含少量气泡流体饱和孔隙介质中的声传播

发布时间：2020-07-10 19:19

【摘要】：Biot建立了流体饱和孔隙介质声学理论,该理论得到了广泛的应用。而实际孔隙地层中不仅仅含有岩石颗粒的单相介质,而是含有气、液双相或多相介质。本文针对流体饱和孔隙介质中,孔隙液体含有少量气的情况,建立声学模型研究了其中声传播的基本特性,并应用于平面界面折反射研究及声波测井响应模拟。首先,考虑孔隙流体中含有少量气泡,且气泡在声波作用下线性振动,研究声波在这种孔隙介质中的传播特性。本文先由流体质量守恒方程和孔隙度微分与流体压力微分的关系推导出了含有气泡形式的渗流连续性方程;在处理渗流连续性方程中的气体体积分数时间导数时,应用Commander气泡线性振动理论导出气体体积分数时间导数与流体压强时间导数的关系,进而得到了修正的Biot形式的渗流连续性方程;最后结合Biot动力学方程求得了含气泡形式的位移场方程,便可得到两类纵波及一类横波的声学特性。通过对超软、软、硬地层中快、慢纵波和横波的频散、衰减及纵横波引起的流体位移与固体位移关系的考查,发现少量气泡的存在对快纵波和慢纵波的传播特性影响较大,且对超软地层的影响比对软、硬地层的影响更明显;而少量气泡的存在对横波的影响较小。其次,在采用含少气流体饱和孔隙介质声学理论模型基础上,研究了平面波在流体—含少气流体饱和孔隙介质界面上的折反射,及Scholte波的频散与衰减特性。采用亥姆霍兹分解,引入位移势函数,得到了用位移势函数表示的上层流体与下层孔隙中的基本声场物理量的表达式,再结合边界条件求出了反射系数、透射系数、表面波的特征方程。计算考查了不同气体体积分数下,反射、透射系数随入射角和频率的变化关系,Scholte波相速度、群速度、衰减与频率和气体体积分数的关系。最后,采用本文建立的声学模型计算模拟了含少气流体饱和孔隙介质井内点声源激发的声波场。采取柱坐标系,采用亥姆霍兹分解,引入位移势函数求得井内外介质中的基本声场表达式,再结合边界条件,求得了井内流体中声压的表达式。分别对软硬地层中,同一源距,不同气体体积分数下的声势和同一气体体积分数,不同源距的声势全波进行考查,发现随着气体体积分数的增加,纵波的到时有延迟,说明气泡的存在对纵波的速度有影响。由阵列波形到时算得的纵波的速度与求得的气体体积分数对纵波体波速度影响的大小一致。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O422

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 周来江;杨士莪;;平面波与层状多孔介质海底的反射和透射[J];声学技术;2010年06期

2 崔志文;吕伟国;谢树理;曹正良;王克协;;利用斯通利波衰减反演渗透率的方法改进[J];吉林大学学报(地球科学版);2010年S1期

3 王秀明;;多相孔隙储层声学研究进展[J];应用声学;2009年01期

4 李尧;崔志文;张玉君;王克协;;弹性波在流体与饱和孔隙固体界面上的反射[J];岩土力学;2007年08期

5 蔡袁强;李保忠;徐长节;;两种不混溶流体饱和岩石中弹性波的传播[J];岩石力学与工程学报;2006年10期

6 周新民;夏唐代;徐平;邹振轩;;饱和土介质中地震波在水、气分界面上的反射与透射[J];地震学报;2006年04期

7 崔志文,王克协,曹正良,胡恒山;多孔介质BISQ模型中的慢纵波[J];物理学报;2004年09期

8 胡恒山;孔隙地层井壁上的声波首波及其诱导电磁场的原因[J];物理学报;2003年08期

9 李伟华;饱和度对波在土层交界面的反射、透射系数的影响[J];西北地震学报;2002年04期

10 何涛,史

本文编号：2749348