随钻声波测井隔声体性能评价实验研究

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随钻声波测井环槽隔声体的强度分析

◀钻井技术与装备▶随钻声波测井环槽隔声体的强度分析∗伍㊀能㊀赵宏林㊀刘㊀旭㊀李育房（中国石油大学（北京）机械与储运工程学院）摘要：凹槽隔声体是随钻声波测井中普遍采用的一种隔声体，通过数值模拟方法研究了凹槽隔声体最大等效应力出现的区域，以及扭矩㊁过渡圆弧半径㊁凹槽深度㊁槽间距和槽宽度对隔声体机械强度的影响㊂分析结果表明：扭矩对隔声体的机械强度有较大的影响，在实际计算过程中不能忽略；无论加载扭矩与否，隔声体机械强度最弱的区域出现在内过渡圆弧半径处；隔声体上的最大等效应力与凹槽深度呈线性关系，在满足隔声量与时延量的情况下可以适当减小凹槽深度；隔声体的最大等效应力出现在内过渡圆弧半径处，随着过渡圆弧半径的增大应力逐渐减小㊂所得结论对环槽隔声体的设计具有一定的参考作用㊂关键词：隔声体；测井；凹槽深度；随钻超声波；等效应力中图分类号：ＴＥ９２７㊀文献标识码：Ａ㊀ｄｏｉ：１０１６０８２／ｊｃｎｋｉｉｓｓｎ１００１－４５７８２０１７０７００６ＳｔｒｅｎｇｔｈＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｏｕｎｄＩｎｓｕｌａｔｉｏｎＢｏｄｙｉｎＲｉｎｇＧｒｏｏｖｅｆｏｒＡｃｏｕｓｔｉｃＬｏｇｇｉｎｇＷｈｉｌｅＤｒｉｌｌｉｎｇＷｕＮｅｎｇ㊀ＺｈａｏＨｏｎｇｌｉｎ㊀ＬｉｕＸｕ㊀ＬｉＹｕｆａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｂｅｉｊｉｎｇ））Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂｏｄｙｉｎｒｉｎｇｇｒｏｏｖｅｉｓａｋｉｎｄｏｆｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂｏｄｙｔｈａｔｉｓｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｌｏｇｇｉｎｇｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａ⁃ｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓａｒｅａｏｆｔｈｅｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂｏｄｙ，ａｎｄｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｒｑｕｅ，ｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｉ⁃ｔｉｏｎａｒｃ，ｔｈｅｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ，ｇｒｏｏｖｅｓｐａｃｉｎｇａｎｄｇｒｏｏｖｅｗｉｄｔｈｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂｏｄｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｏｒｑｕｅｈａｓａｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂｏｄｙａｎｄｃａｎｎｏｔｂｅｎｅｇｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｗｉｔｈｏｒｗｉｔｈｏｕｔｌｏａｄｉｎｇｔｏｒｑｕｅ，ｔｈｅｗｅａｋｅｓｔａｒｅａｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｐｐｅａｒｓｉｎｔｈｅｉｎｎｅｒｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｒｃ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂｏｄｙｉｓｌｉｎｅａｒｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ．Ｔｈｅｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｌｙｏｎｔｈｅｐｒｏｍｉｓｅｔｈａｔｔｈｅｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｔｉｍｅｄｅｌａｙａｍｏｕｎｔａｒｅｍｅｔ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂｏｄｙａｐｐｅａｒｓｉｎｔｈｅｉｎ⁃ｎｅｒｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｒｃ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆｔｈｅｉｎｎｅｒｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｒｃ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｒｅ⁃ｓｕｌｔｓｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｃｅｒｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂｏｄｙｉｎｒｉｎｇｇｒｏｏｖｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂｏｄｙ；ｌｏｇｇｉｎｇ；ｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｌｏｇｇｉｎｇｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓ０㊀引㊀言海洋平台由于特殊的条件基本上都采用随钻声波测井方式㊂在随钻声波测井中，四极子声源波主要用于地层横波的测量，这种声源波最大的优点是不会在钻铤中激发钻铤模式波，因此测量地层横波时就不需要安装多余的隔声装置㊂在测量地层纵波时，频率１０ｋＨｚ左右的单极子声源会在钻铤中激发出一种钻铤模式波，这种钻铤模式波的频率较大，波速较快，会对地层的测量产生巨大影响，因此必须想办法来削弱甚至消除钻铤波㊂国外某公司６２㊀㊀㊀㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ㊀㊀２０１７年㊀第４５卷㊀第７期∗基金项目：国家科技重大专项复杂储层测井新方法与探测器研究（２００１１ＺＸ０５０２０－００９）㊂设计并申请了用于随钻过程中的声波阻尼器专利［１］㊂杨勇等［２］利用有限元差分法对钻铤上３种周期性刻槽构成的随钻声波测井隔声体的隔声量进行了数值计算㊂苏远大等［３］利用隔声体衰减的补偿测量办法得到随钻声波测井隔声体在１５１８ｋＨｚ的频率范围内存在一个最佳隔声阻带㊂闫向宏等［４］利用软件对周期性的非轴对称凹槽结构随钻声波测井隔声体上最大等效应力进行了相关计算㊂刘彬等［５］自行设计了一种利用周期性非轴对称孔槽来消除钻铤模式波的工具㊂这些研究并没有涉及比较重要的强度分析，也没有用理论计算说明扭矩和过渡圆弧半径的大小对隔声体强度的影响㊂为此，笔者采用ＡＮＳＹＳ软件对轴对称凹槽隔声体进行了相关的强度分析，验证了扭矩力㊁过渡圆弧半径及凹槽深度对隔声体强度的影响［６］，所得结论可为环槽隔声体的设计提供参考㊂１㊀凹槽隔声体结构图１为凹槽隔声体结构示意图㊂图１㊀凹槽隔声体结构示意图Ｆｉｇ１㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｏｕｎｄ㊀㊀㊀ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂｏｄｙｉｎｒｉｎｇｇｒｏｏｖｅ㊀㊀随钻隔声体大致分为周期性轴对称环槽结构㊁周期性非对称环槽结构及周期性非对称孔形结构㊂笔者主要讨论周期性轴对称环槽结构㊂周期性轴对称环槽结构的环槽主要分为２种：半圆槽和凹槽㊂通过数值模拟探讨了凹槽隔声体最大等效应力出现的区域，以及扭矩㊁过渡圆弧半径㊁凹槽深度㊁槽间距和槽宽度对隔声体机械强度的影响㊂分析时所采用的软件为ＡＮＳＹＳ，数值计算采用的是外径１７８ｍｍ㊁内径５０ｍｍ的Ｎ１３１０无磁钻铤钢㊂该种钢材的密度为７５００ｋｇ／ｍ３，弹性模量为２１０ＧＰａ，泊松比为０３㊂计算时扭力矩取４０ｋＮ㊃ｍ，轴向载荷１００ｋＮ［７］，选择模拟地层深度为１３００ｍ㊂一般地层都存在超压，因此选取压力系数为１１，于是１３００ｍ深度的地层压力为１５ＭＰａ，在１３００ｍ深度钻井泵的输出压力为８ＭＰａ，考虑到压力损失，所以内压为７ＭＰａ［８－１０］㊂２㊀数值计算在计算中，内㊁外过渡圆弧半径分别为Ｒ１和Ｒ２，凹槽深度为ｈ，凹槽宽度为ｗ，槽间距为Ｌ㊂２１㊀扭矩对隔声体强度的影响图２为加载扭矩与不加载扭矩时最大等效应力随凹槽深度变化的曲线㊂由图可知，加载扭矩和不加载扭矩２种情况下，凹槽隔声体上最大等效应力σｍａｘ随着凹槽深度ｈ的增加逐渐增大，且加载扭矩时最大等效应力远大于不加载扭矩时最大等效应力，所以不可忽略扭矩对隔声体机械强度的影响㊂模拟结果还表明：加载扭矩与不加载扭矩时隔声体最大等效应力出现的区域均是内圆弧过渡半径处㊂图２㊀最大等效应力随凹槽深度变化曲线Ｆｉｇ２㊀Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｇｒｏｏｖｅｄｅｐｔｈｏｎ㊀㊀㊀ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓ２２㊀凹槽深度对隔声体强度的影响在数值模拟计算中，取内㊁外圆弧过渡半径Ｒ１＝Ｒ２＝３ｍｍ，槽宽度分别取４０和１２５ｍｍ，设置２种槽宽间隔分布，得到凹槽深度ｈ与最大等效应力σｍａｘ的关系曲线，结果如图２和图３所示㊂图３㊀槽宽４０ｍｍ㊁槽间距８０ｍｍ㊀㊀㊀时最大等效应力变化曲线Ｆｉｇ３㊀Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓ㊀㊀㊀ｕｎｄｅｒｔｈｅｇｒｏｏｖｅｗｉｄｔｈｏｆ４０ｍｍ㊀㊀㊀ａｎｄｔｈｅｇｒｏｏｖｅｓｐａｃｉｎｇｏｆ８０ｍｍ７２２０１７年㊀第４５卷㊀第７期伍㊀能等：随钻声波测井环槽隔声体的强度分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀图４㊀槽宽１２５ｍｍ㊁槽间距１２５ｍｍ㊀㊀㊀时最大等效应力变化曲线Ｆｉｇ４㊀Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓ㊀㊀㊀ｕｎｄｅｒｔｈｅｇｒｏｏｖｅｗｉｄｔｈｏｆ１２５ｍｍ㊀㊀㊀ａｎｄｔｈｅｇｒｏｏｖｅｓｐａｃｉｎｇｏｆ１２５ｍｍ㊀㊀由图３和图４可以看出，无论是槽间距与槽宽度相等或不等，隔声体的最大等效应力都随着槽深度的增加呈线性增大；从图还可以看出，随着槽深度的增加，最大等效应力值增加的幅度没有明显的减小，因此从隔声体的机械强度考虑，凹槽深度取值越小越好㊂但是随着凹槽深度的减小，相应的隔声量与时延量会变小㊂综合考虑，凹槽深度不能过小，也不能过大㊂２３㊀内圆弧过渡半径对隔声体强度的影响图５为凹槽隔声体最大等效应力分布图㊂由图可知，隔声体的最大等效应力只会出现在内过渡圆弧位置，外圆弧过渡部分基本上不存在太大的等效应力㊂因此在实际的隔声体设计过程中，需要重点考虑内圆弧半径区域，该区域的尺寸变化最大，因会出现最大的等效应力㊂下面重点讨论内过渡圆弧的取值对最大等效应力的影响㊂图５㊀凹槽隔声体最大等效应力分布图Ｆｉｇ５㊀Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ㊀㊀㊀ｏｆｔｈｅｓｏｕｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂｏｄｙｉｎｒｉｎｇｇｒｏｏｖｅ㊀㊀图６为槽宽ｗ＝１２５ｍｍ㊁槽间距Ｌ＝８０ｍｍ㊁Ｒ２＝３ｍｍ时最大等效应力σｍａｘ随Ｒ１变化曲线㊂图７为槽宽ｗ＝４０ｍｍ㊁槽间距Ｌ＝８０ｍｍ㊁Ｒ２＝３ｍｍ时最大等效应力σｍａｘ随Ｒ１变化曲线㊂由图６和图７可知，隔声体的最大等效应力随着内过渡圆弧半径的增大而逐渐减小，但是减小的幅度越来越小㊂这是因为应力集中最容易出现在尺寸变化最大的地方，而内圆弧过渡区就是隔声体上尺寸变化最大的区域，因此该区域最容易出现应力集中㊂随着内圆弧过渡半径的增大，该区域的尺寸突变情况得以好转㊂随着内圆弧过渡半径Ｒ１的增加，内圆弧越来越平滑，但是变化率越来越小㊂从此模型的模拟结果来分析，内过渡圆弧半径的最优值为５０５５ｍｍ㊂杨勇等［２］的研究结果表明：隔声体使某一中心频率附近钻铤波有最大衰减效果的刻槽结构是，槽宽与槽间距相等且近似等于该频率波长的⅟ ㊂苏远大等［３］对环槽隔声体的研究结果表明：当钻铤波的频率为１６ｋＨｚ时，衰减最大㊂图６㊀最大等效应力随内过渡圆弧半径变化曲线Ｆｉｇ６㊀Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆｔｈｅｉｎｎｅｒｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ㊀㊀㊀ａｒｃｏｎｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓ图７㊀最大等效应力随内过渡圆弧半㊀㊀㊀径变化的曲线（ｈ＝１８ｍｍ）Ｆｉｇ７㊀Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆｔｈｅｉｎｎｅｒｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｒｃ㊀㊀㊀ｏｎｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓ（ｈ＝１８ｍｍ）㊀㊀隔声体材料为无磁钻铤钢，波速为５８６０ｍ／ｓ［６］㊂由此可以计算出频率为１６ｋＨｚ的钻铤波的波长为０３６６ｍ㊂槽间距Ｌ与槽宽ｗ约取９０ｍｍ，内㊁外圆弧过渡半径分别取Ｒ１＝５ｍｍ㊁Ｒ２＝３ｍｍ，以凹槽深度ｈ为变化值，得到如图８所示的应力曲线㊂从图８可知，随着槽深度ｈ的增加，隔声体的最大等效应力也相应增加㊂因此在满足隔声量与时延量的情况下，可以通过适当减小凹槽深度来减小隔声体上最大等效应力㊂８２㊀㊀㊀㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械２０１７年㊀第４５卷㊀第７期图８㊀槽宽９０ｍｍ㊁槽间距９０ｍｍ㊁内圆弧㊀㊀㊀过渡半径５ｍｍ时最大等效应力曲线Ｆｉｇ８㊀Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓｃｕｒｖｅｕｎｄｅｒｔｈｅｇｒｏｏｖｅ㊀㊀㊀ｗｉｄｔｈｏｆ９０ｍｍ，ｔｈｅｇｒｏｏｖｅｓｐａｃｉｎｇｏｆ９０ｍｍ㊀㊀㊀ａｎｄｔｈｅｉｎｎｅｒｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｒｃｒａｄｉｕｓｏｆ５ｍｍ２４㊀槽间距对隔声体机械强度的影响槽数量由隔声体上槽间距Ｌ与槽宽ｗ决定，并直接影响隔声体的隔声量与时延量㊂在选择槽宽度ｗ＝２０ｍｍ㊁槽深度ｈ＝１０ｍｍ㊁内圆弧过渡半径Ｒ１＝３ｍｍ的条件下，槽间距Ｌ从６０ｍｍ连续增加到１００ｍｍ时最大等效应力变化曲线如图９所示㊂从图可知，随着槽间距Ｌ的增加，隔声体最大等效应力逐渐减小，但是减小的幅度极小㊂因此，在计算隔声体的机械强度时，当槽间距在某一范围内时，可以忽略槽间距对隔声体机械强度的影响㊂图９㊀槽间距变化时最大等效应力变化曲线Ｆｉｇ９㊀Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｇｒｏｏｖｅｓｐａｃｉｎｇｏｎ㊀㊀㊀ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓ３㊀结论与认识（１）扭矩对隔声体的机械强度有较大的影响，在实际的计算过程中不能忽略扭矩的作用，而且无论扭矩加载与否，隔声体机械强度最弱的区域都出现在内过渡圆弧半径处㊂（２）外圆弧过渡半径对隔声体的机械强度几乎没有影响，在实际的设计过程中不需要过多地考虑外圆弧过渡半径㊂（３）凹槽深度对隔声体的机械强度有较大影响㊂隔声体上的最大等效应力与凹槽深度呈线性关系，在满足隔声量与时延量的情况下，可以通过适当减小凹槽深度来减小隔声体上最大等效应力㊂（４）隔声体的最大等效应力出现在内过渡圆弧半径处，随着过渡圆弧半径的增大应力逐渐减小，当圆弧半径增加至某一区域时有比较小的应力值，超过该区域以后应力值会出现增大的现象㊂笔者的分析结果对于环槽隔声体的设计具有一定的参考作用，在实际的隔声体设计当中，还需要考虑井下复杂的地质环境的影响，重点考虑隔声体的隔声效果㊂凹槽深度和内过渡圆弧半径等设计参数不仅需要满足隔声体的机械强度要求，更重要的是需要满足对钻铤波隔声效果的要求㊂参㊀考㊀文㊀献［１］㊀苏远大，毕新帅，闫向宏，等．基于ＡＮＳＹＳ的随钻声波测井隔声体强度分析［Ｊ］．科学技术与工程，２０１１，１１（１５）：３４０４－３４０６．［２］㊀杨勇，车小花，张菲，等．用三维时域有限差分法研究随钻声波测井仪器隔声体的设计［Ｊ］．科学技术与工程，２００９，９（３）：５６５－５６７．［３］㊀苏远大，庄春喜，邓林，等．随钻声波测井隔声体性能评价实验研究［Ｊ］．测井技术，２０１１，３５（５）：４０２－４０５．［４］㊀闫向宏，苏远大，孙建孟，等．周期性轴对称凹槽结构隔声特性数值模拟［Ｊ］．计算物理，２０１０，２７（６）：８６９－８７６．［５］㊀刘彬，王芳，陈德华，等．周期性非轴对称孔槽结构隔声性能数值模拟研究［Ｊ］．应用声学，２０１２，３１（５）：３３３－３３８．［６］㊀浦广益．ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ１２基础教程与实例详解［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２０１０．［７］㊀闫向宏．随钻测井声波传输特性数值模拟研究［Ｄ］．青岛：中国石油大学（华东），２０１０．［８］㊀吕拴录，张宏，许峰，等．石油钻铤断裂原因分析［Ｊ］．机械工程材料，２０１０，３４（６）：８０－８２．［９］㊀王贺，赵宏林，车小花，等．声波测井仪外壳声传播特性研究［Ｊ］．石油机械，２０１６，４４（２）：１１－１６．［１０］㊀刘彬．随钻声波测井仪器隔声体优化设计［Ｄ］．北京：中国石油大学（北京），２０１２．㊀㊀第一作者简介：伍㊀能，生于１９９２年，２０１５年毕业于西安石油大学机械设计专业，现为在读硕士研究生，研究方向为机械设计及理论和海洋油气装备㊂地址：（１０２２４９）北京市昌平区㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：８６５３９３８０４＠ｑｑｃｏｍ㊂㊀收稿日期：２０１７－０１－０５（本文编辑㊀王刚庆）９２２０１７年㊀第４５卷㊀第７期伍㊀能等：随钻声波测井环槽隔声体的强度分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀。

基于ANSYS的随钻声波测井隔声体强度分析

差分法、限元法对钻铤上刻槽构成的随钻声波测有
（）隔声体三维模型图（）凹槽横截面示意图ａｂ
井隔声体的隔声量进行了数值分析．。钻井工程ｏｊ中因钻铤上承受轴向力、擦力、力矩等作用，摩扭钻铤材料缺陷、构缺陷等都会导致钻铤疲劳损结坏。Ｊ因此钻铤上刻槽构建随钻声波测井隔声体。，时，对刻槽参数与截面突变处最大等效应力间的关
５．ｍ、径为１７８ｍ的７ｉ通合金钢钻７２ｍ外７．ｍｎ普铤¨ ，忽略摩擦力、力矩的作用，声体承受轴向扭隔力载荷为１０ｋ０Ｎ。
摘
要利用ＡＳＳ对周期性非轴对称凹槽结构随钻声波测井隔声体上最大等效应力进行了数值计算。建立了凹槽参数与ＮＹ
最大等效应力之间关系。数值计算结果表明：凹槽深度、渡弧半径以及凹槽圆心角大小对随钻声波测井隔声体上最大等效过
应力影响较大。相关研究结果对设计随钻声波测井隔声体有重要参考价值。关键词随钻声波测井隔声体最大等效应力凹槽参数
基金（Ｒ０９Ｌ０）中央高校基本科研业务费专项资金Ｚ２０Ｅ０６及
（０Ｘ４４Ａ）１Ｃ００５资助
第一作者简介：苏远大（９８）男，１７一，吉林榆树人，士，究方向：硕研
声波测井方法。
出其最大应力的结果，只能借助于数值计算或者物
构声波的原理。ＢｋｒＨｇｅａｅｕｈｓ公司的ＥｉＭｏ，ｒｌｃｚ

随钻声波测井的正弦脉冲激励方法和实验研究

随钻声波测井的正弦脉冲激励方法和实验研究谭宝海;唐晓明;张凯【摘要】多极子随钻声波测井受钻铤直达波干扰影响严重,将声源激励频率控制在隔声体阻带内是获得高信噪比数据的重要方法.传统单脉冲激励源因其谐振点工作和宽频特性难以满足要求.针对这一问题,设计了基于推挽式功率放大结构的门控正弦波脉冲激励电路,包括发射主控制器、信号发生、半波整流、功率放大、脉冲变压器及高压储能等电路单元.通过实验研究,激励同一换能器的声源频率、相位和带宽均可控,实现了多极子模式的发射,并给出了声源周期数量设计的参考依据.%Multipole LWD acoustic logging are affected seriously by direct waves along the drill collar.In order to obtain high SNR data, it is an effective method to control the frequency of excitation sources into the attenuation domains of the isolator.However, the traditional single pulse signals cannot meet the above demands for their broad frequencies and resonance working status.Therefore, this paper designs a gate sine-wave pulse excitation circuit based on push-pull power amplification structure to solve this problem.The circuit consists of an excitation controller, a signal generator, a detector, apower amplifier, apulse transformer and a power storage circuit.Through experimental research, the frequency, phase and bandwidth of the sound source of the same transducer are all adjustable, which realizes the multi-pole mode emission and obtains the reference basis for the design of the number of sound source cycles.【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2018(042)006【总页数】5页(P629-633)【关键词】随钻声波测井;声源激励;推挽式功率放大;频率;带宽【作者】谭宝海;唐晓明;张凯【作者单位】中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 山东青岛 266580;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 山东青岛 266580;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 山东青岛 266580【正文语种】中文【中图分类】P631.840 引言随钻声波测井技术自20世纪80年代末问世至今[1] ,历经了地层纵波、横波和方位声速成像测量阶段的发展,已在海上水平井和大斜度井的钻井施工和储层评价方面发挥了重要作用。

随钻声波测井声系短节的研制与测试

随钻声波测井声系短节的研制与测试一、绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状1.3 研究进展和作者立场二、声波测井声系短节的原理和设计2.1 声波测井声系短节的原理2.2 设计方案与方法2.3 声波测井声系短节的制备过程三、声波测井声系短节的测试方法和实验设计3.1 测试方法的概述3.2 实验设计3.3 测试数据分析方法四、声波测井声系短节的实验结果4.1 实验结果的分析4.2 在实验时采取的优化策略4.3 实验结果的客观评价五、结论与展望5.1 主要结论5.2 不足之处与展望5.3 实际应用前景探讨第一章绪论1.1 研究背景与意义声波测井技术作为工程地球物理探测的重要手段之一，在石油勘探、开发、生产、环保等领域得到了广泛的应用，具有极其重要的地位和作用。

而声波测井声系短节作为声波测井装置的核心部分，直接关系到声波测井仪器的性能和测量精度。

传统的声波测井声系短节通常是基于声阻抗匹配的原理，由四个声阻抗相等的部分组成，各部分之间采用机械紧固方法连接。

但这种设计方式存在很大的缺陷，如容易引入背景噪声、噪声幅度不可控制等问题，这些问题不仅会影响声波信号的传输和采集效率，还会影响到测量数据的准确性和有效性，进而影响到声波测井技术的应用范围和发展。

针对该问题，本研究旨在开发设计一种新型的声波测井声系短节，以替代传统的声阻抗匹配式设计，提高声波信号的信噪比，从而提高声波测井的准确度和可靠性。

1.2 国内外研究现状随着声波测井技术的快速发展，相关研究也随之涌现。

2015年，中国科学院地球物理研究所王景新等学者提出了一种新型的声波测井声系短节，采用多级隔离、线性化接口技术，有效地提高了声波信号的传输性能，取得了较好的效果[1]。

在国外，美国、法国、德国等国家的科研人员也积极研究声波测井装置的声波信号特性，提出了许多新的声波测井系统，如交流纵波多普勒装置、纵波交错测量装置。

其中，2009年美国硅谷公司推出的Full Range Acoustic System（FRAC）声波测井系统采用了多种特殊的计算方法和滤波技术，能够有效地实现复杂地层中有效信号的获得和识别[2]。

钻柱振动声波录井技术实验研究

动声波录井技术具有广阔的应用前景进
，
一
步研究和开发尤其适用于
研究
P DC
钻头快速钻进的录井需要
。
关键词
钻柱振动声波录井
模拟
实验
频谱
《 j
0l者
1994
新的挑战它充满了很多有意义的研究课题具有广
，
，
泛的应用前景
口
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的
5
种岩样进行了实验室条件下的钻井模拟实验
，
；
它有别于传统录井技术中的信号采集
。
“
，
信号
试图完整测试钻柱振动声波录井技术在无线信号采集系统中的可靠性
。
噪声是钻柱振动声波录井技术的基础
i
．
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1
前期实验研究结果
，
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图
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在时域和频域的测试结果图频域的测试结果
其内容涉及：通过施加不同钻压和转速观察在 P D C 钻头的切削下声波频率是否随之变化；钻柱是否为钻头破岩
时振动声波的良好载体；岩石破碎的高频振动声波信号是否可以在钻柱的顶部截获；数据采集通过无线方式传输
，
～

声波测井在测井中的应用研究

声波测井在测井中的应用研究【摘要】随着我国经济和技术手段的不断发展和进步，声波测井技术已被广泛应用。

声波测井技术是指，技术人员依据声波在岩层中的传播特点，来探测井下的地质状况。

为了更好的发挥声波测井的作用，笔者对声波测井技术在测井中的工作原理与方法进行了阐述，并分析了该技术的现实应用情况，探讨了声波测井技术的主要发展趋势。

【关键词】声波测井测井应用20世纪60年代，声波测井方法已开始被应用于测井工作中。

目前，该技术已发展成最流行的物理测井方法之一。

由于在不同的介质中，声波会展现出不同的传播特性，同时，声波还不受泥浆侵入的影响。

因此，技术人员可利用声波技术，来探测井下的地质情况。

＜b＞ 1 声波测井技术工作方法＜/b＞由于声波是声音借于机械振动所产生的运动形式，因此，声波的传播情况与介质的弹性有密切关系。

因声波具有作用快、能量小等特点，所以技术人员在运用声波测井时，可将岩石作为弹性主体，并依据其传播特点来研究井下的地质情况。

目前，声波测井技术主要包括声幅测井技术与声速测井技术。

同时，声波测井技术采用的设备称作声波测井仪，通过该仪器发出的声波，工作人员可估算井下岩层的空隙度，从而探测井下岩层的性质。

声波测井体系由地面控制器、记录处理设施及井下换能器三部分组成。

其中，记录处理设施用于记录接收换能器时产生的时间差，而非声波信号抵达该技术系统时的初始时间，这种测量方法有助于减小测量误差，从而提高结果的精密度。

此外，声波测井技术还引入了信号网络，从而将声波测井过程转变为网络信号传输模型，以便更加精确的探测出井下以及井眼周围的地质情况。

＜b＞ 2 声波测井技术在测井中的应用＜/b＞近年来，声波测井技术经历了快速的发展：声幅测井、声速测井—长距声波测井—超声波测井、多极子列阵声波。

因此，声波测井技术已不再单纯依靠声学技术，而是在其基础上还融入了声学理论、电子信息技术、计算机网络信息处理模型等现代测量技术。

目前，声波测井技术在测井工作中的应用主要表现在以下几方面。

随钻前视声波测井钻头前方声场特征研究

第 49 卷第 2 期石油钻探技术Vol. 49 No.2 2021 年 3 月PETROLEUM　DRILLING　TECHNIQUES Mar., 2021◄测井录井►doi:10.11911/syztjs.2021020引用格式：杨书博，乔文孝，赵琪琪，等. 随钻前视声波测井钻头前方声场特征研究[J]. 石油钻探技术，2021, 49（2）：113-120.YANG Shubo， QIAO Wenxiao， ZHAO Qiqi，et al. Study on the characteristics of the acoustic field ahead of the bit in “look-ahead” acoustic logging while drilling [J]. Petroleum Drilling Techniques，2021, 49（2）：113-120.随钻前视声波测井钻头前方声场特征研究杨书博1,2，乔文孝3，赵琪琪4，倪卫宁1,2，吴金平1,2（1. 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室，北京 102206；2. 中国石化石油工程技术研究院，北京 102206；3. 油气资源与探测国家重点实验室（中国石油大学（北京）），北京 102249；4. 中国石油大学（北京）克拉玛依校区，新疆克拉玛依 834000）摘　要: 现有声波测井仪器无法满足前视探测需求，为此开展了基于相控阵技术的随钻前视声波测井技术研究。

采用相控线阵声波辐射器和相控圆弧阵声波接收站，分别实现声波能量的定向辐射和扫描接收；利用有限差分算法，分别模拟了随钻条件下钻头前方存在一个地层界面时的单极和相控阵声波测井响应。

模拟结果表明，由于井底散射的影响，随钻前视声波测井的波场比常规反射声波测井的声场更为复杂；与单极声波辐射器相比，相控线阵声波辐射器能够定向增强辐射到钻头前方地层中的声波能量，可以显著增强P-P回波的幅度；与单极声波接收器相比，通过统计相控圆弧阵声波接收站扫描接收到的不同方位P-P回波的幅度，可以近似判断钻前地层界面的方位。

随钻声波测井隔声体性能评价实验研究

随钻声波测井隔声体性能评价实验研究苏远大;庄春喜;邓林;李玉霞;秦玉坤【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2011(035)005【摘要】隔声体是随钻声波测井的关键部件,既要保证有足够强度以满足钻井的需要,又要有效地衰减钻铤直达波的干扰,以便测到准确的地层信号.提出了一种用随钻声波测井单极子换能器测量隔声体声衰减性能的实验方法.采用发射和接收换能器均放在隔声体两端的补偿声衰减测量方案.通过推挽式功率放大器强迫驱动发射换能器产生不同主频的声波信号沿隔声体传播,测量并计算出不同频率的钻铤直达波经隔声体前、后的声幅曲线.给出了实际随钻声波测井隔声体短节的实验室测量实例,并确定出了该结构隔声体的钻铤直达波最佳隔声阻带及最大衰减系数.【总页数】4页(P402-405)【作者】苏远大;庄春喜;邓林;李玉霞;秦玉坤【作者单位】中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛 266555;中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛 266555;中国石油集团测井有限公司,陕西西安710077;中国石油集团测井有限公司,陕西西安 710077;中国石油集团测井有限公司,陕西西安 710077【正文语种】中文【中图分类】P631.84【相关文献】1.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2.随钻声波测井环槽隔声体的强度分析 [J], 伍能;赵宏林;刘旭;李育房3.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4.基于ANSYS的随钻声波测井隔声体强度分析 [J], 苏远大;毕新帅;闫向宏;张美玲;刘文丽;王宁5.随钻声波测井隔声体刻槽影响的数值模拟研究 [J], 杨培年;陈德华;潘钥;张咪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

随钻测井声波传输特性数值模拟研究

随钻测井声波传输特性数值模拟研究集地质导向钻井、随钻测井、高速数据传输技术等于一体的自动化、智能化钻井是现代钻井的最高水平。

开展随钻测井声波沿钻柱系统传输特性研究,有助于为利用钻柱系统进行随钻数据声波传输技术开发和随钻声波测井仪器的研发等提供理论基础,对推动我国智能化钻井技术发展、提升随钻服务水平具有一定的实际应用价值。

为了消除随钻测井中沿钻柱传播的高频钻铤模式波对地层纵波测量的影响,文中基于定常结构发生截面突变会引起结构的阻抗失配,从而起到隔离弹性波的声学原理,通过在钻铤上开槽的方式实现截面突变,达到抑制钻铤模式波传播的目的,结合数值模拟主要研究了周期性环状凹槽隔声结构的声学特性、力学特性与切割凹槽参数之间的关系以及隔声结构的存在对井孔斯通利波的影响规律。

研究结果表明:周期性环状凹槽隔声系统的结构周期决定了阻带位置及宽度,隔声结构的延时量、隔声量都随着凹槽数量、凹槽深度的增加而增大;隔声结构上的最大应力随凹槽深度增加而增大,随过渡弧半径的增加而减小;隔声结构的存在会对井孔斯通利波产生影响,测井全波响应中斯通利波包前、后出现了干扰信号,斯通利波“幅度高、前窄后宽”的特征不再明显。

相关研究结果对随钻声波测井仪器研发具有一定参考价值。

为了防止钻井过程中因钻柱共振引起的钻柱疲劳破坏、断裂等现象的发生,文中基于一维纵向振动和扭转振动方程,利用等效网络法推导出了钻柱系统纵向振动和扭转振动的等效机械阻抗表达式,给出了利用等效机械阻抗方程确定纵向振动、扭转振动机械谐振频率的原理和方法。

计算结果表明:等效网络法具有直观、简便、易用、结果可靠的优点,对钻井过程中设计减振器、选择合理的钻速具有重要参考价值。

以沿钻柱系统传播的声波为载波进行随钻数据传输是一种有发展前途的高速数据传输技术。

文中采用理论与有限元数值模拟相结合的方法,研究了低频声波在周期性理想钻柱系统、非周期型理想钻柱系统以及实际钻柱系统的传播特性。

结果表明:周期性钻柱系统都具有通、阻带交替出现的梳状滤波器特性,而非周期型钻柱系统的阻带区域变宽,通带变窄,钻杆、接箍长度决定了通、阻带位置及宽度;当声波沿处于充液井孔中的钻柱系统传播时,会向井孔流体、井外地层中辐射声波,导致其沿钻柱的传播衰减增大。

随钻声波测井的声场分析

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一、绪论
低渗透油藏渗流特征及其试井分析
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低渗透油藏渗流特征及其试井分析
请老师和各位同学批评指正
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4
研究思路
低渗透油藏渗流特征及其试井分析
在实际的测井过程中，通过接收器往往只能测量到位移和声压信号，所以我们必须得到井孔声场中位移和声压的表达式。
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一、绪论
低渗透油藏渗流特征及其试井分析
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一、绪论
低渗透油藏渗流特征及其试井分析
在钻铤和钻铤内流体的交界面（r=c）处法向位移连续：法向应力连续：切向应力连续：切向应力连续：在钻铤和钻铤外流体的交界面（r=b）处法向位移连续：法向应力连续：切向应力连续：切向应力连续：在钻铤外流体和地层的交界面（r=a）处法向位移连续：法向应力连续：切向应力连续：切向油藏渗流特征及其试井分析
1几何上是轴对称
2径向方向上存在四层介质：钻铤内流体、钻铤、钻铤与地层之间的流体和井外地层。 3忽略钻铤本身半径的变化，将钻铤简化为等半径的各向同性的均匀的弹性圆柱壳，钻铤内和钻铤与地层之间均是填充同一种理想流体，井外是无限延伸的均匀地层，声源的发射器和接收器均附着在钻铤的外表面。
在钻铤和钻铤外流体的交界面rb处在钻铤外流体和地层的交界面ra处低渗透油藏渗流特征及其试井分析一绪论纵波速度横波速度密度半径钻铤柱内液体1470100000275860313078000090钻铤外流体147010000117快速地层397224652320低渗透油藏渗流特征及其试井分析一绪论低渗透油藏渗流特征及其试井分析一绪论10低渗透油藏渗流特征及其试井分析一绪论11低渗透油藏渗流特征及其试井分析12请老师和各位同学批评指正
汇报人：叶正伟

随钻测量随钻测井技术现状及研究

随钻测量随钻测井技术现状及研究随钻测量(measure while drilling，MWD)技术可以在钻进的同时监测一系列的工程参数以控制井眼轨迹，提高钻井效率。

随钻测井(logging while drilling，LWD)技术可以不中断钻进监测一系列的地质参数以指导钻井作业，提高油气层的钻遇率[1-5]。

近年来，油气田地层状况越来越复杂，钻探难度越来越大。

在大斜度井、大位移井和水平井的钻进中，MWD/LWD是监控井眼轨迹的一项关键技术[6-8]，是评价油气田地层的重要手段[9]，是唯一可用的测井技术[3]，而常规的电缆测井无法作业[10]。

国外的MWD/LWD技术日趋完善，而国内起步较晚，技术水平相对落后，国际知识产权核心专利较少[9]，与国外的相关技术有一段差距。

本文介绍国内外MWD/LWD相关产品的技术特点和市场应用等情况，分析国内技术落后的原因以及应对措施。

1 国外MWD/LWD技术现状20世纪60年代前，国外MWD的尝试都未能成功。

60年代发明了在钻井液柱中产生压力脉冲的方法来传输测量信息。

1978年Teleco公司开发出第一套商业化的定向MWD系统，1979年Gearhart Owen公司推出NPT定向/自然伽马井下仪器[10]。

80年代初商用的钻井液脉冲传输LWD 才产生，例如：1980年斯伦贝谢推出业内第一支随钻测量工具M1，但仅能提供井斜、方位和工具面的测量，应用比较受限，不能满足复杂地质条件下的钻井需求[11]。

1996年后，MWD/LWD技术得到了快速的发展。

国际公认的三大油服公司：斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯，其MWD/LWD技术实力雄厚，其仪器耐高温耐高压性能好、测量精度高、数据传输速率高，几乎能满足所有油气田的钻采，在全球油气田均有应用。

斯伦贝谢经过长期的技术及经验积累，其技术特点为高、精、尖、专，业内处于绝对的领先地位[12-15]，是全球500强企业。

LWD的技术主要体现在智能性、高效性、安全性[10]。

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

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王瑞甲;乔文孝;鞠晓东【摘要】Because the drill collar takes most of the space in the borehole, the mode waves in LWD conditions propagating along the borehole axis are quite different from that of wireline logging. In this work, a cross dipole acoustic LWD model was established, and the acoustic field of borehole surrounded by anisotropy in LWD conditions excited by dipole source was simulated using a three-dimensional finite difference method, and the response characteristics of formation acoustic anisotropy in cross dipole acoustic LWD were studied. Numerical results show that when the borehole axis is perpendicular to the symmetry axis of TI formation in the LWD conditions,flexural waves splitting still exist, and the fast shear wave angle can be estimated by the cross-dipole measurements and appropriated inversion method, and the velocities of fast and slow shear wave and the acoustic anisotropy information can be obtained by an appropriate inversion algorithm combined with the theoretical model. For the situation that the angle between the borehole axis and the symmetry axis is not 90° or 0°, the problem becomes very complicated. The velocity of flexural waves is inconsistent with the velocity of corresponding shear body waves with the changes of the angle between the borehole axis and formation symmetry axis. However, the velocity of shear waves is still the main controlling factor of flexural waves in certain frequency range. For the model studied in this paper, when the angle between the borehole axisand the symmetry axis is greater than 60°, the anisotropy parameter measured by flexural waves can basically indicate the true velocity anisotropy of shear waves for the corresponding angle.%在随钻测井条件下,由于钻铤占据了井孔内的大部分空间,充液井孔中沿着井轴方向传播的模式波的特性与电缆测井非常不同.本文建立了随钻正交偶极子测井声学模型,采用三维有限差分方法模拟了偶极子声源在随钻条件下各向异性地层井孔内激发的声场,研究了地层的声学各向异性在随钻正交偶极子声波测井中的响应特征.数值模拟结果表明,在随钻测井条件下,对于井轴同TI地层对称轴垂直的情况,弯曲波分裂现象仍然存在,通过正交偶极子测量方式和合适的反演算法能够准确有效地确定地层的快横波方位角,可以考虑采用同正演理论相结合的反演算法来获得地层的快、慢横波速度及声学各向异性信息；对于井轴同介质对称轴呈一定夹角的TI地层井孔,情况变得非常复杂,不同井斜倾角下弯曲波的速度的变化趋势并非同对应的地层横波速度的变化趋势完全一致,不过在一定的频段内,地层横波速度仍然是弯曲波的最主要控制因素.对于本文研究的模型,当井轴同介质对称轴的夹角大于大于60°时,此时获得的弯曲波的各向异性值基本能够反映对应角度下地层横波速度的各向异性信息.【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2012(055)011【总页数】13页(P3870-3882)【关键词】随钻声波测井;正交偶极子声源;横向各向同性;数值模拟【作者】王瑞甲;乔文孝;鞠晓东【作者单位】中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;北京市地球探测与信息技术重点实验室,北京 102249;中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;北京市地球探测与信息技术重点实验室,北京 102249;中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;北京市地球探测与信息技术重点实验室,北京 102249【正文语种】中文【中图分类】P6311 引言随钻声波测井在节省井架占用时间、利用测得的声波速度模型与地震勘探数据相结合实时确定地层界面的位置、估算地层孔隙压力等方面有着电缆测井无法比拟的优势[1］.关于随钻声波测井的研究，国内外已做了大量的工作.Minear和Legget成功实现了地层随钻纵波测量[2-3］；Tang等认为采用四极子声源进行随钻横波测量有着偶极子声波测井无法比拟的优势[4］；Sinha等也研究了随钻测井模型下各向同性地层井孔内导波的基本响应特征[5］.目前，随钻声波测井仪已基本实现了地层纵、横波测量的功能，下一步所面临的挑战是对地层的声学各向异性进行测量. 各向异性测量主要包括快横波面方位的确定和横波各向异性值的测量两个方面.尽管四极子声源在随钻地层横波测量方面取得了成功，但是限于其方位特性，很难利用四极子声源实现随钻地层各向异性测量.虽然部分学者已经在此方面开展了一些工作[6］，但是至今未见成功利用四极子声源实现地层各向异性测量的报道.采用正交偶极子声波测井方式评价地层各向异性的方法已经在电缆测井中得到了广泛的应用[7］.因为随钻四极子声波测井仪换能器的安装位置同正交偶极子声波测井仪器相同，且其接收站兼具备正交偶极子接收功能，通过合理的电路设计，可以较为方便地实现随钻正交偶极子声波测井，所以采用正交偶极子声源进行地层各向异性评价的方法为随钻地层各向异性测量的首选方式.研究各向异性地层随钻正交偶极子声波测井的响应特征，对偶极子声源在含钻铤各向异性地层井孔内激发的声场进行分析，可以帮助理解在随钻条件下各向异性地层井孔内沿井轴方向传播的弯曲波的特征，为新一代随钻声波各向异性测量仪器的设计及测量方案的设计提供理论指导.有关各向异性地层井孔声场的研究，国内外已经做了大量的工作.Cheng采用三维直角坐标系有限差分方法模拟了正交各向异性地层包围的井孔内多极子声源激发的声场[8］.Schmitt研究了介质对称轴同井轴平行情况下，多极子声源激发的模式波的频散曲线及衰减曲线，并分析了各地层参数对于井孔内导波的影响[9］.Sinha 采用三维柱坐标系有限差分方法模拟研究了典型的硬地层和软地层条件下，TI地层斜井情况下多极子声源激发的声场以及仪器的存在对于井内模式波频散特征的影响，他认为，各向异性地层中，弯曲波在低频下的传播速度为对应地层横波的相速度[10］.王秀明采用三维直角坐标系有限差分方法计算了TI地层斜井中的单极子声源和偶极子声源激发的声场，他的模拟结果表明声波测井所测得的弯曲波的速度同各向异性地层体波的群速度一致[11］.张碧星分别采用实轴积分和摄动积分的方法研究了TI地层中模式波的频散特性和激发强度[11］.陈雪莲和王瑞甲采用实轴积分法模拟了径向分层TI孔隙介质井孔内多极子声源激发的声场，并着重研究了渗透率对模式波衰减和幅度的影响以及井孔模式波的探测深度问题[12-13］.He和Hu等从理论上推导了井孔弯曲波的低频极限速度公式，并采用三维柱坐标系有限差分算法模拟了TI介质斜井中的弯曲波，他们的研究结果表明，大多数情况下，快、慢弯曲波的慢度近似等于沿井轴方向传播的地层快、慢横波的慢度[14-15］.闫守国和宋若龙等也模拟了横向各向同性斜井中偶极子声源激发的声场，并提出了采用守恒积分的方法解决柱坐标系波动方程在井轴上出现的奇异点的问题[16］.上述的研究均为电缆测井情况下各向异性地层声波测井模拟，鲜见有关在随钻条件下各向异性地层偶极子声源激发声场研究的报道.即使在地层为各向同性的情况下，由于钻铤占据了井内的大部分空间，随钻条件下的弯曲波的频散特性、激发特征均与电缆测井不同[1，17］.在地层为各向异性的情况下，偶极子声源激发的声场将更为复杂，无法采用解析的方法进行模拟.地层介质最为广泛存在的一种各向异性介质模型为横向各向同性（TI）介质.本文采用三维有限差分方法模拟研究了横向各向同性（TI）地层随钻正交偶极子声波测井，对地层的声学各向异性在随钻正交偶极子声波测井中的响应特征进行了分析，对采用随钻正交偶极子声波测井方式进行各向异性测量的可行性进行了评价.2 TI地层随钻声波测井声学模型与电缆测井不同，在随钻声波测井中，钻挺占据了井孔内的大部分空间.由于钻铤的存在，井孔内沿井轴方向传播的各种模式波的性质同电缆测井不同.图1a为TI 地层随钻测井声学模型示意图，S方向为TI介质的对称轴方向，它与井轴的夹角为α.如图1b所示，TI地层随钻测井声学模型可以简化为柱状径向分层声学模型，沿井径方向从内向外的介质依次为水、钢（钻铤）、水、地层，各介质的外径分别为r0、r1、r2和无穷大.井孔内充满流体.井孔外地层为无限大TI介质.钻铤位于井孔中央，钻铤中间的水眼中充满水.在实际测井中，尤其是在钻进过程中，钻铤并非完全居中，此时井中的声场将更为复杂.为了突出本文所关心的问题，本文的模型假设钻铤在井孔中完全居中.3 数值模拟方法3.1 波动方程的离散化由于地层为各向异性介质，该问题不存在解析解，必须采用数值方法来模拟地层中的声传播.三维有限差分方法是模拟复杂介质中声传播问题的常用方法[6，8，10-11，15-16，18］.本文采用三维有限差分方法来模拟随钻情况下的各向异性地层井孔中的声传播.任意各向异性介质中的运动方程和本构方程分别为式（1—3）和式（4）：图1 随钻测井声学模型示意图，包括（a）TI地层井孔随钻测井声学模型和（b）井孔横截面示意图Fig.1 Schematic of LWD acoustic model，including（a）acoustic model of borehole surrounded by TI formation in LWD conditions and（b）the cross section of the borehole其中vx、vy、vz 分别为x、y、z方向上质点振动速度分量；τxx、τyy、τzz分别为x、y、z方向上的正应力；τxy、τyz、τxz为剪切应力；ρ为介质的密度；cab （a=1～6，b=1～6）是各向异性介质的刚性系数.特别地，对于TI介质，当介质对称轴同z轴平行时，式（4）中仅c11、c12、c13、c22、c23、c33、c44、c55和c66不为零，且满足c12=c11-2c66、c23=c13、c22=c11和c44=c55，其它元素为零，这样采用c11、c13、c33、c44、c66五个参数即可描述TI介质中的波传播现象.通过Bond变换可以获得当介质对称轴同z轴呈一定夹角时介质的刚性系数矩阵[19］.对于TI介质，当介质对称轴在x-z平面内且同z轴呈一定夹角时，除上述几个参数之外，c15、c25、c35和c46也不为零.右侧的gab（a、b=x～z）表示力变化速度的体积源，和体力源fi（i=x～z）组合使用可以模拟各种声源.图2 交错网格1／8元胞示意图Fig.2 Schematic for 1／8cell of staggered grid 我们采用了交错网格的方式来实现差分的显式迭代过程.图2为采用的交错网格1／8元胞示意图.式（5）为速度和应力各分量在空间和时间上的位置，其中l表示网格的空间位置.正应力各分量τxx，τyy，τzz均位于整数网格节点上，切应力各分量和速度分量分别位于各自对应的半整数网格节点上.对于本文研究的TI地层与井轴斜交的情况，由于刚性系数矩阵元素c15、c25、c35和c46不为0，根据网格上各个物理量之间的位置关系，仅采用交错网格无法进行差分近似处理.如图2所示，在采用式（4）计算时，由于c15、c25、c35和c46不为零，需要网格（lx，ly，lz+1／2）处的速度值以及网格（lx+1／2，ly+1／2，lz+1／2）的速度值，网格（lx+1／2，ly+1／2，lz+1／2）的速度值针对此问题，一种解决方法是采用对速度场进行插值的方法获取上述点的速度值，另外一种方法是采用辅助交错网格的方法.本文采用了对速度场进行插值的方法.如式（6—9）所示，在计算时，首先计算该网格点上的应力值，应力值τxx的计算方法如式（6）所示，其他应力值的计算与式（6）类似，此处不做赘述.普通交错网格处的速度值仍旧按照式（1—3）进行计算，网格上（lx，ly，lz+1／2）处的速度值网格（lx+1／2，ly+1／2，lz+1／2）的速度值以及网格（lx+1／2，ly，lz）的速度值可以通过对速度场进行插值的方法获得，如式（7—9）所示.据此，可以完成差分算法的显示迭代.其中，式（7—9）中，I表示平移算子，其两个下标分别表述平移算子的空间阶数和平移算子的方向.N为差分算子所采用的空间阶数的一半.采用本文的网格划分方法对式（1—4，6—9）进行离散化处理，得到显式的差分迭代格式.式（10）和式（11）分别为速度分量vx和应力分量τxx离散差分格式，其他分量及辅助交错网格各分量的迭代格式形式类似.式（10～11）中，δx、δy、δz 分别代表物理量在x、y、z方向的差分，Δt为计算采用的时间步长.3.2 稳定性条件在直角坐标系下，对于一般的各向异性介质，有限差分计算方法的稳定性条件为[11］式（12～13）中，vmax和vmin代表计算模型速度的最大值和最小值，am为采用的差分系数，Δx、Δy、Δz分别代表x、y、z方向的空间步长，fmax为声源覆盖的最高频率.3.3 声源的实现本文采用两个紧贴钻铤外侧振动相位相反的点声源来模拟偶极子声源.点声源的加载方法为式（14）所述形式[20］：式（14）中，I3为三维直角坐标系中网格的脉冲响应，sn为第n次迭代时加载的声源值，δ为单位脉冲函数，xs、ys 和zs分别为声源在x、y、z方向的坐标.声源函数采用了雷克子波函数，如式（15）所示.3.4 边界的处理在计算中，介质的刚性系数和密度均赋在整数节点上，对于非整数网格点的物理量，通过临近网格的物理量的平均得到.非整数网格点处的密度，通过式（16～18）所示的平均的方法获得.非整数网格点处的刚性系数通过如式（19～21）所示的计算方法获得.这样对于固液界面（钻铤-流体边界和流体-地层边界），通过式（16～21）所给出的平均的方法，边界条件自动满足.为了模拟无限大的地层，采用了完全匹配层（PML）技术来吸收向地层内传播的波[18］.PML层厚度选为地层纵波波长的一半.3.5 并行实现由于模型计算量较大，采用传统的串行计算方法无法满足计算需求.我们采用了OpenMP和MPI混合编程技术，将有限差分算法在集群上实现.MPI是目前在集群上应用最为广泛的并行计算技术.OpenMP虽然仅适用于单机多核计算，但是其计算效率高，易于编程实现，且目前大部分编译器都已经支持OpenMP技术.本文通过采用OpenMP和MPI混合编程技术，简化了并行算法的复杂性，提高了程序的执行效率.如图3所示，x和z分别代表直角坐标系的x方向和z方向，m和n分别代表采用的进程数和线程数，双向箭头表示相邻进程之间的通信.通过合理的计算区域划分，将计算任务分配到每个参与计算的节点上.通过MPI技术，在每个计算节点上开辟一个进程，通过进程间的通信和协作，实现计算的并行.在一个节点上，运用OpenMP技术，开辟多个线程，利用多核协同工作，加快计算的速度.图3 并行计算方案Fig.3 Parallel implementation of the algorithm对于240×240×300个网格，20000个时间步长的数值模型，采用5个CPU核心数为12的节点进行计算，每个节点开辟的线程数目为11，采用双精度进行计算时完成计算所需的时间大约为20h.4 数值模拟结果及分析4.1 数值模型参数图4为数值计算模型示意图，包括（a）模型主计算区域和（b）井孔横截面示意图.模型主计算区域的尺寸为1m×1m×4.8m，x、y、z方向的空间采样间隔分别为0.0075m、0.0075m和0.0125m.井孔位于模型中央，井轴与z轴平行.介质对称轴S位于x-z平面内，介质对称轴与井轴夹角为α.特别地，当α=0°时，井轴与介质对称轴平行，相当于竖直井井孔沿对称轴穿过VTI地层，当α=90°时，井轴与介质对称轴垂直，相当于竖直井井孔沿垂直于介质对称轴的方向穿过HTI地层.数值模拟时采用的地层参数为实验室内测量的各向异性介质的参数，该介质在TI 对称轴与z轴平行情况下的刚性参数如表1所示.井孔内流体及钻铤参数见表2，钻铤内径、外径及井眼直径分别为0.054m、0.180m和0.240m.声源加载在距离底界面0.8m处，采用在钻铤外径处加载两个震动相位相反的点声源的方法来模拟偶极子声源.偶极子接收器同样放置于钻铤外径处，接收器源距为2.0～3.5m，间距为0.15m.由于本文重点研究的对象为地层弯曲波，不涉及隔声及钻铤波问题的研究，为压制钻铤波，在发射器到源距最小的接收器之间将钻铤截断.表1 地层参数Table1 Formation parameters刚性参数c11（Gpa）c13（Gpa）c33（Gpa）c44（Gpa）c66（Gpa）密度（kg／m3）值13.83 5.89 9.39 2.60 2.99 1327.9表2 钻铤及钻铤内外流体的参数Table 2 Parameters of the collar and the fluid in and out of the collar参数纵波速度（m／s）横波速度（m／s）密度（kg／m3）钻铤5860 3130 7850流体1500 - 1000图4b为x-y平面内井孔横截面示意图.为描述方便，定义地层横向同性面和井轴垂直面之交线与偶极子声源偏振方向的夹角为β，发射探头和接收探头所对应的夹角分别为βT和βR.特别地，对于本文α=90°的井孔模型，β为偶极子声源偏振方向同快横波面的夹角.当βT=βR时，接收器与发射器偏振方向相同，测得波形为同向分量波形；当βR=βT+90°时，接收器与发射器偏振方向相差90°，测得波形为正交分量波形.特别地，当βT=0°时，声源的偏振方向与地层中传播的SH波偏振方向一致；当βT=90°时，声源的偏振方向与地层中传播的准SV波偏振方向一致.图4 数值模拟采用的模型示意图（a）及x-y截面示意图（b）Fig.4 Schematic diagram of numerical simulation model（a）and diagram of x-ycross section（b）本文首先模拟了α=90°，βT=0°、21.25°、45°、68.75°和90°情况下正交偶极子声波测井，借以研究在井轴与TI介质对称轴垂直的情况下，随钻正交偶极子声波测井对地层各向异性的评价能力，然后计算了α=0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°，βT=0°、90°情况下偶极子声源激发的声场，研究不同井斜情况下的随钻正交偶极子声波测井的响应特征.4.2 正交偶极子波形图5 α=90°时，βT=0°、90°偶极子在井孔中激励的偶极子波形，源距为2.0～3.5mFig.5 Dipole waveforms excited in the borehole by dipole source of source-receiver space 2.0～3.5m withα=90°，βT=0°、90°数值模拟了α=90°，βT=0°、90°情况下偶极子声源在井孔中激发的模式波.图5为数值模拟结果，其中实线为声源和接收器的方向βT，βR=0°时测得的偶极子波形，虚线为声源和接收器的方向βT，βR=90°时测得的偶极子波形.可以看到，βT=0°时偶极子声源激励的弯曲波的传播速度大于βT=90°时偶极子激励的弯曲波的传播速度，同对应的地层体波SH波和SV波（在α=90°时，纵波和SV波不耦合）的速度相一致.这表明，在钻铤存在的情况下，不同方向的偶极子声源激发的弯曲波速度的差异同地层横波速度的各向异性有关.数值模拟了α=90°，βT=0°、21.25°、45°和68.75°和90°情况下，偶极子声源在含钻铤井孔内激发的声场.图6为不同角度下偶极子声源在井孔中激发的同向分量波形（a）和正交分量波形（b）.从图6中可见，当βT=0°或者90°时，几乎接收不到正交分量波形信号，当βT=21.25°、45°、68.75°时，正交分量能量较强，且当βT=45°时正交分量能量最强；而同向分量波形能量在βT=0°或者90°时幅度较强，在βT=45°时幅度相对较弱.同向分量和正交分量的能量变化表明，在βT=0°或者90°时，弯曲波未发生分裂现象；βT=21.25°、45°、68.75°时，弯曲波发生了分裂现象.图6的模拟结果证实了，对于井轴同介质对称轴垂直的TI地层井孔，同电缆测井一致，在随钻条件下，弯曲波分裂现象仍然存在.图6 α=90°，βT=0°、21.25°、45°、68.75°和90°时，模拟得到的（a）同向分量波形和（b）正交分量信号，源距为2mFig.6 Simulated inline componentwaveforms（a）and cross-line component waveforms（b）of source-receiver space 2mwithα=90°，βT=0°、21.25°、45°、68.75°and 90°图7 α=90°，βT=68.75°时，数值模拟得到的四分量偶极子波形，包括同向分量波形（a）XX 和（c）YY，以及正交分量波形（b）XY和（d）YX，源距为2～3.5mFig.7 Simulated four-component dipole waveforms including incline component waveforms（a）XXand（c）YY，and cross-line component waveforms（b）XYand（d）YXof source-receiver space 2～3.5mwit hα=90°，βT=68.75°假设正交偶极子声源的两个正交的方向分别标记为X和Y.模拟了X方向同快横波面的夹角分别为βT=0°、21.25°、45°、68.75°、90°几种情况下正交偶极子声源在含钻铤井孔内激发的四分量偶极子波形.图7为βT=68.75°情况下模拟的四分量偶极子波形，包括同向分量波形（a）（c）和正交分量波形（b）（d）.对于各向同性地层，由于各方向地层声学参数均相同，不会接收到正交分量信号；对于各向异性地层，当声源偏振方向同介质对称轴呈一定夹角时，由于各向异性地层的耦合作用，会接收到正交分量.从图7中可以看到，正交分量信号XY和YX 均有较强的幅度，说明发生了弯曲波分裂现象.综上所述，在含钻铤TI地层井孔中，βT=0°、90°时偶极子声源激励的弯曲波未发生分裂现象，分别以较快、较慢的速度沿井轴传播；当声源偏振方向同介质对称轴呈一定夹角的情况下，弯曲波分裂成以快、慢速度传播的两种模式波，能够接收到较强幅度的正交分量信号.以上分析表明，同电缆测井条件下各向异性地层井孔中偶极子声源激发的声场类似，随钻条件下偶极子声源激发的弯曲波也存在分裂现象，且βT=0°时偶极子声源激励的弯曲波的速度大于βT=90°时偶极子声源激励的弯曲波的速度.4.3 快横波面的确定快横波面定义为快横波偏振方向与井轴确定的平面.采用各向异性分析方法，通过四分量偶极子波形的旋转，从模拟得到的阵列波形中提取了快横波面的方位，通过对比反演得到的方位角同正演模型采用的方位角，分析采用随钻正交偶极子测井进行快横波面方位测量的可行性.图8为α=90°井内，在快横波面同声源偏振方向的夹角βT=68.75°的情况下，通过Alford四分量波形旋转方法[12］得到的正交分量相对能量随仪器旋转角度的变化图，其极小值对应着目的快横波面方位.正交分量的相对能量定义为正交分量波形能量占四分量波形总能量的比例.从图8中反演得到的快横波面同声源的偏振方向的夹角β′T为69.71°.图9为采用图8所示方法从模拟得到的阵列波形中反演得到的快横波面的方位同模型实际采用的方位的对比图，其中实线为模拟时实际的快横波面同声源的偏振方向的夹角βT，空心圆圈为从数值模拟的波形中反演得到的声源的偏振方向同快横波面的夹角β′T.从图9中可见，反演得到的快横波面方位同模型实际的方位一致性非常好.数值模拟结果证明，在随钻条件下采用正交偶极子声波测量方式能够对地层的快横波方位进行评价.在这一点上，随钻条件下的正交偶极子声波测井同电缆测井情况一致.图8 α=90°井内，βT=68.75°情况下，正交分量相对能量随仪器旋转角度变化图Fig.8 The relative energy of cross-line component waveforms with the changes of rotation angle of tools，whenα=90°，βT=68.75°图9 从数值模拟得到的波形中提取的快横波面方位同模型实际的方位的对比Fig.9 Comparison of the fast shear wave direction obtained from simulated waveforms with the actual direction4.4 频散分析采用矩阵束方法[21］从α=90°，βT=0°、90°时偶极子声源激发的波形中提取了各模式波的频散曲线，提取的结果如图10所示，其中黑色实线和虚线分别为βT=0°、90°时偶极子声源激励的弯曲波的频散曲线，白色实线和虚线分别为该角度下地层体波SH波和SV波的慢度.图10a和图10b分别为βT=0°时偶极子声源激励的声场的频散图和βT=90°时偶极子声源激励的声场的频散图.人们在HTI地层井孔中的数值模拟结果表明，对于电缆测井，在大多数情况下，弯曲波的低频传播速度接近于对应的快、慢横波的传播速度[10，15］.从图10可见，与电缆测井相比，随钻条件下的弯曲波的频散规律有两点不同：在随钻条件下，弯曲波的低频速度并非趋近于地层的横波速度；弯曲波随着频率的变化并非单调变化.对于低频段（0～1kHz）的弯曲波，其速度随着频率增加而增加，且βT=0°时偶极子声源和βT=90°时偶极子声源激发的弯曲波的速度差异不大；在频率1.5～8kHz下，βT=0°时偶极子声源激发的弯曲波的速度大于βT=90°时偶极子声源激励的弯曲波的传播速度，二者差异较大，同电缆测井情况一致.数值模拟的结果表明，对于我们所研究的地层，由于在随钻条件下弯曲波的低频速度不再趋近于地层的横波速度，无法通过弯曲波的测量直接获得地层横波速度；不过，在某些频段内βT=0°时偶极子声源激发的弯曲波的速度大于βT=90°时偶极子声源激发的弯曲波的速度，地层弯曲波的各向异性仍然能够反应地层横波速度的各向异性.在图10中，可以观察到随频率增加慢度变小的钻铤波和随频率降低慢度逐渐趋近于地层横波慢度的六极子波.之所以能够接收到六极子波，是因为在本文的模拟中，偶极子声源装在钻铤的外侧，极距较大，对于近场而言并非理想的偶极子源，激发的模式波中含有六极子和更高极性的成分[17］.另外一点，在图10所示的频散图中，我们观察到了以地层横波的速度传播的模式（图中圆圈标注区域）.该模式在整个计算的频率段内都能够观察到，在低频段和钻铤波混合在一起，难以区分.该模式的速度同地层横波速度一致，当βT=0°时，该模式的速度同地层的SH波一致；当βT=90°时，该模式的速度同地层的SV波速度一致.SV波的速度为1399.3m／s，小于本文模型中的井内流体速度1500m／s，这说明，该模式能够。

随钻声波测井技术发展历程与研究现状

44随钻声波测井技术发展历程与研究现状古锐瑶防灾科技学院【摘　要】随钻声波测井作为一门大斜度井或水平井中评价储层物性与裂缝发育程度的技术，能够有效的对碳酸盐岩储层物性与裂缝发育程度进行评价，从而提高优势储层的钻遇率，从而保证油气田高产稳产。

因此，研究随钻声波测井技术的发展历程与现状为油气田的勘探开发提供了有力的技术指导。

【关键词】随钻声波测井；裂缝发育；勘探开发一、引言声波测井作为评价储层物性的一门技术，能够有效识别孔隙与裂缝发育的优势储层。

对于直井而言，采用电缆声波测井便可满足储层物性评价，而对于大斜度井或水平井，电缆声波测井已不能满足施工要求，急需采用随钻声波测井技术对储层物性和裂缝发育程度进行评价。

因此，本文针对随钻测井技术的发展历程与研究现状进行了详细的研究。

二、国外随钻声波测井仪器研究现状为了评价大斜度井或水平井下地层的物性特征，需要获取地层的纵波时差，进而发展了随钻单极声波测井技术，其原理是通过体声源膨胀压缩激发纵波信号，沿井在地层中传播后被接收器阵列接收，再根据时间-慢度相关法处理得到地层的纵波时差。

基于此，斯伦贝谢公司首先研制出了单发单收的ISONIC随钻单极声波测井仪器，并后续改进推出了单发四收的Sonic Vision随钻声波测井仪器；另外，哈里伯顿公司研制了补偿长源距CLSS随钻单极声波测井仪器，以及威德福公司研制了Shock Wave随钻单极声波测井仪器。

目前，随钻单极声波测井技术已经发展很成熟，并且广泛应用于大斜度井或水平井中来获取地层的纵波时差，进而获取地层的孔隙度参数。

为了进一步评价地层岩石物理参数，除获取地层纵波信息外，还需要获取地层横波信息。

对于快速地层而言，随钻单极声波测井既可以获取地层的纵波时差，也可以得到地层的横波时差。

但对于慢速地层而言，利用随钻单极声波测井无法获取地层的横波信息，为了解决这一难题，随钻偶极声波测井技术应用而生。

偶极声源作为正负相反的换能器偏振声源，既可以通过改变电路的连接方式进行传统的单极声波测井，也可以进行偶极切向偏振获取地层的横波信息。

随钻声波测井研究进展_王华

第33卷　第3期2009年6月测　井　技　术W ELL LOGGING T ECH NO LOGYV ol .33　N o .3Jun 2009基金项目:国家自然科学基金项目(50674098)资助作者简介:王　华,男,1982年生,博士研究生,主要研究方向为声波测井及电缆地层测试器。

文章编号:1004-1338(2009)03-0197-07随钻声波测井研究进展王　华1,2,陶　果1,2,张绪健3(1.油气资源与探测国家重点实验室中国石油大学,北京102249;2.北京市地球探测与信息技术重点实验室中国石油大学,北京102249;3.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所,新疆乌鲁木齐830013)摘要:论述了随钻声波测井的纵波测量、横波测量及仪器的发展,分析了随钻声波测井面临的难题。

随钻纵波测井仪器隔声体是实现随钻纵波测量的关键;利用漏能纵波求取极慢地层的纵波速度的方法也有所发展。

对随钻横波测井进行了总结,快地层随钻横波测井除了可以采用单极子测量,还可以采用四极子模式进行测量;慢地层随钻横波测井可以有偶极子或四极子等方式进行测量,存在争议的是慢地层随钻偶极子的横波测量是否可行。

对仪器偏心的研究表明从随钻偶极子中提取地层横波是有可能的。

随钻声波测井由于偏心的原因无论采用何种模式进行测量都会产生频散。

总结了随钻测井噪声的研究现状,表明噪声均为低频噪声,对随钻横波测井有一定影响。

关键词:随钻声波测井;纵波;横波;泄露P 波;各向异性;测井仪器中图分类号:P631.814 文献标识码:AReview on the Development of Sonic Logging While DrillingW A NG Hua 1,2,T A O G uo 1,2,ZH A NG Xu -jia n 3(1.S tate Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting ,China University of Petroleum ,Beijing 102249,C hina ;2.Key Laboratory of Earth Prospecting and Information Technology ,China University of Petrol eum ,Beijing 102249,China ;3.Research In stitu te of Geophysics ,In stitu te of Exploration and Development ,Xinjiang Oilfield C om pany ,CNPC ,Urumqi ,Xinjian g 830013,C hina )A bstract :Intro duced is the status about so nic LWD including com pressional w ave m easurement ,shea r w ave measurement and sonic LWD too l ,and analy sed are difficulties in real sonic LWD .Acoustic iso lato r is the key to LWD compressio nal w ave measurement .Some pro gresses have alsobeen made in the method of estimating the slow ness of P w ave in ve ry slo w fo rmatio n from leaky -P w ave in recent years .Then sum marized are the pro gresses about the LWD shear w ave measure -m ent .The LWD shear w ave measurement in fast fo rm ation can be realized by m onopo le m ode and quadrapo le mode ;in the slow fo rm ation ,bo th dipo le mode and quadrapole m ode are o ptional .H ow eve r ,the feasibility of e stim ating the shear slow ness in dipole mo de is contro versial ,w hich has confirmed the po ssibility in the w ave propag atio n studies on acoustic lo gging w hile drilling eccentric too l .T here is dispersio n fo r the off -centered to ol reg ardless o f the source ty pe .The research documents abo ut noise in real sonic LWD indicate the noise spreads to cover the low frequency domain ,w hich is the shear w ave measurement frequency dom ain .It w ill influence the shea r w ave measurement inevitably .Key words :so nic log ging w hile drilling ,compressional w ave ,shear w ave ,leaky P -w ave ,anisot -ropy ,log ging too l0　引　言随钻测井(LWD )是近年来迅速崛起的先进测井技术[1],它集钻井技术、测井技术、油藏描述等多学科为一体,在钻井的同时完成测井作业,减少了井场钻机占用时间,从钻井-测井一体化服务中节省成本[2]。

基于声波测井的固井质量评价技术研究

基于声波测井的固井质量评价技术研究随着国内煤层气勘探开发的进展, 对煤层气生产井的固井质量评价精度要求越来越高。

固井质量的好坏直接影煤层气开发。

在固井过程中, 水泥的胶结情况比较复杂, 套管与水泥( 第Ⅰ界面) , 水泥与地层( 第Ⅱ界面) , 其胶结情况均直接影响到固井质量的优劣。

声波测井技术经历了几十年的发展，已经成为地球物理测井学科的重要领域，对固井质量的优劣进行评价是声波测井的主要应用之一。

声波测井技术中的声波变密度测井既能测得首波声幅曲线，又能获取全波列变密度图像，对固井质量的评价尤为重要。

在声波变密度资料解释方面，往往只注重解释了首波幅度对第一界面的影响，而忽视了对变密度图像对第二界面的影响，这就使得声变资料的信息利用率有所降低。

声波首波幅度，它只能反映一界面胶结信息，无法说明二界面胶结情况；变密度图像是全波列声波信号叠加的结果，它既能定性展示一界面胶结情况，又能给出二界面声波藕和信息。

全面分析和合理应用声波变密度测井评价固井质量的技术原理，为提搞人们对声波变密度测井技术的认识程度，提高资料综合利用价值有着极其重要的意义。

一、声波变密度测井原理声波变密度测井中包括套管接箍磁性定位、自然伽马、声幅、变密度等测井曲线。

其中，声幅曲线可用来定量评价水泥环一界面胶结状况；变密度图像是评价和描述固井胶结质量的主要技术指标，既能反映一界面胶结状况，又能提供二界面胶结信息。

磁性定位、自然伽玛曲线主要用于校深或确定测井深度。

通过磁性定位、自然伽马曲线与固井前所测资料进行对比，可将测井深度校正到标准深度，然后依据声幅、变密度的相关解释标准对固井胶结质量进行评价。

声波幅度测井(测量井下声波信号的幅度)中，声波幅度的衰减与介质的密度、弹性等因素有关。

声幅测井是通过测量声波幅度的衰减变化来认识地层特点以及水泥胶结情况的一种测井方法。

变密度测井，实际为声波全波列测井，可以接收到套管波、水泥环波、地层波以及泥浆直达波。

科技成果——随钻声波测井关键技术

科技成果——随钻声波测井关键技术技术开发单位中国科学院声学研究所适用范围油田勘探与开发成果简介（1）课题来源与背景：随钻声波测井技术在我国油田勘探与开发，特别是在非常规油气藏的水平井钻井测井中有着重大需求。

她可以实时评价地层岩性和孔隙性，进行地层孔隙压力异常预测，给出岩石力学参数，为钻井施工安全提供决策依据。

在我国该项技术与装备属于技术空白，一直被对国外油田技术服务公司长期垄断。

（2）技术原理及性能指标：随钻声波测井基本测量原理主要是由发射换能器产生声波，经过钻井泥浆进入地层，在地层中传播，再由接收换能器组合通过泥浆接收到包含地层信息的压力信号。

然后通过数字处理的方法，分析和提取地层信息。

存储式单极子随钻声波测井实验样机主要包括发射换能器1只、接收换能器4只、隔声体1个、电池插件1个、发射电路插件1个、数据采集与处理电路插件1个。

仪器主要性能指标：最高耐温150℃，最高耐压100MPa，工作频率10-15kHz。

（3）技术的创造性与先进性：仪器核心部件如换能器技术获得发明专利1项，申请在审1项，机械结构短节测量装置获得实用新型专利3项；在我国较早地获得了随钻声波测井实际资料，填补了国内空白。

（4）技术的成熟程度，适用范围和安全性：目前该项技术处在工程应用示范阶段。

（5）应用情况及存在的问题：该项技术已经在我国某油田完成了三口井的测试检验，最大井深1250米，承受住了井下连续工作72小时、耐高温、耐高压、强震动和泥浆冲蚀等恶劣环境考验，并且能在井下存在钻柱系统的振动与冲击的实时钻进过程中依然可以正常工作。

在我国，我们较早地获取了第一手的随钻声波测井资料，目前处于国内领先水平，具有较强的应用前景。

（6）历年获奖情况：“随钻声波测井关键技术及实验样机研发”项目曾获得2015年度中国科学院声学研究所“科研项目重大进展奖”。

效益分析由于国内石油公司对随钻声波测井技术存在着迫切需求，势必会加速推动该成果的应用示范与成果转化，这将节省钻井成本，应用前景十分广阔。

井旁裂缝随钻声波测井响应的数值模拟研究

井旁裂缝随钻声波测井响应的数值模拟研究
吴莎;尚海燕;赵凯雄
【期刊名称】《黑龙江科学》
【年(卷),期】2024(15)6
【摘要】裂缝是油气运移的重要渗流通道和储集空间,为研究井旁水平裂缝对声波响应的影响,采用薄平板流体层裂缝模型,利用有限元数值模拟含有水平裂缝地层的声波全波列响应。

在10~25 kHz频段内进行裂缝性地层反射声场的数值模拟,优选出冲激声源的最佳激发频段,研究不同源距下全波列中斯通利波的衰减系数及不同裂缝宽度对斯通利波的影响。

结果表明,在最优激发频率20 kHz下,当源距为4 m 时反射波相对幅值较大,源距为4.5 m时直达斯通利波的衰减最大;裂缝宽度越大,斯通利波的衰减越大、反射斯通利波及反射横波的幅度越大;接收器距离裂缝越近,反射斯通利波与反射横波的幅度越大。

【总页数】4页(P44-47)
【作者】吴莎;尚海燕;赵凯雄
【作者单位】西安石油大学电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】P631.83
【相关文献】
1.裂缝性致密砂岩储层声波测井数值模拟响应特性研究
2.含偏心钻铤充液井孔中正交偶极子声波测井的数值模拟研究
3.考虑压电声源-井孔系统的随钻方位声波测井
数值模拟4.随钻声波测井固井质量评价理论与数值模拟研究5.随钻声波测井响应数值模拟分析
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随钻声波测井声系短节模拟样机试验研究

随钻声波测井声系短节模拟样机试验研究吴金平;陆黄生;朱祖扬;张卫【摘要】针对随钻声波测井中换能器技术及装配的难题，研制了随钻声波测井声系短节模拟样机，基于随钻单极声波测井理论，以指向性、接收响应、单极测量功能等3个指标评价了声系短节及各组成部分的性能及特性。

结果表明：发射声系以单极发射向外辐射的声场具有一定的周向均匀性，其指向性接近于一个圆，可组成单极声波发射器；接收器的接收灵敏度均值在－208．0 dB附近，偏差在2．0 dB以内，接收响应一致性良好，可组合相加接收单极声波信号；以单极测量功能进行的模型井整机联调试验获得了套管井波列，提取的套管波传播速度为5245．6 m／s ，相对误差小于3．0％。

这表明随钻声波测井声系短节具有单极发射、单极接收的测量功能，可用于模拟随钻单极声波测井，为随钻声波测井仪的研制提供试验数据。

%In order to solve transducer and assembly process‐related issues in acoustic logging‐w hile‐drilling (LWD) ,a simulation prototype of acoustic nipples was developed for acoustic LWD .The perform‐ance of acoustic nipple and its components w as evaluated on the basis of three indexes (directivity ,receiv‐ing response ,and monopole measuring function .The process showed that the acoustic field generated by outward radiation of the transmitter acoustic system based on monopole excitation could be ,to some ex‐tent ,characterized by circumferential uniformity and its directivity pattern was close to a circle , so a monopole acoustic radiator can be developed .The average receiving sensitivity of the receivers was around‐208 .0 dB with deviation less than 2 .0 dB .The receiving response characteristics of receivers were reasona‐bly consistent ,so the monopole acoustic wave could be received by adding the output of the receivers .Dur‐ing the integral debugging testing in a well by using the monopole measuring function ,wave train in cased borehole was recorded .The extracted propagation velocity of casing wave was 5 245 .6 m/s with relative error below 3 .0% .It demonstrated that the acoustic nipples of acoustic LWD could be used to simulate a‐coustic LWD for its measuring function for monopole transmission and reception ,and it could provide ex‐perimental data in the development of acoustic LWD units .【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2016(044)002【总页数】6页(P106-111)【关键词】随钻测井;声波测井;声系短节;指向性;接收响应特性【作者】吴金平;陆黄生;朱祖扬;张卫【作者单位】中国石化石油工程技术研究院，北京 100101; 中国石油大学北京石油工程学院，北京 102249;中国石化石油工程技术研究院，北京 100101;中国石化石油工程技术研究院，北京 100101;中国石化石油工程技术研究院，北京100101【正文语种】中文【中图分类】TE927◀测井录井▶随钻声波测井资料在钻井施工和油气储层评价中有着广泛的应用[1-4]。