Page 141 - 《应用声学》2020年第5期

第 39 卷 第 5 期 杨培年等： 随钻声波测井隔声体刻槽影响的数值模拟研究 783

[3] Aron J, Chang S K, Dworak R, et al. Sonic compres-
5 结论 sional measurements while drilling[C]. SPWLA 35 th An-
nual Logging Symposium, 1994.
本文利用有限差分法对随钻声波隔声体相关 [4] 杨勇, 车小花, 张菲, 等. 用三维时域有限差分法研究随钻声
声场进行了数值模拟，考察了内外刻槽槽深对隔 波测井仪器隔声体的设计 [J]. 科学技术与工程, 2009, 9(3):
565–567.
声性能的影响，研究了钻铤波在刻槽界面的散射以
Yang Yong, Che Xiaohua, Zhang Fei, et al. Sound iso-
及钻铤波能量在钻铤上的分布特征，得到以下主要 lation numerical simulation on isolator of logging while
结论： drilling sonic tool using finite difference time domain
(1) 对于钻铤位于无限大流体中且只刻一个凹 method[J]. Science, Technology and Engineering, 2009,
9(3): 565–567.
槽的情况，可以通过波场快照图直观地观察钻铤波、
[5] 闫向宏, 苏远大, 孙建孟, 等. 周期性轴对称凹槽结构隔声特
斯通利波及其散射波，刻槽后部分钻铤波会在刻槽 性数值模拟 [J]. 计算物理, 2010, 27(6): 869–876.
界面转化为斯通利波继续向前传播。 Yan Xianghong, Su Yuanda, Sun Jianmeng, et al. Acous-
tic characteristics of axisymmetric periodic groove struc-
(2) 对于钻铤位于井孔地层中的情况，可以发
tures[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2010,
现槽深较小 (2 cm) 时，内刻槽在 7 kHz ∼ 15 kHz 27(6): 869–876.
整个频率范围衰减钻铤波的幅度都要大于外刻槽； [6] 刘彬, 王芳, 陈德华, 等. 周期性非轴对称孔槽结构隔声性能
但是当增加槽深至 2.5 cm 时，外刻槽在中心频率 数值模拟研究 [J]. 应用声学, 2012, 31(5): 333–338.
Liu Bin, Wang Fang, Chen Dehua, et al. Numerical sim-
7 kHz ∼ 10 kHz 范围内的隔声效果要优于内刻槽。 ulation on acoustic insulation performance of a periodic
也就是说，槽深变化会影响比较内外刻槽隔声性能 nonaxisymmetry groove structure[J]. Applied Acoustics,
的结果。当进一步增加槽深至 3 cm 时，外刻槽在中 2012, 31(5): 333–338.
[7] Su Y, Tang X, Xu S, et al. Acoustic isolation of a
心频率7 kHz ∼ 10 kHz范围内衰减钻铤波的幅度明
monopole logging while drilling tool by combining nat-
显大于内刻槽。所以当槽深大于 2.5 cm 时，外刻槽 ural stopbands of pipe extensional waves[J]. Geophysical
在10 kHz频率以下的隔声性能要优于内刻槽。 Journal International, 2015, 202(1): 439–445.
[8] Zheng X, Hu H. A theoretical investigation of acoustic
(3) 槽深逐渐增加，内外刻槽后的波形频谱阻
monopole logging-while-drilling individual waves with em-
带都逐渐拓宽，钻铤波衰减幅度越来愈大。中心频 phasis on the collar wave and its dependence on forma-
率较高 (11 kHz 以上) 时钻铤波的衰减随槽深变化 tion[J]. Geophysics, 2017, 82(1): D1–D11.
更加明显，且外刻槽相对于内刻槽钻铤波波形衰减 [9] Wang H, Tao G. Wavefield simulation and data-
acquisition-scheme analysis for LWD acoustic tools in very
随槽深变化更明显。 slow formations[J]. Geophysics, 2011, 76(3): E59–E68.
(4) 相比于均匀凹槽，渐变凹槽隔声体刻槽后 [10] Yang Y, Guan W, Hu H, et al. Numerical study of the
的散射波幅度较小，对后续的地层横波、伪瑞利波 collar wave characteristics and the effects of grooves in
acoustic logging while drilling[J]. Geophysical Journal In-
和斯通利波影响较小。
ternational, 2017, 209(2): 749–761.
针对以上结论，在工作频率低于10 kHz 时选择 [11] Wang X, He X, Zhang X. Generalized collar waves in
均匀外刻槽好于内刻槽。尽量刻更多槽宽较小的渐 acoustic logging while drilling[J]. Chinese Physics B, 2016,
25(12): 124–316.
变凹槽，可以使得刻槽后衰减钻铤波幅度较大，同时
[12] He X, Wang X, Chen H. Theoretical simulations of wave
也能减小刻槽后散射波的影响。 field variation excited by a monopole within collar for
acoustic logging while drilling[J]. Wave Motion, 2017, 72:
287–302.
参 考 文 献 [13] Ji Y, He X, Chen H, et al. Monopole collar wave char-
acteristics for acoustic logging while drilling in fast for-
[1] 苏远大, 庄春喜, 唐晓明. 随钻声波测井钻铤模式波衰减 mations in the frequency and spatial domains[J]. Wave
规律研究与隔声体设计 [J]. 地球物理学报, 2011, 54(9): Motion, 2019, 90: 66–81.
2419–2428. [14] Market J. New broad frequency LWD multipole tool pro-
Su Yuanda, Zhuang Chunxi, Tang Xiaoming. LWD acous- vides high quality compressional and shear data in a wide
tic color mode wave attenuation character research and variety of formations[C]. SPWLA 48th Annual Logging
isolator design[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2011, Symposium, 2007.
54(9): 2419–2428. [15] 何晓. 横观各向同性地层声波测井波场模拟与地层渗透率反
[2] Tang X, Cheng C. Quantitative borehole acoustic meth- 演 [D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2010.
ods[M]. Amsterdam: Elsevier, 2004. [16] 崔志文. 多孔介质声学模型与多极源声电效应测井和多极随
钻声测井的理论与数值研究 [D]. 长春: 吉林大学, 2004.