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柱状双层孔隙地层中声电效应测井研究

赵永吉  
【摘要】:孔隙介质中的动电效应在地球勘探物理领域一直是大家关注的热点,动电效应,是与电化学中的界面双电层结构有内在的联系,动电效应能够引起两种不同类型的电磁场。一种是在声波扰动区域存在的伴随电场,这里的“伴随”是相对于声波扰动而言的。另一种是在界面处辐射的电磁场,被称为界面电磁场,它产生于物理特性不同的介质界面处,其视速度为电磁波速度。动电信号的强度与界面本身的物理特性(矿化度、孔隙度、弯曲度等)、界面与接收器之间的距离以及介质界面处震动激发强度有关。本文主要研究的是井外是径向分层的两种孔隙介质,即井内流体与无限延伸的外层孔隙介质之间,有一环状孔隙介质夹层,这一模型可以模拟有侵入带的地层,也能够进行界面探测的模拟研究。本文以Biot理论、双电层结构为基础,从Pride理论出发,通过对位移矢量和电场矢量进行亥姆霍兹分解,把Pride方程组转化为关于势函数的波动方程组。在耦合弹性波-电磁波方程组的基础上,导出当井中没有声源时均匀孔隙介质中轴对称声场和电磁场的通解表达式。再推导得到,当点声源在井中激发声波时井内声场和电磁场的计算公式,进一步推导出地层中声场和电磁场的表达式。独立编译程序进行数值模拟,得到了以下认识。当从接收到的声场全波曲线上能够清晰看到纵波模式和斯通利波时,转换电磁场也可以看到相应的转换波包。纵波电声比是最大的,斯通利波电声比比纵波的小;矿化度对界面响应的影响较明显,界面两侧的矿化度不一致时,界面响应明显,但是当井中矿化度比孔隙介质中的小时,在全波波形上面看不到界面响应信号;孔隙介质夹层的厚度变化对内界面电磁波基本没有影响,但外界面的电磁波出现时间产生变化;井半径减小时,内界面电磁波的幅度变大,甚至比快纵波的幅度还要大,波形成分变简单,横波的转化电场几乎消失。孔隙度越大,电磁场幅度越大,声场幅度越小,并且孔隙介质的孔隙度改变还会对声波速度产生影响;当弯曲度变大时,声场幅度也变大,电磁场幅度变小。弯曲度对界面电磁波的影响不是很大;矿化度的改变对声波基本上是没有影响的,但对转换电磁场影响较大,增大井内流体的矿化度,电场强度的幅度增大;增大孔隙介质中的矿化度,电场强度的幅度减小。改变外层孔隙介质的物理参数时,井中接收到的声压和转化电磁场全波波形基本没有改变,只是对与之相关的外界面的电磁波影响比较明显。


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