基于黏弹滑移界面理论揭示套管中模式波的传播特征

发布时间：2021-11-22 17:25

　　目前固井质量评价主要是利用套管中模式波的幅度或衰减变化判断套管与水泥间的胶结状况.在超声测量频段（70～500 kHz）,现有声波测井仪器工作时在套管中激发的模式波类似薄板中的对称兰姆波（拉伸波）或反对称兰姆波（弯曲型兰姆波）.本文将黏弹滑移界面理论应用到套管和水泥的耦合界面,探讨了套管中的准兰姆波（包括拉伸波和弯曲型兰姆波）与套管后物质的耦合方式,拉伸波与套后物质主要以剪切刚度耦合,即便是0.01 mm的微环也会使得拉伸波的衰减明显降低,接近套后是流体时的响应特征;而弯曲型兰姆波与套管后物质主要以法向刚度耦合,这使得在套后胶结轻质水泥时弯曲型兰姆波对微环不敏感,在套后耦合常规水泥时微环的存在又会使得弯曲型兰姆波的衰减明显增强,衰减的增加说明其与套后物质的声耦合更紧密,也表明微环与常规水泥的等效声阻抗适当降低,更有利于弯曲型兰姆波传播时与套后介质实现法向刚度的匹配.拉伸波和弯曲型兰姆波对同一胶结状况的不同响应特征也为固井质量综合评价时区分不同的水泥胶结状况提供了可能. 

【文章来源】：地球物理学报. 2020,63(09)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

套管井多层介质模型

目前常用的套管模式波是拉伸波和弯曲型兰姆波,本文中的拉伸波特指准零阶对称兰姆波(准S0),弯曲型兰姆波是指准零阶反对称兰姆波(准A0).Zeroug和Froelich(2003)给出了薄板中兰姆波的有效激发方式,通过工作频段和声源辐射声束入射到套管内壁的角度选择可在套管中有效的激发某类兰姆波.图2是10.36 mm厚度的浸水钢板在不同入射角不同频率下的激发效果图,在较高工作频率下,垂直入射时主要激发高阶的对称兰姆波S1、S2等模式,在入射角大于钢板的第二临界角后主要激发弯曲型兰姆波(图2中标注的A0),介于两者之间的入射角可激发零阶对称兰姆波(图2中标注的S0).通过调节式(15)中kz0的大小,可模拟测井仪器声源辐射声束的不同入射角度,实现仿真弯曲型兰姆波、拉伸波等模式的测井响应波形.2 理论模拟结果分析

表1 套管井模型各层的参数Table 1 Parameters of materials in cased well model 水 套管 轻质水泥 常规水泥 地层 密度/(kg·m-3) 1000 7800 1200 1800 2500 纵波速度/(m·s-1) 1500 5930 2755/2600 3500 4500 横波速度/(m·s-1) - 3250 1473/1390 1870 25002.1.1 弯曲型兰姆波

【参考文献】：
期刊论文
[1]用黏弹滑移界面表征的固井声波测井理论[J]. 唐晓明,江灿,苏远大,陈雪莲.  中国科学:地球科学. 2018(08)
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[3]套管中泄漏弯曲型Lamb波的传播特征[J]. 陈雪莲,李建赛,唐晓明,李盛清,苏远大.  声学学报. 2016(03)
[4]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[J]. 陈雪莲,唐晓明,张聪慧,魏涛,董兴蒙,魏周拓.  地球物理学报. 2015(01)
[5]套管井声波全波列中地层波的幅度特性[J]. 张宏兵,秦正贵,尚作萍,侯春会,王宏建,陶宏根.  地球物理学进展. 2009(03)

硕士论文
[1]弯曲型Lamb波在固井质量评价中的应用基础研究[D]. 李建赛.中国石油大学(华东) 2015



本文编号：3512140