi)的接收器陣列所接收。通過對接收到的波信號數(shù)據(jù)處理分析，即可進(jìn)行地質(zhì)評價得到地層界面的方位角度等信息，還可以對井下地質(zhì)成像。接收器接收到的信號實(shí)際上不僅包含了反射波信號，還包含了直達(dá)波信號，它是一個全波列信號。反射波經(jīng)過地層傳播擴(kuò)散發(fā)生衰減較大，所以對于直達(dá)波而言，它十分的衰弱。所以，后續(xù)往往需要對全波列做大量的處理工作，例如F-K濾波、中值濾波等波場分離處理、以及Radon變換、Kirchhoff偏移等偏移疊加處理，從而提取出反射波進(jìn)行更深入的研究。2.2聲波深探測實(shí)軸積分法理論圖2-2井孔柱坐標(biāo)圖2-2為裸眼井聲波深探測的一個理想的柱坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型圖，主要包括了充液裸眼井、井外無限大均勻地層、等離子體沖激聲源和接收器陣列。以便于模型更容易討論研究，在這個數(shù)學(xué)模型中建立了柱坐標(biāo)系（r，，z）。聲波探測需要用到的聲波測量儀器包括等離子體沖激聲源和接收陣列，等離子體聲源位于坐標(biāo)原點(diǎn)處。該套聲波測量儀器總是處于充滿泥漿的井中，所以在數(shù)學(xué)模型中有一個充滿液體的裸眼井，裸眼井半徑為a，并且向著z軸方向無限延伸，z軸與

13到的其產(chǎn)生的基本原理就是使用大功率的高壓脈沖放電。該平臺發(fā)生裝置主要包括四個系統(tǒng)：充電系統(tǒng)、放電系統(tǒng)、觸發(fā)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。充電系統(tǒng)連接交流電源經(jīng)過調(diào)壓、升壓給電容器儲能充電。當(dāng)電容器的電容充到設(shè)定的參數(shù)時，觸發(fā)控制系統(tǒng)運(yùn)行，產(chǎn)生的高電壓脈沖使放電開關(guān)開啟。此時放電系統(tǒng)工作，經(jīng)過放電電極之間的間隙在水介質(zhì)中高壓放電。使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，全程對等離子體聲源產(chǎn)生的信號實(shí)時記錄采集。2.4.2聲源函數(shù)如圖2-3是等離子體沖激聲源在發(fā)射頻率為1kHz時的波形圖。圖2-3等離子體沖激聲源1kHz時的波形圖對實(shí)驗采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得到等離子體沖激聲源函數(shù)的表達(dá)式如下：s=0，1.3×102()，<+1/9.9×102()，+1/<+2/6×102()，+2/<+3/3.5×102()，+3/<+4/0，≥+4/（2-25）式中，的值為1.8×10，是聲源的發(fā)射主頻率。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[7]XMAC接收板的常見故障與排除[J]. 楊懷韜.  石油管材與儀器. 2016(06)
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博士論文
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碩士論文
[1]基于有限元方法的海洋聲傳播特性研究[D]. 朱軍.浙江海洋大學(xué) 2019
[2]U型連通井中目標(biāo)套管的探測方法研究[D]. 王麗娟.西安石油大學(xué) 2019
[3]三維地震波模擬中有限差分法與偽譜法的對比研究[D]. 孫獻(xiàn)果.武漢大學(xué) 2018
[4]基于聲波有限元的頁巖氣儲層微裂縫分布規(guī)律研究[D]. 趙云.中國石油大學(xué)(華東) 2017
[5]套管井外遠(yuǎn)探測聲場的輻射特性研究[D]. 曹景記.中國石油大學(xué)(華東) 2014
[6]偶極橫波遠(yuǎn)探測聲波測井資料處理方法的應(yīng)用研究[D]. 燕菲.中國石油大學(xué)(華東) 2014
[7]反射聲波測井資料處理方法研究[D]. 孫鋒.中國石油大學(xué) 2011
[8]聲波測井徑向探測深度及影響因素研究[D]. 張廷全.天津大學(xué) 2009
[9]川中公山廟構(gòu)造沙一段儲層裂縫預(yù)測及裂縫孔隙度數(shù)值評價[D]. 劉莉萍.西南石油學(xué)院 2004



本文編號：3143529