低密度水泥固井時(shí)井內(nèi)聲場(chǎng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文對(duì)低密度水泥和常規(guī)密度水泥固井聲波測(cè)井理論進(jìn)行系統(tǒng)的研究，分析井孔聲場(chǎng)理論及數(shù)值模擬。 第一部分研究居中聲源和偏心聲源在徑向雙層介質(zhì)井孔中激發(fā)的聲場(chǎng)。從波動(dòng)理論出發(fā)，推導(dǎo)出井孔中聲場(chǎng)勢(shì)函數(shù)的表達(dá)式，應(yīng)用實(shí)軸積分法和快速傅立葉(FFT)技術(shù)計(jì)算分析了多極子源激發(fā)的彈性波，在此基礎(chǔ)上，利用多極子源展開方法，對(duì)偏心聲源激發(fā)的井孔聲場(chǎng)進(jìn)行了研究，對(duì)比了偏心單極子源和居中單極子源的聲場(chǎng)差異。數(shù)值研究結(jié)果表明：多極子源激發(fā)的非對(duì)稱模式波

2、的截止頻率隨極子數(shù)的增多變化幅度較大，高階多極子源在低頻情況下不易激發(fā)非對(duì)稱模式波，橫波信息顯示微弱，全波列幅度很小，只有當(dāng)聲源主頻達(dá)到高階多極子源的截止頻率附近時(shí)，才會(huì)激發(fā)較強(qiáng)的橫波首波；對(duì)于偏心點(diǎn)聲源，若聲源主頻較低(如2kHz)，它激發(fā)的橫波幅度很小，且全波列與居中點(diǎn)聲源激發(fā)的波列差別不大，當(dāng)中心頻率增大時(shí)，其全波列波群逐漸變復(fù)雜，幅度也隨之增大，橫波作為首波傳播明顯，這一點(diǎn)與居中點(diǎn)聲源激發(fā)的波形不一致。 第二部分致力于套

3、管井中居中聲源的聲場(chǎng)問題的研究。在已知介質(zhì)參數(shù)和井眼參數(shù)的條件下，模擬計(jì)算出聲波全波列，分析研究井眼中的聲場(chǎng)分布規(guī)律。對(duì)點(diǎn)聲源居中的情況(聲源位于井軸上)，套管井井內(nèi)的聲場(chǎng)表示是軸向幾何可分離的，我們可從波動(dòng)方程出發(fā)，采用常規(guī)的分離變量法求解井內(nèi)聲場(chǎng)的解析表達(dá)式，然后利用實(shí)軸積分法模擬計(jì)算井內(nèi)聲場(chǎng)的時(shí)域波形或波數(shù)域的二維譜。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：一、二界面膠結(jié)良好且源距較小時(shí)，第二界面邊界條件的變化對(duì)井內(nèi)聲場(chǎng)的影響相對(duì)較小，隨著水泥環(huán)厚度的