饱和裂隙地层的全波波形数值模拟

论文摘要

本课题属于声波全波波列测井范畴。声波全波列测井资料包含丰富的信息，各种族分波的传播速度、幅度衰减、频率主值以及波形包络等参数都与储层性质有密切关系。这些参数可以广泛应用于非均质复杂储层的油气评价和钻采工程参数选择。因此要获取这些重要的地层信息，这就需要研究不同性质的地层中声波的传播特征。各向同性地层的井中声场理论完善，数值模拟成熟，理论波形模拟效果和实际测井波形吻合很好。但是各向异性地层（如横向地层、孔隙地层、裂隙地层）的数值模拟问题还需要继续深入的研究。对于横向地层的问题，主要是利用虎克定律求出横向地层的5个弹性参数解波动方程。孔隙地层的模拟主要是利用Biot波动理论。而地球表层的岩石介质而言,有很多含有大量的孔隙和裂隙，如碳酸盐地层。裂隙对声波测井响应对提取裂隙地层参数有重要意义，因此有必要对裂隙地层进行波列进行数值模拟，分析裂隙性质对分波运动学和动力学参数的影响。本文基于这种思想，利用计算机对声波测井的理论波形进行了数值计算，利用计算出来的二维谱结合时域波形研究和分析了各种地层参数的变化对声波全波中的各种分波造成的影响，包括以下几个方面：1.推导并求解各向同性地层和3种各向异性地层的波动方程，得到界的形式利用边界条件得到具体解。数值模拟得到各种地层下的井轴波形。2.利用二维谱来分析声场。二维谱只是地层参数的函数，通过绘出的二维谱可以看出全波波形中得不到的分波性质，如头波和各种模式波的频散和衰减等性质。3.引入Hudson关于裂隙地层的散射理论，求取裂隙孔隙地层的等效弹性模量，再代入横向同性介质的方程，求得裂隙介质下的全波，讨论裂隙性质和全波波形、分波参数的关系。4.最后对于本文的重点，孔隙地层和裂隙地层的数值模拟，在Biot-Rosenbaum声场理论数值模型基础上，考虑动态渗透率的影响，引入动态渗透率的近似计算公式，数值计算出了饱和流体孔隙介质中的井孔声场二维谱。理论数值模型计算出了井孔中快纵波、慢纵波以及横波的频散曲线，计算出了给定地层条件下井轴上一点接收到的理论声压波形并得到了其对应的二维谱。然后基于Hudson的裂隙模型理论计算了裂隙地层里充流体井眼中的单极子声场，分析了声场随裂隙地层的三个主要参数（即裂隙取向、基质渗透率和孔隙度）的变化特征。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 目前研究状况
• 1.2.1 全波列声波测井的发展
• 1.2.2 井孔声场理论研究进展
• 1.2.3 裂隙介质声场的计算
• 1.3 论文研究内容及技术路线
• 1.3.1 本文主要研究内容
• 1.3.2 研究的技术路线
• 第2章 弹性地层中的声波传播
• 2.1 弹性地层的井孔声场
• 2.1.1 圆柱界面内、外轴对称声场基本方程
• 2.1.2 轴对称声场的另一种计算公式推导
• 2.2 模型中采用的边界条件
• 2.3 井中声场的积分表达式
• 第3章 弹性地层的全波波列及二维谱
• 3.1 声源选取
• 3.2 软硬地层中的全波波波形
• 3.3 软硬地层中的井孔声场二维谱
• 第4章 横向各向同性地层的全波数值模拟
• 4.1 各向异性地层概述
• 4.2 横向各向同性地层中的声波传播
• 4.2.1 横向各向同性地层中的波动方程求解
• 4.2.2 横向同性地层边界条件
• 4.3 横向各向同性地层的全波波列
• 第5章 孔隙介质中的全波波列及二维谱
• 5.1 孔隙介质的性质简介
• 5.2 孔隙介质中声场的平面波解
• 5.3 孔隙介质中声场的全波波形和二维谱
• 第6章 裂隙介质中的全波数值模拟
• 6.1 Hudson 裂隙介质声波理论
• 6.2 裂隙地层中的波动方程的解
• 6.3 裂隙地层声场的全波波形及分波频散
• 第7章 结论
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢