孔隙性地层井孔声场的有限差分数值模拟方法研究

发布时间：2017-09-11 03:22

  本文关键词：孔隙性地层井孔声场的有限差分数值模拟方法研究

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【摘要】：声波测井作为一种重要的地球物理测井方法,在油田勘探和工程物探等诸多领域有广泛的应用。在石油勘探开发过程中,我们面临的问题越来越复杂,要求油气勘探的精度越来越精细。通常来说,油气的储藏方式多为孔隙型,油气储集层为双相或者多相介质,测量得到的数据包含与孔隙度、饱和度和渗透率等有关的信息,为了更好的分析和解释这些信息,需要我们将目前最重要的理论,即Biot双相介质弹性波传播理论应用到油气勘探中。Biot双相介质弹性波传播理论经过多年发展,已经成为一种完整的理论体系。通过求解Biot双相介质波动方程,模拟出基于Biot双相介质井孔模型的声波全波列。分析波列的特征和传播规律,以及地层的弹性参数、孔隙度和渗透率等因素的变化所带来的影响,由分析得到的结论,可以为实际的油气勘探工作提供一些关于油气储集层的识别和分析的参考。本论文建立Biot双相介质井孔模型,对孔隙性地层的井孔声场进行数值模拟。将Biot双相介质运动平衡方程变换为Biot双相介质一阶速度-应力弹性波方程,再运用交错网格有限差分方法进行求解,从而得到井孔声场的全波列。这种计算方法计算速度快,占用内存小,并且高阶交错网格差分格式可以提高模拟精度,消除数值频散。在保证稳定性条件的情况下,选取合适的空间网格步长和时间采样步长,就可以精确地模拟复杂地质模型的声波全波列。由于声波测井的探测深度较浅,计算方法还受到计算机存储空间、计算效率等的限制,需要将计算区域划分为有界区域,即在四周引入人工边界。当声波传播到人工边界时会产生反射波,对波列产生严重的干扰,那么就需要添加一种高效的吸收边界条件来减少或消除反射波。本文应用的完全匹配层吸收边界条件是最有效的吸收边界条件,它可以很好地吸收反射波,而且选择了合适的衰减因子,就能够达到极佳的吸收效果,使井孔声场的模拟更加精确。模拟研究表明,地层弹性参数的变化会对全波列中的各种模式波产生影响,声波速度越大的地层,波列的幅度越大,到达接收器的时间越早。在孔隙介质为流体的情况下,与干层相比,波列中各种模式波的速度和幅度均变小,尤其是斯通利波,在流体中的衰减速度较快。地层中渗透率的变化对纵波和横波的影响较小,对斯通利波的影响最大,渗透率越大,斯通利波的衰减速度越快。我们可以通过斯通利波的衰减间接地判断孔隙地层的渗透率大小。
【关键词】：井孔声场 有限差分法 交错网格 完全匹配层 孔隙介质
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.81
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 数值模拟的研究方法12-14
• 1.3 论文工作内容14-15
• 第2章 Biot波动方程的有限差分格式15-29
• 2.1 Biot波动方程15-19
• 2.1.1 应力与应变张量15-17
• 2.1.2 运动平衡方程17-18
• 2.1.3 质量系数与弹性参数18-19
• 2.2 有限差分方法19-21
• 2.2.1 有限差分法简介19-20
• 2.2.2 有限差分方程的建立20-21
• 2.3 交错网格有限差分格式21-28
• 2.3.1 Biot双相介质的一阶速度－应力方程22-24
• 2.3.2 数值离散24-28
• 2.4 初始条件28-29
• 第3章 有限差分法数值模拟的技术问题29-41
• 3.1 数值频散问题29-30
• 3.2 差分格式的稳定性分析30-32
• 3.3 人工边界条件32-41
• 3.3.1 完全匹配层吸收边界方程33-38
• 3.3.2 衰减因子的选取38-39
• 3.3.3 模型实例39-41
• 第4章 井孔声场的数值模拟41-54
• 4.1 声源函数41
• 4.2 Biot双相介质波场模拟41-43
• 4.3 不同参数模型的波场模拟43-51
• 4.3.1 干层地层模型44-46
• 4.3.2 孔隙含油的地层模型46-49
• 4.3.3 孔隙含水的地层模型49-51
• 4.4 渗透率对波场的影响51-54
• 第5章 结论及认识54-56
• 参考文献56-60
• 作者简介及科研成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李佩笑;林伟军;张秀梅;王秀明;;常规分裂和非分裂完全匹配层吸收边界比较研究[J];声学学报;2015年01期

2 杨庆节;刘财;耿美霞;冯fE;郭智奇;刘洋;;交错网格任意阶导数有限差分格式及差分系数推导[J];吉林大学学报(地球科学版);2014年01期

3 高刚;贺振华;黄德济;桂志先;;完全匹配层人工边界条件中的衰减因子分析[J];石油物探;2011年05期

4 唐晓明;;含孔隙、裂隙介质弹性波动的统一理论——Biot理论的推广[J];中国科学:地球科学;2011年06期

5 王秀明;张海澜;何晓;丛健生;张秀梅;;声波测井中的物理问题[J];物理;2011年02期

6 魏周拓;陈雪莲;范宜仁;王涛;;井旁裂缝的声场模拟及反射波提取方法[J];石油地球物理勘探;2010年05期

7 李巍;胡恒山;张碧星;刚铁;;柱面分层流体饱和孔隙地层中的声波测井波场模拟[J];声学学报;2010年04期

8 李文杰;魏修成;宁俊瑞;;一种新的弹性波数值模拟吸收边界条件[J];石油地球物理勘探;2009年04期

9 秦臻;任培罡;姚姚;张才;;弹性波正演模拟中PML吸收边界条件的改进[J];地球科学(中国地质大学学报);2009年04期

10 董经利;;多极子阵列声波测井资料处理及应用[J];测井技术;2009年02期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 王东;林伟军;王秀明;张海澜;;有限差分数值模拟声场中自由边界的处理[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 左莹;基于高阶交错网格的有限差分地震波场数值模拟[D];长安大学;2009年

2 李宾;横向各向同性介质有限差分法波场模拟方法研究[D];中国石油大学;2009年

3 张文忠;Biot介质的交错网格差分法波场模拟研究[D];中国地质大学（北京）;2007年

4 何晓;孔隙地层中流体井孔内的模式波[D];哈尔滨工业大学;2006年

5 李剑辉;孔隙地层包围的井孔声场有限差分模拟及吸收边界[D];哈尔滨工业大学;2006年

6 丛健生;利用有限差分法模拟计算具有分层和裂缝地层井内外声场[D];大庆石油学院;2004年

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本文编号：828328