孔隙地层中流体井孔内的模式波

【摘要】： 在油气资源勘探和地球科学探测中广泛采用声学测井技术。深入理解井孔中应力波(依据测井界的习惯,本文用“声波”这一术语表示应力波)的激发、传播和接收特性,是声波测井仪器设计和测井数据处理的基础。本文将地层视为流体饱和孔隙介质,把声测井问题归结为孔隙地层包围井孔的液-固柱面分层介质中声波问题,着重研究由井轴上的点声源激发的轴对称模式波,包括正常模式波和泄漏模式波。 首先分析了声波在孔隙介质中传播时渗流运动的特点,着重讨论了附加质量和动态渗透率的意义。 其次,在流体饱和孔隙介质中建立柱面分层井孔模型,在正确给出井孔特征函数单值化的定义和积分围道的选取后,完整地求出了频率-复波数域上对应于模式波的极点分布,模式波包括对应于Stoneley波和pseudo-Rayleigh波的正常模式波以及泄漏模式波,然后分析了正常模式波和泄漏模式波的频散、衰减情况。讨论了二者的传播衰减机制的区别,前者的耗散由黏性流体与固相间相对运动造成,后者的耗散则是由于井孔几何特征而形成的能量径向泄漏。 再次,通过求极点残数得到各模式波的激发强度,分别求出对应的时域波形,并讨论声源中心频率对时域波形的影响。通过分别计算沿快纵波支点和SV波支点的垂直割线路径积分对应的时域波形,与正常模式波、泄漏模式波迭加可获得井内全波列波形,分别讨论各分波的波速以及其对全波列的贡献大小。 最后,研究了孔隙地层中渗透率和剪切模量对Stoneley波的波速及衰减的影响。渗透率的变化主要影响Stoneley波的衰减,而剪切模量的变化则同时影响Stoneley波的波速和衰减速率。