Page 127 - 《应用声学》2022年第3期

第 41 卷 第 3 期 闫向宏等： 软地层随钻测井仪器偏心情况下低频四极子源激发波场的数值分析 449

示的 STC 图及图 3(c) 所示的频散曲线。从图 3(a)
2 低频随钻四极子源在软地层井孔中激发 中可以看出，当低频随钻四极子声源与井孔轴线完
波场的数值模拟
全重合时，发射单元或者接收单元相对于井孔均处

在有限元软件中按照图 1所示建立数值计算模 于完全对称状态，低频随钻四极子声波测井的阵列
型，其中井孔介质的参数见表 1。分别计算低频随 波形具有比较清晰的到时起点，且只存在一种模式
钻四极子声源居中或者偏心时激发的声场，利用 波。由STC图可得该模式波的慢度所对应的声波速
接收换能器阵列获取相应的测井波形，并利用时间 度为 1200 m/s。由文献 [6, 9–10] 可知，随钻四极子
慢度相关 (Slowness time coherence, STC)法 [16] 和 声源低频时只激发地层模式的四极子波，且截止频
频散慢度分析(Dispersion slowness analysis, DSA) 率附近以地层横波速度传播。从图 3(c)可知模式波
法 [17−18] 对测井波形进行处理，分析声场特性。 具有频散特性，其频散曲线在截止频率(约2.5 kHz)
处该模式波传播速度约为 1200 m/s，与正演计算输
表 1 井孔介质参数表 入的地层横波速度 (1200 m/s) 基本相同，由此可知
Table 1 Parameters of borehole mediums 该模式波为地层四极子波。

参数 井孔流体 低速地层 钻铤 2.2 低频随钻偏心四极子声源在井孔中激发波场
横波速度/(m·s −1 ) 1200 3130
的特性
纵波速度/(m·s −1 ) 1470 2500 5860
为了表述及研究问题的方便，假设选取低频
密度/(kg·m −3 ) 1000 2300 7850
随钻四极子声源中心沿 x 轴方向偏离井孔轴线 (对
2.1 低 频 随 钻 四 极 子 声 源 在 井 孔 中 激 发 波 场 其他偏心方向可采用相同方法处理) 位置分别为
的特性 xoff = 0.00 m、0.005 m、0.01 m、0.015 m 和0.02 m，

圆形井孔中居中低频四极子声源激发波场的 分别计算圆形井孔中偏心四极子声源激发的声场，
时域阵列接收波形如图 3(a) 所示，对时域接收阵列 研究声源偏心位置对低频随钻四极子声波测井时
波形进行 STC 法和 DSA 法处理，得到如图 3(b) 所 域波形的幅度及波动模式的影响规律。

1500
4.8
1400
4.6
ᡰሏ/m 4.4 ܦᤴ/(mSs -1 ) 1300

4.2 1200
1100
4.0
1000
0 2000 4000 6000 8000 10000 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
௑ᫎ/ms
ᮠဋ/kHz
(a) ᫼ѵฉॎ (c) ᮠஙజጳ
ਥए/(msSm -1 ) 1200

800
400

2000 4000 6000 8000
௑ᫎ/ms
(b) STCڏ

图 3 圆形井孔四极子中心源随钻四极子声波测井阵列波形、STC 图和软地层四极子波频散曲线
Fig. 3 The full wave calculating result of LWD quadrupole array reception waveform, STC, and dispersion figure
of quadrupole wave pattern for soft formation of the source in center of circle borehole using FEM method