非轴对称套管井声场并行计算及声波固井质量评价理论与方法研究

论文摘要

本文针对目前声波固井质量检测中存在的若干实际问题,进行了理论、方法研究和有限差分并行数值模拟研究。提出了一种可以计算套管井窜槽时各界面单独响应的方法,详细研究了套管井各种水泥胶结状况下各界面广义反射波对井孔声场的贡献,为CBL-VDL测井II界面评价提供了理论依据,并提出解决方法。针对快速地层下地层波早于套管波到达对测井结果造成的多解性这一问题,通过对快速地层套管井I界面不同胶结状况井内声场的分析得出:用主频40kHz或80kHz的声源测井可以避免快速地层的影响;从常规CBL-VDL测井5ft波形的时频分布可以评价快速地层I界面固井质量。基于信息传递接口（MPI）并行程序设计方案,在计算机集群上,用三维柱坐标系下应力-速度有限差分（SVFD）方法和非裂化完全匹配层（NPML）吸收边界条件,实现了扇区发射接收的非轴对称套管井高频（100kHz）三维瞬态声场模拟的并行计算。系统的考察了不同水泥缺失扇区大小、不同缺失方位角下SBT测井仪8对换能器的波形和首波特征,并进行了对比分析和反演方法的研究,完善了SBT解释方法。本文的并行算法也为同类其它大规模数值计算提供了高效的、经济的手段。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 声波测井概述
• 1.2 固井、固井质量概述
• 1.3 声波固井质量评价及其中存在的问题
• 1.4 复杂情况下井孔声场的有限差分数值模拟
• 1.5 并行计算与并行程序设计
• 1.6 信号处理技术在声波固井质量检测中的应用
• 1.7 本文的研究内容及方法
• 第二章 单界面波计算及其在固井质量评价中的应用
• 2.1 单界面波方法及正确性验证
• 2.2 水泥胶结好时单界面波分析
• 2.3 I界面窜槽时单界面波分析
• 2.4 II界面窜槽时单界面波分析
• 2.5 小结
• 第三章 快速地层固井质量评价
• 3.1 快速地层固井质量评价方法现状
• 3.2 柱源模型套管井声场的计算
• 3.3 空间－频率域谱分析
• 3.4 时频分析方法
• 3.5 时频分析在声波水泥胶结测井中的应用
• 3.6 小结
• 第四章 非轴对称套管井三维有限差分并行程序设计
• 4.1 柱坐标系下应力－速度有限差分的实现
• 4.2 非裂化完全匹配层（NPML）吸收边界条件
• 4.3 MPI并行程序设计
• 4.4 三维有限差分并行程序MPI+Fortra1190 实现
• 4.5 三维有限差分并行程序正确性验证
• 4.6 并行程序与串行程序计算效率比较
• 4.7 小结
• 第五章 非轴对称套管井声场有限差分模拟
• 5.1 声源、模型、网格参数和水泥缺失扇区位置的表示
• 5.2 套管井不同方位角扇区缺失声场模拟
• 5.3 套管井不同大小扇区缺失声场模拟
• 5.4 缺失扇区大小以及缺失方位的反演方法讨论
• 5.5 小结
• 第六章 总结
• 1. 单界面波计算及其在 II 界面评价中的应用
• 2. 用信号处理方法进行快速地层固井质量评价
• 3. 非轴对称套管井三维有限差分并行程序设计
• 4. 扇区水泥缺失时套管井声场有限差分模拟及反演方法研究
• 5. 相关工作的研究展望
• 附录
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及主要科研成果
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT