随钻声波测井仪器最优化设计与数据处理方法

发布时间：2021-08-18 03:52

　　随钻声波测井技术近年来发展很快,并在深海及陆地钻探中开始大量使用。针对地层纵、横波速度的随钻测量这一重大课题,本文从理论、实验和现场数据处理方面开展了深入、细致的研究,明确了测量原理及影响测量的主控因素,发展了测量方法和技术,特别地是一套创新型的变径隔声声系及其最优化设计的方法。全文共分以下三部分:第一部分研究了随钻声波测井钻铤模式波的传播规律及隔声理论。首先研究了随钻多极子声波测井的理论基础和数值模拟方法,考察分析了钻铤拉伸波的传播规律及固有阻带特征。接下来,用有限差分数值模拟方法研究了刻槽钻铤拓宽阻带的隔声原理,在此基础上,研究了一种长度大于一个波长的变径组合钻铤的新的隔声理论,并通过实际尺寸的物理模拟实验验证了变径组合钻铤可以有效地拓宽阻带这一隔声思想。第二部分提出了一种随钻声系的最优化设计方法,设计出了一种创新型不刻槽的随钻多极子测井声系。首先设计了一种在钻铤上周期性刻槽的随钻声波隔声体,将此设计用于现场测试,试验的成功真正实现了随钻环境下的声波测井技术,并获得了良好的地层纵波测量数据。在此基础上进一步设计变径隔声体,根据单极子变径隔声理论和厚壁钻铤低频四极子横波测井理论,构造... 

【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
创新点摘要
第一章 引言
    1.1 研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 随钻声波测井理论研究现状
        1.2.2 随钻声波测井仪器研究现状
        1.2.3 随钻声波测井隔声技术研究现状
        1.2.4 声波测井径向层析成像处理方法研究现状
    1.3 本文研究内容
第二章 随钻声波测井理论基础与多模式耦合理论
    2.1 随钻声波井孔声场理论基础
        2.1.1 钻铤及内、外流体声场的解
        2.1.2 径向分层地层中声场的解
        2.1.3 井孔内、外边界条件
        2.1.4 理论波形和频散计算方法
    2.2 钻铤波的数值模拟及固有阻带分析
        2.2.1 钻铤波固有阻带特征
        2.2.2 不同壁厚钻铤的固有阻带对比
    2.3 变径钻铤的多模式波耦合理论
        2.3.1 模式波正交关系
        2.3.2 变径位置的边界方程
        2.3.3 多模式耦合方程
        2.3.4 广义透射、反射系数矩阵
    2.4 本章小结
第三章 刻槽钻铤的隔声理论和方法
    3.1 三维有限差分方法
        3.1.1 波动方程差分格式和吸收边界
        3.1.2 数值频散和稳定性条件
        3.1.3 三维有限差分程序计算结果对比验证
    3.2 钻铤刻槽式隔声体的理论设计与数值模拟
    3.3 隔声阻带和声衰减的实验室测量
    3.4 现场随钻声波测井实验结果及验证
    3.5 本章小结
第四章 变径组合钻铤的隔声理论和方法
    4.1 钻铤波固有阻带的分布规律
    4.2 长度大于波长的变径组合隔声原理
    4.3 变径组合隔声理论的实验验证
    4.4 本章小结
第五章 随钻单极纵波测井声系最优化设计
    5.1 变径参数对有效阻带的影响
    5.2 声系最优化设计方法
    5.3 一种最优化的声系结构及实验验证
        5.3.1 声系结构
        5.3.2 数值模拟的最优化隔声阻带
        5.3.3 最优化隔声阻带的实验验证
    5.4 本章小结
第六章 随钻四极子横波测井声系优化设计
    6.1 随钻横波测井的理论基础
    6.2 软地层四极子钻铤波干扰及其解决方法
        6.2.1 现有仪器软地层四极子钻铤波干扰
        6.2.2 薄壁钻铤的四极子波频散及波形特征
        6.2.3 厚壁钻铤的钻铤模式四极子波截止频率向高频移
    6.3 硬地层四极子地层波频散严重及其解决方法
        6.3.1 薄壁钻铤的地层四极子波频散及波形特征
        6.3.2 厚壁钻铤降低地层模式四极子波的频散
    6.4 一种随钻多极子声系的优化设计
        6.4.1 声系结构
        6.4.2 单极子纵波测井的理论隔声阻带及波形
        6.4.3 四极子横波测井的理论波形
    6.5 本章小结
第七章 随钻声波测井时差处理方法
    7.1 钻铤波相干性的干扰
    7.2 能量阈值相关方法
        7.2.1 基本原理
        7.2.2 现场随钻声波处理实例及方法验证
    7.3 井下时差处理算法实现与现场实测数据验证
        7.3.1 时差快速算法实现
        7.3.2 井下实时和地面后续处理时差结果对比及验证
    7.4 本章小结
第八章 随钻四极子波反演地层横波速度径向剖面的方法
    8.1 随钻四极子波的频散特征
        8.1.1 径向分层介质随钻声波测井理论
        8.1.2 随钻四极子波频散特征及灵敏度分析
    8.2 频散数据的约束反演方法及验证
        8.2.1 频散数据约束反演方法
        8.2.2 用单层变化模型反演连续径向变化剖面的验证
    8.3 现场随钻测井数据处理实例
    8.4 本章小结
结论
参考文献
附录A 系数矩阵表达式
附录B 模式波正交关系积分表达式
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]横波速度径向层析成像方法及应用研究[J]. 赵龙,唐晓明,苏远大,庄春喜,黑创.  应用声学. 2014(01)
[2]横向各向同性地层中随钻声波测井模式波分析[J]. 李希强,陈浩,何晓,王秀明,丛健生.  地球物理学报. 2013(09)
[3]岩石脆性实验及压裂缝高度与宽度测井预测[J]. 夏宏泉,杨双定,弓浩浩,王成龙.  西南石油大学学报(自然科学版). 2013(04)
[4]利用随钻正交偶极子声波测井评价地层各向异性的数值研究[J]. 王瑞甲,乔文孝,鞠晓东.  地球物理学报. 2012(11)
[5]非常规储层体积改造中岩石脆性特征的判别方法[J]. 才博,丁云宏,卢拥军,王晓冬,杨振周,孙豪,吴国涛.  重庆科技学院学报(自然科学版). 2012(05)
[6]非对称声源多极子随钻声波测井实验室测量研究[J]. 王兵,陶果,陈天润,朱正亚.  地球物理学报. 2012(01)
[7]随钻声波测井隔声体性能评价实验研究[J]. 苏远大,庄春喜,邓林,李玉霞,秦玉坤.  测井技术. 2011(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]多极子随钻声波测井波场模拟与采集模式分析[J]. 王华,陶果,王兵,李卫,张绪健.  地球物理学报. 2009(09)

博士论文
[1]多孔介质声学模型与多极源声电效应测井和多极随钻声测井的理论与数值研究[D]. 崔志文.吉林大学 2004



本文编号：3349132