《固井水泥环周向不均匀性对套管井中偶极源声场的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固井水泥环周向不均匀性对套管井中偶极源声场的影响（2页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2 7 卷第5 期 2 0 0 8 年1 0 月 声学技术 T e c h n i c a lA c o u s t i c s 、厂0 1 2 7 N 0 5P t 2 O c t 2 0 0 8 固井水泥环周向不均匀性对套管井中偶极源声场的影响 车小花，李俊，乔文孝 ( 油气资源与探测国家重点实验室( 中国石油大学( 北京) ) ，北京，1 0 2 0 4 9 ) fllln I n t l U e n C e0 IC e m e n tD 0 n nC l r C U m t e r e n t l a In o n - U n l l o r m0 n d l p 0 I eW a
2、V ep r o p a g a n o nI nC a S e dW e U S 1 J 1 C H EX i a o - h u a ，UJ u n ，O L 0W b n - x i a o 俾船，匆L 口幻m 幻秽D ，n f r D 如“m 尺卵伽，c en 以脚c 咖gf 泐踟f v 邯砂巧心肋拓B e 玎慨，B 硝岫J D 2 列9 ，伪f 删 1 引言 套管井固井质量的检测一直受到测井界的广 泛关注，国内外已经开展了大量的研究工作，但主 要集中在单极子激发的套管井。套管井第1 界面胶 结不好时单极子声波测井通常测不到地层信息，偶 极子在稍高的激发频率下，在第1 界面胶结不好时
3、的接收波形中可清晰地观测到纵波和弯曲波。本文 利用柱坐标系下的三维有限差分算法，以轴向某段 1 2 圆周水泥环缺失为例，初步研究了固井水泥井 周的不均匀分布对偶极子声源在套管井中产生的 声场的影响。 2 基本原理 以z 轴为对称轴的柱坐标系下用应力和速度表 示的运动方程和本构方程分别为【1 】： p 业划+ 垃+ 丑一鱼+ ( 1 ) 乱r a rr a 8a Zr “ p 鲁掣+ 鲁+ 警+ 争+ 厶 Q p 鲁- 掣+ 鲁+ 鲁+ 正 鲁 警+ ( A z ( 笔+ 号 + F 誓+ 晶 “ 誓似一z ) 誓+ 4 笔+ 爿+ F 誓+ 鼬 6 导，f 等+ 等+ 割+ c 等 6 a r
4、Ld ， ，r a pJa z 。 争侍+ 羔一斗。 鲁工( 急+ 鲁) 鲁一上( 鲁+ 刳 式中：、坳、屹分别为，p 、z 方向的速度分 量；研、珈、饧分别为，、p 、z 方向的正应力：伽， 锄为剪切应力；p 为介质密度；A 、C 、F 、L 和 是五个独立的弹性常数。五、& 如卢= ，；只矽为声源。 采用中心差分格式的交错网格来实现有限差 分模拟【2 】。交错网格中速度分量和应力分量交错分 布在空间网格上，相邻网格结点间相差半个网格， 相邻速度、应力迭代之间相差半个时间步长。介质 参数在正应力结点上。对方程组( 1 ) ( 9 ) 中的速度及 应力分量进行离散可以得到计算所需的差分格式。
5、采用完全介质匹配层I 剐( P M L ) 吸收向外传播的 弹性波。模拟无限大地层情况。它的基本思想是在 外边界设置一个与计算区域接触面上无反射，但其 层内的声波能量呈指数衰减的吸收层。 3 数值计算结果及分析 针对水泥环部分缺失设计了图1 所示的模型， 高为4 5 m ，半径为2 3 m ，由泥浆、套管、水泥环、 地层组成，在图中分别用1 、2 、3 、4 表示，介质 参数如表1 所示。井孔半径0 1 m ，套管厚0 0 1 m ， 水泥环厚0 0 2 m ，水泥环在源距为0 5 m 至1 m 处周 向兀2 3 兀2 缺失，缺失部分用泥浆填充。 声源函数为文f ) 一( f 一岛J ，其中口
6、簖，2 ， o = 狲，而为声源中心频率，本文取3 k H z ，厶硝磊。 加载位置为r = 0 ，皓0 、靠，弘0 2 5m 。数值模拟时r 、 口、z 方向的网格数分别为4 5 0 、4 0 、8 0 ，吸收边界 基金疆目t 非均匀各向异性孔隙地层井孔中的声场( 1 0 5 3 4 0 4 0 ) 和方位声波测井方法研究( 4 0 6 7 4 0 4 9 ) 作者简介t 车小花女，汉族，山东烟台人，副研究员研究方向为声波测井 蠢讯作者l 乔文孝q i x 伽p e d u 第5 期 车小花等：圄井水泥环周向不均匀性对套管井中偶极源卢场的影响 2 6 7 删格数为1 0 。，、目、z 方向采
7、样间隔分别为05 c 1 01 5 7 f a d 、5 c m 。时间步长00 5 I l s 一时间点数为8 4 0 0 0 t fn & 女 m e a m o d E 】 塑墨墅垫盟墅坚堕型生J 堡啦立 # 1 5 帅0l *5 9 m3 枷7 8 $ * 4 咖2 1 2 州j 蝗j 型兰生L 为了更清楚地观察周向声压接收波形的差异， 我们模拟了源距为2 m 处套管内井孔中的声压接收 波形，如图3 所示。与圈3 对应的接收器的径向位 置为忙0 0 9 7 5 m ，周向间隔为1 8 度。从图中可以看 出州2 3 吡之问的接收波形与另侧的接收渡形 的相位正好相反。与图2 中的结果一致，
8、在水泥缺 失侧，套管内外的声阻抗等较大，套管中的能量 比较集中，接收波形中的弯曲波幅度较大。在水泥 完仝胶结一侧甫于声波能量传播到地层中去r ，所 f a l | 自M i惭m # * m * 目lm * “ “0 * * m $ 啦l A w m 叠l i c d 哑c E d ”u w l 舢o * 铀 h dp 1 0 H 蜘0 脚、P l a m - O ) d 肼op h 。 图2 表示源距为2 m 处井中的声压接收波形 这些接收波形应该携带了水泥缺失井段的信息。由 于偶极声源的辐射特性，井轴两侧的接收波形相位 相反，幅度也有明显的变化。通过观察接收波形可 以发现，由于声源频率较低几
9、乎无法观察到折射纵 波，波形中的主要成分是弯曲波。水泥缺失一侧的 弯曲波幅度较大，分析原因可能是由于井孔中的水 泥映失一侧套管外面为铌浆，套管与泥浆的波阻抗 差别大，使得大部分能量集中在套管中传播，当声 波经过水泥缺失段后，套管中的能量比右侧套管中 的能量要强一些，辐射到井中的能量也要强一些。 直剖面 平剖面 “ m ：恤 目2 * * 2 m n p * 目# 脚自n ) F 。gz D 啪k 珊0 f P 蛐20 m f r 。m 岫l 。 3 m c r 0 ”u # ( 1 “ f 日b 目3 * m * 2 m 目月自p & H ( * 舭) 飚3 D 咿l 咖吣“P 一m d m
10、20 幽 h 4 结论 本文利用柱坐标系下的3 D 有限差分算法数值 模拟了半个圆周水泥缺失对套管井中偶极子声源 产生的声场的影响。通过对计算结果的分析表明： 水泥胶结的周向不均匀性导致了套管井内外声场 分布的不均匀性。弯曲波的到时沿周向没有变化， 但弯曲波幅度沿周向的变化与水泥缺失沿周向的 分布相对应。 参考文献 o N H u ，c H 删w e o g c b oA m r 。d o n d 6 n 】kc 甜ef o rt km 耐c g s o n 】cJ o 路gt 1 8 J c 0 ts 吡A ，1 帅8 ，1 0 3 f 2 ) ：7 0 2 - 7 1 2 2 】R u n eM 1 L R e n H I 曲哪d e r 血l k i 疵 m c d c l ”go f u m 印kl o g 班g mD r 删o m 帅m a n I I r o p 。ca n c n u a I de l 删y G e 。p h y s ，1 呻6 ， 6 l f l l = 2 1 - 3 3 p 】“uO - H ，肚帆t l ym 心I a y 缸c k n 眦s1 n c y I m d n 】ds p h lc 0 0 r d l n a 慨哪JA c 咖日，1 9 9 9 ， 1 0 5 H 1 ：加7 5 - 2 0 斛 #“
