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套管井偶极弯曲波频散向高频偏移的特性

地球物理学报 2018年第1期61卷 379-388页

作者：李刚吕伟国崔志文马俊王克协谢荣华刘继生吕秀梅吉林大学物理学院长春130021 大庆油田有限责任公司大庆163453

对套管井偶极弯曲模式波的频散特性进行了系统的数值考察、实例对比和分析.发现套管井弯曲波频散曲线随地层横波速度的降低,特别是地层横波速度小于2000m·s-1以下,会迅速移向高频区,偶极弯曲波基础模式主频散区(或截止频率)可出现在13... 详细信息

对套管井偶极弯曲模式波的频散特性进行了系统的数值考察、实例对比和分析.发现套管井弯曲波频散曲线随地层横波速度的降低,特别是地层横波速度小于2000m·s-1以下,会迅速移向高频区,偶极弯曲波基础模式主频散区(或截止频率)可出现在13kHz以上,以致超出了现行低频偶极子声波测井仪的激发与接收频带,这是一过去没有被研究者注意到的现象,并进一步被现场实例所证实.研究表明控制套管井弯曲波频散曲线主频散区位置的主要是钢套管的厚度和地层横波速度.对地层横波速度大于井孔流体声速的快速地层,在钢套管壁厚一定(8mm)的情况下,频散曲线主频散区可移至11kHz以上,可能出现的最大可能频域位置是同一井孔内径,井外全钢时的频散曲线上等于、小于地层横波速度那一段,这对各种地层和套管参数都是适用的.对地层横波速度小于等于井孔流体声速(1500m·s-1)的慢速地层,弯曲波频散曲线随地层横波速度的降低移向高频区的特点更为明显,可能移至16kHz以上;而套管厚度的影响,也比快速地层大的多,对地层横波速度小于1380m·s-1的慢速地层,无论用多高的频率激发,都不能在现行使用的各类套管井(壁厚6~12mm)中用偶极声波测井仪测到弯曲模式波.

关键词：套管井正交偶极频散曲线主频散区间向高频偏移

套管井贴壁声源激发的非轴对称声场的有限差分模拟及结果分析

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地球物理学报 2015年第1期58卷 318-326页

作者：陈雪莲唐晓明张聪慧魏涛董兴蒙魏周拓中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580 中海油田服务股份有限公司油田技术事业部北京101149

套管井贴壁声波测井仪器在固井质量评价中的应用越来越广泛.本文利用三维交错网格高阶有限差分方法首次研究了贴壁声源在套管井中激发的非轴对称声场特征,给出了测井声源在贴壁固体弹性介质中激发时的数值模拟方法,模拟的全波波形与测... 详细信息

套管井贴壁声波测井仪器在固井质量评价中的应用越来越广泛.本文利用三维交错网格高阶有限差分方法首次研究了贴壁声源在套管井中激发的非轴对称声场特征,给出了测井声源在贴壁固体弹性介质中激发时的数值模拟方法,模拟的全波波形与测井仪器在实际井中记录的波形吻合较好,这为利用数值模拟方式开发贴壁声波仪器的潜在应用奠定了基础.通过对套管井不同胶结状况下的数值模拟,得到了贴壁声源在套管井中激发的声场特征和传播规律,模拟结果显示加载声源的贴壁滑板的存在大大压制了套管中弯曲型Lamb波的幅度;套管中传播的拉伸波的幅度相对较强,其泄漏到水泥中的声波传播到水泥和地层界面时发生反射,反射波的幅度和相位特征携带了水泥环第二界面的胶结信息.数值计算结果为利用贴壁声源激发接收的波形实现水泥环第二界面井周不同角度上的胶结评价奠定了理论基础.

关键词：套管井声波测井三维有限差分贴壁声源非轴对称声场

套管井弯曲型Lamb波衰减测量的数值仿真和试验

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中国石油大学学报（自然科学版） 2020年第3期44卷 47-55页

作者：陈雪莲陶爱华唐晓明李盛清程林波李疾翎中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)深层油气重点实验室山东青岛266580 中海油田服务股份有限公司油田技术事业部北京101149

利用数值仿真和试验测量相结合,分析换能器指向性以及弯曲型Lamb波在套管中传播时的扩散特征,给出换能器在距离套管内壁不同位置时测量的衰减值的变化规律。结果表明:随着换能器距离套管内壁越近(仪器直径变大),测量的衰减值越大,但此... 详细信息

利用数值仿真和试验测量相结合,分析换能器指向性以及弯曲型Lamb波在套管中传播时的扩散特征,给出换能器在距离套管内壁不同位置时测量的衰减值的变化规律。结果表明:随着换能器距离套管内壁越近(仪器直径变大),测量的衰减值越大,但此衰减值的变化与水泥胶结质量无关;在测井仪器偏心时,声系在朝向井周不同方位上测量时其换能器与套管内壁距离也发生改变,且辐射声束传播到套管内壁时入射角也会发生变化,测量的衰减值随方位近似呈现余弦曲线式的变化规律;在声系和套管厚度均保持不变,随着套管外径在一定范围内逐渐增大时,测量的衰减值先稍有增大后又逐渐降低。

关键词：声波测井弯曲型兰姆波衰减测量扩散特征指向性声源套管井

套管井中相控线阵声源激发声场的实验室物理模拟研究

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声学学报 2013年第4期38卷 433-439页

作者：陈雪莲董兴蒙谭宝海李刚中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580

为了探讨任意胶结状况下的套管井中均能直接并清晰的测量到地层信息的可行性,开展了套管井缩小模型的声波测井实验室物理模拟研究。实验测量了套管井不同胶结状况下相控线阵声源做发射器时的全波波形。通过对相控线阵声源不同偏转角时... 详细信息

为了探讨任意胶结状况下的套管井中均能直接并清晰的测量到地层信息的可行性,开展了套管井缩小模型的声波测井实验室物理模拟研究。实验测量了套管井不同胶结状况下相控线阵声源做发射器时的全波波形。通过对相控线阵声源不同偏转角时测量的全波波形分析表明,在Ⅰ、Ⅱ界面均胶结良好时随着相控线阵阵元间激励延迟时间的增加,当相控线阵声源的声束偏转角先后等于地层第一临界角和第二临界角时可使井孔中接收的地层滑行纵波和滑行横波幅度分别加强到最大;在套管井Ⅰ界面胶结差以及自由套管中,仍有效的探测到了地层的滑行纵波和横波信息。此实验结果验证了在任意胶结状况下的套管井中均能直接测量到地层信息的可行性,为开发新一代的套管井相控线阵声波测井仪奠定了实验基础。

关键词：相控线阵物理模拟套管井实验室声源界面胶结地层信息声波测井仪

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套管井声场合成波形及其时频特征分析

声学学报 2002年第3期27卷 223-228页

作者：胡文祥钱梦騄同济大学声学研究所上海200092

数值计算了点声源激励下套管井声场的声压波形。计算模型包括了实际中所有的三类岩石及两个界面的各种胶结情况,声源频率采用实际的测井频率。对合成波形进行了基于Wigner－Ville分布的时频分析。计算和分析结果说明,波列中的套管波、... 详细信息

数值计算了点声源激励下套管井声场的声压波形。计算模型包括了实际中所有的三类岩石及两个界面的各种胶结情况,声源频率采用实际的测井频率。对合成波形进行了基于Wigner－Ville分布的时频分析。计算和分析结果说明,波列中的套管波、伪瑞利波在一、二界面不同的胶结情况下有明显的变化规律。二界面未胶结时,套管波模式的时频分布随管外水泥层厚度的变化而变化。它们与地层体波成分的特征可作为管外水泥胶结质量评价的重要依据;而中速地层时地层体波能量最强,有利于胶结质量评价。

关键词：套管井声场合成波形时频特征测井方法油气开采

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套管井应力集中诱导井周波速各向异性的研究

地球物理学报 2005年第3期48卷 717-723页

作者：刘金霞王克协曹正良谢荣华刘继生吕秀梅吉林大学物理学院长春130023 大庆测试技术服务分公司大庆163153

针对在套管井中应用正交偶极声测井检测地层各向异性和确定异常构造应力的需要,本文通过求解水平构造应力作用下套管井的应力场分布,应用声弹性理论说明应力集中对套管井井周弹性波速空间分布的影响,分析了波速空间分布对加套管后的正... 详细信息

针对在套管井中应用正交偶极声测井检测地层各向异性和确定异常构造应力的需要,本文通过求解水平构造应力作用下套管井的应力场分布,应用声弹性理论说明应力集中对套管井井周弹性波速空间分布的影响,分析了波速空间分布对加套管后的正交偶极各向异性声测量的影响.井孔、套管、水泥环和地层系统的复杂性改变了原裸眼井情况地层中的应力场分布,使应力集中的范围明显缩小到井眼附近.对应不同方位径向偏振横波的交叉点向井孔附近移动.横波波速空间分布的方位极值规律发生变化,但纵波波速空间分布的方位极值规律不变,仍能提供最大远场构造应力施加的方向.

关键词：应力集中套管井各向异性波速空间分布正交偶极构造应力

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滑移界面表征的套管井声场的理论计算

地球物理学报 2023年第1期66卷 442-453页

作者：潘金林陈雪莲唐晓明中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580 中国石油大学(华东)深层油气重点实验室青岛266580

经典弹性波理论往往在套管与水泥环之间增加一层流体环来模拟套管与水泥环之间胶结差时的测井响应,但流体环的存在,使得套管与水泥环之间缺失了剪切耦合,即使几个微米的厚度,套管波幅度也会明显增大,接近甚至超过自由套管时的30%.因此... 详细信息

经典弹性波理论往往在套管与水泥环之间增加一层流体环来模拟套管与水泥环之间胶结差时的测井响应,但流体环的存在,使得套管与水泥环之间缺失了剪切耦合,即使几个微米的厚度,套管波幅度也会明显增大,接近甚至超过自由套管时的30%.因此经典弹性波理论常常无法解释现场测量数据中套管波幅度的渐变现象.实际套管井中胶结界面粗糙或不规则起伏使套管与水泥环界面两侧介质有所接触,往往存在剪切耦合,用剪切刚度和法向刚度表达的滑移界面理论应用到套管与水泥环或水泥环与地层界面的胶结响应,可模拟界面从完全胶结到完全不胶结的过渡状态.通过将滑移界面理论模拟的波结构与在套管与水泥环之间加一层软固体层时的经典弹性波理论模拟的波结构对比,验证了滑移界面理论在模拟水泥胶结时的适用性.滑移界面理论与经典弹性波理论结合分析了水泥不同胶结状态下井孔内外声场的辐射特征,随着界面水泥胶结质量的下降井内接收的套管波以及套管波泄漏到地层中的纵横波幅度逐渐增强,透过井壁辐射到地层中的纵波和横波逐渐降低.将滑移界面理论应用到套管井水泥胶结状况的模拟,弥补了经典弹性波理论在模拟水泥胶结测井响应时的局限性,也为定量刻画水泥环界面的耦合刚度提供了可能.

关键词：套管井声波测井滑移界面理论剪切耦合刚度

孔隙地层轻质水泥套管井中偶极弯曲波的激发与传播特性

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地球物理学报 2020年第6期63卷 2488-2496页

作者：吴洋吕伟国杨蒙恩崔志文刘金霞王克协吉林大学物理学院长春130021 吉林大学原子与分子物理研究所长春130021

针对软地层套管井中弯曲波频散移向高频,以致超出了现行偶极声波测井仪器的激发频带的问题,本文在井外为孔隙地层时,采用Biot模型对套管井多极源激发的声波场进行了理论推导,对套管井偶极弯曲波的频散特性进行了数值模拟,考察了高密度水... 详细信息

针对软地层套管井中弯曲波频散移向高频,以致超出了现行偶极声波测井仪器的激发频带的问题,本文在井外为孔隙地层时,采用Biot模型对套管井多极源激发的声波场进行了理论推导,对套管井偶极弯曲波的频散特性进行了数值模拟,考察了高密度水泥(或快速水泥)和低密度水泥(或轻质水泥)情况下的弯曲波频散,分析了不同水泥环对弯曲波主频散区和激发谱偏移的影响,重点对轻质水泥套管井中偶极源激发的模式波频散与激发谱及临界折射P、S波激发特性进行了研究,并考察了渗透率、孔隙度对弯曲波频散及衰减的影响,利用实轴积分法计算了偶极声源激发的时域全波波形.分析对比结果表明,在快速水泥情况下弯曲波频散曲线随着地层特征横波速度的减小会迅速向高频移动,随着快速水泥向轻质水泥变化,弯曲波频散曲线向高频移动将会减缓,对于特征横波速度低于1400m·s-1的软地层,偶极弯曲波基础模式主频散区(或截止频率)可以由原来13kHz向低频移动至4kHz;在轻质水泥套管井中,无论是硬地层还是软地层,在目前偶极声波测井仪器声源主频激发下,接收波形中弯曲波均占主导地位.

关键词：孔隙介质偶极源套管井低密度水泥频散曲线向低频偏移全波波形

偶极横波远探测在裸眼井及套管井中接收波场的方位响应特征

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地球物理学报 2022年第10期65卷 4122-4140页

作者：李杨虎唐晓明苏远大中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580 中国石油大学(华东)深层油气重点实验室青岛266580 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室青岛266071

偶极横波远探测技术的快速发展及其在裸眼和套管井中应用的需求增加使得研究井中远探测波场的方位特征和接收响应具有重要意义.将远探测声场看作是声源在反射体一侧的镜像点的辐射声场并对其做柱面波展开,得到了充液裸眼和套管井中偶极... 详细信息

偶极横波远探测技术的快速发展及其在裸眼和套管井中应用的需求增加使得研究井中远探测波场的方位特征和接收响应具有重要意义.将远探测声场看作是声源在反射体一侧的镜像点的辐射声场并对其做柱面波展开,得到了充液裸眼和套管井中偶极横波方位远探测接收声场的渐近解.据此对声场在井内流体中产生的径向位移和声压进行了模拟分析,深入研究了接收器偏心距、声源频率和地层类型对井中方位接收波场的影响,并对裸眼和套管井中的响应特征进行了对比,预示了快速和慢速地层条件下声场方位响应中的180°相位反转现象.渐近解析解与三维有限差分数值解的结果对比证实了这一现象,同时也验证了解析解的正确性和普适性.结果表明:接收器偏心距、声源频率和地层类型是井中接收声场方位响应特征的主要影响因素;SH横波入射引起的井内流体的径向位移和声压方位响应特征基本一致,而SV横波入射时二者特征却有较大差异;因此,接收信号中的SV分量有助于识别反射体方位;相对于裸眼井,套管井中接收声场的方位灵敏度更高,更有利于识别井外反射体的方位.本文的分析结果为偶极横波方位远探测技术的进一步发展和应用提供了理论支持.

关键词：偶极横波远探测井孔声场方位接收响应套管井

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