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随钻声波测井钻铤模式波衰减规律研究与隔声体设计

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地球物理学报 2011年第9期54卷 2419-2428页

作者：苏远大庄春喜唐晓明中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266555

随钻声波测井技术近年来发展很快,这门技术的关键技术之一是随钻仪器的隔声设计,以保证在随钻条件下有效地测量地层的声波信号.针对普遍采用的刻槽隔声技术,本文利用三维有限差分弹性波场模拟对钻铤刻槽前、后的声波响应进行了数值模拟... 详细信息

随钻声波测井技术近年来发展很快,这门技术的关键技术之一是随钻仪器的隔声设计,以保证在随钻条件下有效地测量地层的声波信号.针对普遍采用的刻槽隔声技术,本文利用三维有限差分弹性波场模拟对钻铤刻槽前、后的声波响应进行了数值模拟和理论研究.通过模拟结果的理论分析给出了钻铤波固有阻带分布规律与钻铤尺寸关系和钻铤波衰减频段与刻槽宽度、深度的关系.在此基础上,设计了一种随钻声波测井隔声体结构,给出了理论声衰减曲线和典型地层井孔中的响应特征.现场实验井测试结果表明,本文没计的隔声体结构有效地消除了钻铤直达波的干扰,能够测量到高质量地层纵波的波形和时差.

关键词：隔声体钻铤模式波声衰减有限差分随钻声波

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隔声体声传播特性建模计算方法研究

隔声体声传播特性建模计算方法研究

作者：王贺中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

隔声体是声波测井仪器的关键部件,它作为相对独立的一个短节,位于声发射短节和声接收短节之间,防止发射换能器发出的声波直接从仪器本身传递至接收换能器。目前,国内在使用的声波测井仪器隔声结构有许多种,国外的声波测井仪器的隔声结... 详细信息

隔声体是声波测井仪器的关键部件,它作为相对独立的一个短节,位于声发射短节和声接收短节之间,防止发射换能器发出的声波直接从仪器本身传递至接收换能器。目前,国内在使用的声波测井仪器隔声结构有许多种,国外的声波测井仪器的隔声结构也各有千秋。国内隔声体的设计多来源于仿制,其隔声效果的好坏只能在试制后,用样机进行试验,很难在设计阶段就预知隔声体的声传播特性,其根本原因是隔声体的结构比较特殊,一般是由非连续结构零件连接而成的,有的甚至还混杂有非金属材料在其中,这些连接部位的声传播特性至今也没有适用的建模计算方法。本文在研究声波测井仪隔声体结构和有限元方法的基础上,采用ANSYS软件对隔声特性进行有限元仿真。为了确保有限元建模和计算方法的正确性,首先建立了以无槽筒体(连续体结构)为研究对象的模型,并进行了理论验证;然后建立了以隔声槽筒体(连续体结构)为研究对象的模型,并进行了理论验证;再以此为基础,在本领域内,首次研究了销轴结构隔声体(非连续结构)的声传播特性,为了解决非连续结构的建模计算,借助试验结果,确定了销轴连接结构中结合部的等效模型。以此奠定了销轴结构隔声体的建模技术,可以在设计阶段预知隔声体的隔声性能,这有利于隔声体的创新设计。

关键词：隔声体声传播特性销轴连接结构建模计算仿真

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随钻声波测井隔声体设计的数值模拟研究

随钻声波测井隔声体设计的数值模拟研究

作者：陈守松中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

随钻声波测井在随钻地质导向、地层评价等多方面有着重要作用,占用井场钻机钻进的时间更少,其“边钻边测”的特点可以满足各种复杂地层条件的测井作业,在提升效率、降低成本等方面优势明显。隔声体是声波测井仪器的关键部件之一,它可以... 详细信息

随钻声波测井在随钻地质导向、地层评价等多方面有着重要作用,占用井场钻机钻进的时间更少,其“边钻边测”的特点可以满足各种复杂地层条件的测井作业,在提升效率、降低成本等方面优势明显。隔声体是声波测井仪器的关键部件之一,它可以对钻铤波进行衰减,以获得地层波信息,在随钻声波测井仪器中尤为重要。论文首先从各向同性介质出发,推导了二维柱坐标系速度-应力形式的声波动方程,进一步得到了交错网格波动方程有限差分格式,解决了网格剖分、声源加载、介质分界面、井轴奇点、负r轴处理和非分裂式完美匹配层的应用等问题,并编制程序,计算了裸眼井居中点源在软地层和硬地层井孔中产生的声场,对比发现与实轴积分的解析解一致,验证了程序的准确性。并以此为基础,对隔声体不同刻槽方式和变径组合等设计方案进行了数值模拟研究,并计算了随钻时域波形。对粗、细两种钻铤的不同方式的均匀刻槽和粗钻铤的渐变刻槽进行数值模拟,并对钻铤波进行频谱分析,发现刻槽的个数达到一定数量时,再增加刻槽的个数,钻铤波的衰减也不再明显增加,比如半径为3.5/6.5 cm的细钻铤,槽深为1.5 cm时,刻11个槽与刻16个槽的隔声性能差异很小。刻槽宽度和刻槽间隔相等时隔声体性能最佳;刻槽深度是衰减钻铤波的主要参数,且粗钻铤需要刻深一点的槽,否则虽然可以衰减高频钻铤波,但可能会增强低频钻铤波;声源与刻槽结构越近,越有利于滑行纵波信息的提取。渐变刻槽对低频钻铤波比均匀刻槽有着更大的衰减,能够得到更宽的阻带和更大的相对隔声量。用优选出的隔声体计算随钻时域波形,得到了良好的滑行纵波,并根据随钻时域波形特征,对STC进行了简单而有效的改进,成功提取了滑行纵波波速。计算了不同钻铤与地层间距的随钻波形,发现这个间距对滑行纵波时差的有效提取影响很大。对变径钻铤隔声体进行数值计算,发现仅一个波长的变径长度不能使得各自固有阻带的完全叠加,需要更长的变径长度。计算了变径与刻槽结合的隔声体性能,发现在较短变径长度的基础上,用较浅的刻槽深度就能好于仅变径隔声的最佳隔声效果,且外刻槽相对内刻槽对高频钻铤波的衰减更大。槽深是重要参数,因此细钻铤的隔声难度更大,计算表明,变径与浅刻槽隔声的组合有着很大的隔声潜力。本文对随钻声波测井的有限差分数值模拟和隔声体设计有一定的参考意义。

关键词：随钻测井隔声体有限差分数值模拟

压电换能器一致性筛选技术及隔声体设计方法研究

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压电换能器一致性筛选技术及隔声体设计方法研究

作者：聂建华天津大学

学位级别：硕士

声波测井作为一种重要的测井手段，在地球勘探中有着极其广泛的应用。在研制声波测井仪器的过程中有两个重要的问题需要解决。首先是要挑选一致性较好的发射与接收探头，其次是要设计性能良好的隔声体。一致性好的探头应当具有相同的谐... 详细信息

声波测井作为一种重要的测井手段，在地球勘探中有着极其广泛的应用。在研制声波测井仪器的过程中有两个重要的问题需要解决。首先是要挑选一致性较好的发射与接收探头，其次是要设计性能良好的隔声体。一致性好的探头应当具有相同的谐振频率与频带宽度，这样才可以保证接收波形的幅度和灵敏度。性能良好的隔声体能够有效克服直达波和各种干扰波的影响，保证近源距声波测井波形的所包含的地层信息比较多。探头的一致性从稳态特性及瞬态特性两方面考察。考察探头稳态特性需要使用通用的阻抗分析仪或者专用的导纳仪。针对声波测井仪器中使用的压电晶体的稳态特性分析，本实验室研制了数字式导纳仪。在相同实验条件下分别使用数字式压电晶体导纳仪与安捷伦4294A阻抗分析仪测量二十余组探头的电导电纳曲线。进行相关的数据处理后发现：压电晶体导纳仪测量的谐振频率的精度较高，相对误差小于;但动态电阻、静态电阻的测量精±4%度较差，静态电阻测量值为阻抗分析仪测量值的1/2-1/3，动态电阻测量平均值为阻抗分析仪测量值的1.58倍。探头动态特性的一致性实验是在充满油的模拟井筒中进行的。首先记录接收探头接收到的波形，然后通过相关系数法与最大值法处理接收探头的波形数据，根据处理结果设计了探头一致性的挑选方法。由于发射探头和接收探头之间是刚性连接，接收探头会接收到不经过地层传播的直达波。本文利用声波在一维不连续界面传播的物理模型，推导了相关的计算公式。通过不同滤波效应的不连续界面组合，设计出了可以阻断0-30KHz频率直达波的隔声体。通过实验证明，所设计的隔声体能够满足声波测井的要求。

关键词：压电晶体一致性筛选技术导纳仪隔声体

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随钻声测井隔声体数值模拟与实验研研究

随钻声测井隔声体数值模拟与实验研研究

作者：庄春喜中国石油大学

学位级别：硕士

随钻声波测井的纵波测量存在障碍——被振幅较大的钻铤波压制甚至淹没,故要求隔声体既要保证有足够强度以满足钻井的需要,又要有效地衰减钻铤直达波的干扰,以便测到准确的地层信号,性能优异的隔声体设计成为随钻声波测井的关键技术之一... 详细信息

随钻声波测井的纵波测量存在障碍——被振幅较大的钻铤波压制甚至淹没,故要求隔声体既要保证有足够强度以满足钻井的需要,又要有效地衰减钻铤直达波的干扰,以便测到准确的地层信号,性能优异的隔声体设计成为随钻声波测井的关键技术之一。根据井孔声场理论,利用实轴积分法数值模拟了随钻声波测井单极子、偶极子及四极子声场响应,系统地分析了钻铤波对地层波的干扰,理论上验证了随钻声波测井纵波测量时消除或压制钻铤波的必要性;利用有限元分析软件ANSYS对钻铤波的传播规律进行了全面的分析,发现钻铤波存在固有阻带,阻带的中心频率和带宽与钻铤尺寸的关系能够确定,并且通过对钻铤刻槽能够拓宽钻铤波的固有阻带,以此思路研究了不同隔声体的设计方案。兼顾到隔声体的机械强度最终确定了一种隔声体设计方案,并对其隔声性能进行了模拟分析,发现本文确定的隔声体方案能够实现20dB以上的隔声量;以此方案加工了随钻声波测井隔声体实验样机,并利用推挽式功率放大器强迫驱动发射换能器产生不同主频的声波信号沿隔声体传播,测量并计算出不同频率的钻铤直达波经隔声体前、后的声衰减曲线,发现激发频率在15kHz7kHz范围内隔声量达到20dB以上,能够满足现场随钻声波测井纵波测量的要求。

关键词：随钻声波测井隔声体钻铤波固有阻带

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随钻声波测井环槽隔声体的强度分析

石油机械 2017年第7期45卷 26-29页

作者：伍能赵宏林刘旭李育房中国石油大学(北京)机械与储运工程学院

凹槽隔声体是随钻声波测井中普遍采用的一种隔声体,通过数值模拟方法研究了凹槽隔声体最大等效应力出现的区域,以及扭矩、过渡圆弧半径、凹槽深度、槽间距和槽宽度对隔声体机械强度的影响。分析结果表明:扭矩对隔声体的机械强度有较大... 详细信息

凹槽隔声体是随钻声波测井中普遍采用的一种隔声体,通过数值模拟方法研究了凹槽隔声体最大等效应力出现的区域,以及扭矩、过渡圆弧半径、凹槽深度、槽间距和槽宽度对隔声体机械强度的影响。分析结果表明:扭矩对隔声体的机械强度有较大的影响,在实际计算过程中不能忽略;无论加载扭矩与否,隔声体机械强度最弱的区域出现在内过渡圆弧半径处;隔声体上的最大等效应力与凹槽深度呈线性关系,在满足隔声量与时延量的情况下可以适当减小凹槽深度;隔声体的最大等效应力出现在内过渡圆弧半径处,随着过渡圆弧半径的增大应力逐渐减小。所得结论对环槽隔声体的设计具有一定的参考作用。

关键词：隔声体测井凹槽深度随钻超声波等效应力

基于ANSYS的随钻声波测井隔声体强度分析

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科学技术与工程 2011年第15期11卷 3404-3406页

作者：苏远大毕新帅闫向宏张美玲刘文丽王宁中国石油大学华东地球资源与信息学院东营257061 物理科学与技术学院东营257061

利用ANSYS对周期性非轴对称凹槽结构随钻声波测井隔声体上最大等效应力进行了数值计算。建立了凹槽参数与最大等效应力之间关系。数值计算结果表明:凹槽深度、过渡弧半径以及凹槽圆心角大小对随钻声波测井隔声体上最大等效应力影响较大... 详细信息

利用ANSYS对周期性非轴对称凹槽结构随钻声波测井隔声体上最大等效应力进行了数值计算。建立了凹槽参数与最大等效应力之间关系。数值计算结果表明:凹槽深度、过渡弧半径以及凹槽圆心角大小对随钻声波测井隔声体上最大等效应力影响较大。相关研究结果对设计随钻声波测井隔声体有重要参考价值。

关键词：随钻声波测井隔声体最大等效应力凹槽参数

MPAL多极子阵列声波测井仪新型隔声体研究

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石油仪器 2009年第5期23卷 16-18页

作者：罗学东李玉霞王国锋李亚敏徐忠清田丽萍中国石油大学(华东)地球资源与信息学院中国石油集团测井有限公司华北事业部中国石油集团测井有限公司测井仪器厂

针对现有的MPAL多极子阵列声波测井仪隔声体在机械强度等方面存在的局限性,对一种新型隔声体进行了研究,以满足恶劣环境下的钻杆传输测井要求。文章通过对2种隔声体仪器结构的对比,分析了二者的机械强度,并从仪器制造和现场应用的角度,... 详细信息

针对现有的MPAL多极子阵列声波测井仪隔声体在机械强度等方面存在的局限性,对一种新型隔声体进行了研究,以满足恶劣环境下的钻杆传输测井要求。文章通过对2种隔声体仪器结构的对比,分析了二者的机械强度,并从仪器制造和现场应用的角度,对比了其优缺点;采用专用的测量实验装置进行了性能测试,认为B型隔声体具有更广泛的应用前景。

关键词：多极子阵列声波测井仪隔声体结构机械强度实验装置性能测试

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一种用于声波测井仪的新型隔声体测井装置

国外测井技术 2017年第5期38卷 44-44页

专利申请号：CN201420783568.0公开号：CN204357429U申请日：2014.12.11公开日：2015.05.27申请人：杭州丰禾石油科技有限公司本实用新型涉及一种地球物理探测/声学测井领域,公开了一种用于声波测井仪的新型隔声体测井装置,包括隔声组... 详细信息

专利申请号：CN201420783568.0公开号：CN204357429U申请日：2014.12.11公开日：2015.05.27申请人：杭州丰禾石油科技有限公司本实用新型涉及一种地球物理探测/声学测井领域,公开了一种用于声波测井仪的新型隔声体测井装置,包括隔声组件、上接头组件、下接头组件、中段接头组件,上接头组件和下接头组件上分别设有接收换能器和发射换能器,隔声组件包括发射隔声组件、接收隔声组件,

关键词：声波测井仪测井装置隔声体种用发射换能器接收换能器地球物理探测组件包