随钻测井隔声体的声学和力学性能仿真
发布时间：2021-08-14 21:30
石油被誉为“工业血液”,对一个国家的经济、国防、社会方方面面有着重要的影响。如何提高石油的开采效率是亟待解决的难题。近十几年来,随钻声波测井成为了一种新兴的勘探方式,但是在勘探过程中产生的钻铤波会影响地层信号的提取。如何能够更有效的提取地层信号,成为众多工程师和科学家研究的重点课题。本文以随钻声波测井为研究背景,通过对不同刻槽结构的声学特性分析,设计声学性能较好的随钻声波测井隔声体,将其称为低孔隙度隔声体结构。文中首先基于周期结构相关理论,利用有限元软件计算了不同刻槽结构的能带图,分析发现所有计算的刻槽结构的能带呈现倒U型,未形成完整的带隙,进一步计算刻槽结构在水中的带隙,发现低孔隙度刻槽结构的能带和不在水中变化不大。然后利用频响函数曲线的方法研究,在不同刻槽结构上设置相同的激励点和接收点,得到了不同刻槽结构的频响特性。并研究一种理想化的刻槽模型来说明刻槽宽度和刻槽深度对弹性波的群速度的影响。随后研究了在地层和流体中不同刻槽结构的响应,首先计算了声源频率为4k Hz时的有限元软件全波响应和解析法的全波响应。将计算结果进行对比,发现二者基本一致,验证了有限元软件计算的正确性。随后计算了快...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
声源极化形式
哈尔滨工业大学硕士学位论文-6-则井孔的随钻多极子波常魏鹏飞[40]利用了ABAQUS有限元软件对外、内刻槽结构进行波场计算，并分析了不同刻槽深度和不同刻槽宽度对波形的影响。陈辉[41]利用COMSOLMUTIPHYSICS有限元软件研究了声波测井的压电换能器的响应，分析了压电换能器的振动特性和声学性能，并说明了压电换能器接收到的电压压信号主要反映了径向位移。可以说，有限元软件分析和理论研究相辅相成，为解决实际工程问题提供合理多样的选择。1.3.3隔声体的发展应用除此之外，声子晶体与声学超材料的研究大大扩展了传统周期结构的研究范畴，除带隙特性外还陆续发现了弹性波在其中传播的一系列特殊物理效应，如低频吸声特性、减振降噪特性、声绕射特性等[42-46]，这些新的物理效应可以操控弹性波的传播行为，为振动与声学特性控制提供了新的理论基础和技术途径，也可能给测井隔声以及换能器设计的研究提供新的思路。但这些研究仍处于起步阶段，需要更多的课题研究。图1-2钻铤工作示意图1.4本文主要研究内容本文共分为四章，第一章为绪论，介绍石油勘探技术的发展，并对比了电缆测井和随钻声波测井的优劣，并说明测井理论和实践的发展是相互促进的。很多学者在测井理论研究中取得了重要成果，他们利用一些解析或数值算法正演出不同地
哈尔滨工业大学硕士学位论文-11-2.2低孔隙度刻槽结构的能带计算本文受超低孔隙度声子晶体[49]的启发，提出一种新型结构。结构的形状如图2-2所示。(a)晶体原胞(b)能带图图2-1低孔隙度声子晶体示意图晶体的材料是合金钢，对此模型进行适当改进，使其更适合钻铤的设计。测井中的声波频率一般在4-20kHz左右，根据文献中结构与空腔尺寸的关系大致判断、调整模型的尺寸，使其在合理的范围内尽可能的在这一频率范围内产生禁带，以达到合理削弱钻铤波的作用。低孔隙度隔声体就是以图2-1(a)的晶体原胞为刻槽形式进行加工。通过调整结构尺寸将能带合理化，综合考虑力学性能来设计低孔隙度隔声体结构。图2-3为初步设计的低孔隙度刻槽结构，通过改变不同尺寸可以产生不同的能带；由于实际环境的限制，由于井孔的半径大约在10cm左右，所以尺寸必须在一定范围内变化。为了确定合适的尺寸，选取几个值进行检验。在保持其他量不变，对原胞结构大小进行改变，观察能带情况。原胞的长为0.063m，高为0.12m。初步参数如表1-1所示。表1-1参数具体设置标号abcd尺寸0.002m0.008m0.007m0.025m
【参考文献】：
期刊论文
[1]软地层横波速度的偶极随钻测井反演[J]. 张超,胡恒山,郑晓波. 地球物理学报. 2019(06)
[2]单极源钻铤波传播机制的实验研究[J]. 王军,李红一,关威,胡恒山,杨玉峰. 地球物理学报. 2019(04)
[3]V型凹口对液态熔盐堆用核石墨构件应力分析的影响[J]. 杨雄,曾广礼,顾晨光,钟阳,丁冬. 核技术. 2017(07)
[4]地层波速的电缆和随钻动电测井实验研究[J]. 王军,胡恒山,关威,李惠,郑晓波,杨玉峰. 地球物理学报. 2017 (02)
[5]一种刻槽式随钻声波测井隔声体的理论与实验研究[J]. 苏远大,庄春喜,唐晓明,黑创,许松,李振,杨喜龙. 地球物理学报. 2016(12)
[6]钻柱信道内隔声体结构建模与仿真分析[J]. 李成,井中武,刘钊,樊尚春. 振动与冲击. 2013(22)
[7]周期性非轴对称孔槽结构隔声性能数值模拟研究[J]. 刘彬,王芳,陈德华,车承轩. 应用声学. 2012(05)
[8]随钻声波测井钻铤模式波衰减规律研究与隔声体设计[J]. 苏远大,庄春喜,唐晓明. 地球物理学报. 2011(09)
[9]周期性轴对称凹槽结构隔声特性数值模拟[J]. 闫向宏,苏远大,孙建孟,庄春喜,张美玲. 计算物理. 2010(06)
[10]基于时域有限差分法的随钻声波测井仪隔声体隔声效果的数值模拟[J]. 杨勇,车小花,李俊,张菲. 中国石油大学学报(自然科学版). 2009(03)
博士论文
[1]单极和偶极随钻声波测井理论模拟与分波传播特性研究[D]. 郑晓波.哈尔滨工业大学 2017
[2]孔隙介质弹性波—电磁场耦合效应测井的波场模拟研究[D]. 关威.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]声测井压电换能器特性分析及井孔声场模拟[D]. 陈辉.哈尔滨工业大学 2019
[2]二维人工周期结构中弹性波的有限元模拟研究[D]. 刘洋.哈尔滨工业大学 2018
[3]刻槽对随钻声波测井仪声学性能的影响[D]. 魏鹏飞.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3343219
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
声源极化形式
哈尔滨工业大学硕士学位论文-6-则井孔的随钻多极子波常魏鹏飞[40]利用了ABAQUS有限元软件对外、内刻槽结构进行波场计算，并分析了不同刻槽深度和不同刻槽宽度对波形的影响。陈辉[41]利用COMSOLMUTIPHYSICS有限元软件研究了声波测井的压电换能器的响应，分析了压电换能器的振动特性和声学性能，并说明了压电换能器接收到的电压压信号主要反映了径向位移。可以说，有限元软件分析和理论研究相辅相成，为解决实际工程问题提供合理多样的选择。1.3.3隔声体的发展应用除此之外，声子晶体与声学超材料的研究大大扩展了传统周期结构的研究范畴，除带隙特性外还陆续发现了弹性波在其中传播的一系列特殊物理效应，如低频吸声特性、减振降噪特性、声绕射特性等[42-46]，这些新的物理效应可以操控弹性波的传播行为，为振动与声学特性控制提供了新的理论基础和技术途径，也可能给测井隔声以及换能器设计的研究提供新的思路。但这些研究仍处于起步阶段，需要更多的课题研究。图1-2钻铤工作示意图1.4本文主要研究内容本文共分为四章，第一章为绪论，介绍石油勘探技术的发展，并对比了电缆测井和随钻声波测井的优劣，并说明测井理论和实践的发展是相互促进的。很多学者在测井理论研究中取得了重要成果，他们利用一些解析或数值算法正演出不同地
哈尔滨工业大学硕士学位论文-11-2.2低孔隙度刻槽结构的能带计算本文受超低孔隙度声子晶体[49]的启发，提出一种新型结构。结构的形状如图2-2所示。(a)晶体原胞(b)能带图图2-1低孔隙度声子晶体示意图晶体的材料是合金钢，对此模型进行适当改进，使其更适合钻铤的设计。测井中的声波频率一般在4-20kHz左右，根据文献中结构与空腔尺寸的关系大致判断、调整模型的尺寸，使其在合理的范围内尽可能的在这一频率范围内产生禁带，以达到合理削弱钻铤波的作用。低孔隙度隔声体就是以图2-1(a)的晶体原胞为刻槽形式进行加工。通过调整结构尺寸将能带合理化，综合考虑力学性能来设计低孔隙度隔声体结构。图2-3为初步设计的低孔隙度刻槽结构，通过改变不同尺寸可以产生不同的能带；由于实际环境的限制，由于井孔的半径大约在10cm左右，所以尺寸必须在一定范围内变化。为了确定合适的尺寸，选取几个值进行检验。在保持其他量不变，对原胞结构大小进行改变，观察能带情况。原胞的长为0.063m，高为0.12m。初步参数如表1-1所示。表1-1参数具体设置标号abcd尺寸0.002m0.008m0.007m0.025m
【参考文献】：
期刊论文
[1]软地层横波速度的偶极随钻测井反演[J]. 张超,胡恒山,郑晓波. 地球物理学报. 2019(06)
[2]单极源钻铤波传播机制的实验研究[J]. 王军,李红一,关威,胡恒山,杨玉峰. 地球物理学报. 2019(04)
[3]V型凹口对液态熔盐堆用核石墨构件应力分析的影响[J]. 杨雄,曾广礼,顾晨光,钟阳,丁冬. 核技术. 2017(07)
[4]地层波速的电缆和随钻动电测井实验研究[J]. 王军,胡恒山,关威,李惠,郑晓波,杨玉峰. 地球物理学报. 2017 (02)
[5]一种刻槽式随钻声波测井隔声体的理论与实验研究[J]. 苏远大,庄春喜,唐晓明,黑创,许松,李振,杨喜龙. 地球物理学报. 2016(12)
[6]钻柱信道内隔声体结构建模与仿真分析[J]. 李成,井中武,刘钊,樊尚春. 振动与冲击. 2013(22)
[7]周期性非轴对称孔槽结构隔声性能数值模拟研究[J]. 刘彬,王芳,陈德华,车承轩. 应用声学. 2012(05)
[8]随钻声波测井钻铤模式波衰减规律研究与隔声体设计[J]. 苏远大,庄春喜,唐晓明. 地球物理学报. 2011(09)
[9]周期性轴对称凹槽结构隔声特性数值模拟[J]. 闫向宏,苏远大,孙建孟,庄春喜,张美玲. 计算物理. 2010(06)
[10]基于时域有限差分法的随钻声波测井仪隔声体隔声效果的数值模拟[J]. 杨勇,车小花,李俊,张菲. 中国石油大学学报(自然科学版). 2009(03)
博士论文
[1]单极和偶极随钻声波测井理论模拟与分波传播特性研究[D]. 郑晓波.哈尔滨工业大学 2017
[2]孔隙介质弹性波—电磁场耦合效应测井的波场模拟研究[D]. 关威.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]声测井压电换能器特性分析及井孔声场模拟[D]. 陈辉.哈尔滨工业大学 2019
[2]二维人工周期结构中弹性波的有限元模拟研究[D]. 刘洋.哈尔滨工业大学 2018
[3]刻槽对随钻声波测井仪声学性能的影响[D]. 魏鹏飞.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3343219
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