声波检测技术用于管道泄漏检测

1.声波检测技术的基本原理 声波不但能在空气中传播,而且能在液体和固体中传播。在空气中传播时,空气阻力使声波急剧衰减,其传播速度仅为340m/s。在钢管中传播时,由于受到极小的阻力,其传播速度高达5000m/s以上。     

声波测井中泥饼折射滑行波分析方法初探

 渗透层段因泥浆过滤形成泥饼，造成井径缩径，这对声波时差测井会产生一定影响。本文设计了一种三层介质的声波传播模型，首次提出了泥饼滑行波和泥饼折射滑行波的概念，给出了存在泥饼时的声波时差计算公式。用数值分析法研究了声波滑行波传播时间随泥饼厚度的变化规律，表明发射探头到接收探头的距离控制了接收声波的来源，1m源距的常规声波测井仪器接收的总是泥饼折射滑行波，当泥饼厚度均匀且各向同性时无需进行泥饼校正。而当为提高声波分辨率减小源距时，声波测井仪器所接受到的声波受泥饼厚度的影响。     

用声波测井资料计算剥蚀量的方法改进

作者提出了用声波传播时间与深度关系的指数模型来计算剥蚀量的一种改进方法。该方法同时考虑了声波在岩石基质中传播时间的物理范围和声波在地表的传播时间,从而在浅部和大深度上都能较好地反映地质真实和预测压实趋势,提高了剥蚀量估计。文中应用这一改进方法对东海西湖凹陷第三系地层作了压实趋势拟合和主要不整合面的剥蚀量计算,得出的东海1井中新世末的T₁0界面剥蚀厚度达1750m。      

简化的三维TTI介质黏滞纯声波方程及其数值模拟

地球介质普遍具有非弹性和各向异性特征,因此在研究地震波在地下空间传播时应该同时考虑各向异性和黏滞性。在各向异性介质波场模拟、偏移成像和波形反演中,目前主要采用的是伪声波方程,该类方程是在直接将横波速度设置为0的基础上发展的,当介质参数不满足假设条件时容易产生伪横波数值干扰及模拟不稳定。考虑到伪声波方程存在的问题,文中应用泊松算子和有限差分相结合的策略求解高精度的三维TTI介质纯声波方程。同时,考虑到衰减介质对地震波振幅和相位的影响,在各向同性黏滞声波方程的基础上,推导了一种简化的三维TTI介质黏滞纯声波方程,该方程能够模拟纯声波的相位畸变和振幅衰减。应用三维层状模型、TTI楔状体模型和改进的Marmousi模型验证了方法的有效性和适用性。     

用声波方法测量液体密度的实验研究

将平板放在不同密度和粘度的液体中，用声源在平板的侧面激发声波，该声波沿平板传播并通过上、下界面耦合到液体中，其传播特征受液体密度、速度和粘度的影响。该影响通过声波传播速度和幅度表现出来。通过测量液体中沿平板表面传播的声波速度随频率的变化关系，可以得到液体的密度和速度特征。文章用实验的方法对其进行了研究：将平板放在两种不同密度的油中，测量了波形，对比了所测量波形的速度随频率的变化关系，直观显示了两种不同液体中所测量波形速度的差别。     

声幅测井的理论研究

水泥胶结测井主要是运用声波在界面处的折算和反射、声波在介质传播过程中的衰减及声波在套管井中传播来测量固井质量,声波探头接收到的声波的信号强度与界面两端介质的声阻抗值有关,当两者声阻抗值越接近,接到的声波的信号就越强,幅度值就越小;介质的声阻抗相差越大,接收到的声波信号强度就越弱,幅度值就越大。而固井质量的好坏与套管波的首波幅度与自由套管井段套管波的首波幅度的相对大小有关,相对声幅值越大,固井质量越差;相对声幅值越小,固井质量越好。     

钻柱中声波传播特性理论分析与试验研究

为验证声波在钻柱中的传播特性,获取适合传输井下信息的频率点或频段,以127.0mm钻杆为研究对象,基于理想钻柱的频率方程,分析了不同长度钻杆的频率与波数的关系。分析认为,钻杆长度的不均匀性将导致钻柱通频带的交集缩小,若钻柱每个周期由不同长度的钻杆连接组成,通带将变窄,甚至在某些频带上因没有重叠部分而形成很宽的阻带。基于理想钻柱的瞬态响应方程,分析了钻杆接头对声波的反射作用,得到了声波通过多根钻杆后的瞬态特性。在室内采用每根长1.5m的钻杆短节,进行了全尺寸接头钻杆短节声波传播特性试验,研究了不同频率声波在不同长度钻柱中的传播特性,验证了声波在钻柱中传播存在梳妆滤波器特性和色散现象,得到了适合钻柱中传播的声波频率范围和一些频率点,可为声波系统样机的研制提供理论基础和依据。     

井眼声波基础

在井眼和地层中传播的声波与地层一样,可能非常简单,也可能非常复杂。了解声波传播的基础知识对于利用好现代声波测井技术是十分必要的。     

气相聚合流化床内聚合物结块的声波检测技术

在420 mm的气相聚合流化床中进行了聚合物结块的检测实验。利用声波检测技术结合频谱分析,根据聚合物在结块的过程中碰撞流化床壁面产生不同声波信号的机理,提出了流化床内聚合物结块的判据,即团聚指数(I)。当I(0.2时,表明有结块产生;当I(-0.2时,则表明有粘壁结块产生,粘壁结块的尺寸在声波信号的低频能量处于极小值时达到最大。I是一个无因次量,具有一定的适用性。声波检测技术能有效、准确地预测和诊断流化床内聚合物的结块。     

钻柱中声波传输系统样机的研制

声波传输是一种具有极大潜力的井下信息无线传输技术。在方案设计的基础上,研制出基于钻柱信道的由井下声波发射装置和地面声波接收换能器组成的声波传输系统样机。开展了样机试验井试验,检验了声波传输系统样机的性能,测试了钻柱的频谱特性。通过试验井试验数据对声波在钻柱中传播的衰减、噪声和多途干扰等进行了分析,得到了井下无线信息传输系统的可用信号频率、编码方法等,证明用声波在钻柱上进行数据传输是可行的。     

横波各向异性在安棚地区裂缝评价中的应用

横波在各向异性地层中传播会产生分裂现象, 裂缝面与井轴平行或斜交的天然裂缝或诱导缝能够造成横波的各向异性特征, 各向异性的大小反映裂缝的发育程度, 快横波的偏振方向代表裂缝的走向。可以利用偶极声波成像测井资料提取的快、慢横波信息, 得到地层各向异性的大小, 来定性评价安棚地区裂缝的有效性和走向。     

环腔式流体声波发生器结构参数优化

为了避免声波传播时的相互干扰，在哈特曼流体声波发生器喷射腔和谐振腔之间增设了一同轴圆筒，得到了产生更大功率声波的环腔式流体声波发生器。为了减小先前实验过程中离散取点带来的频率和振幅测试误差，采用了丹麦产水听器和GPIB数据采集卡采集测试环腔式流体声波发生器产生的声波，更准确地测定了喷距、谐振腔深度和流速等参数对产生声波的频率和振幅的影响，得到了结构参数与频幅之间的规律，为环腔式流体声波发生器的结构设计提供了依据。在孤岛油田多口油井施工，解堵增产效果显著。     

不同孔隙结构碳酸盐岩对声波时频特性的影响

为研究不同孔隙结构对声波时频特性的影响,将不同孔隙结构的碳酸盐岩岩心切割成边长60 mm的立方体,利用自主研发的多频超声波测试仪测量岩心轴向纵波首波传播时间,同时利用Ultrascope软件采集接收端探头声波波形,对不同孔隙结构碳酸盐岩中传播纵波的波速、时域波形及频谱特征进行研究。结果表明:声波时域及频域波形特征主要与岩心孔洞尺寸及胶结情况有关,而与孔隙度的大小无关;随着孔洞尺寸的增大,碳酸盐岩对声波中高频谐波过滤作用逐渐增强;垂直裂缝传播的声波时域波形含有大量尾随信号,频域波形中高频信号强度显著变弱且谱峰数量多,振荡强烈;平行裂缝传播的声波时频特征与垂直裂缝传播明显不同。碳酸盐岩声波时频特征研究,拓宽了声波预测岩心信息的方法,对该类储层特征预测及评价具有重要的意义。     

断层性质随深度变化的定量判断方法

声波在岩石中的传播速度与岩石的性质、孔隙度以及孔隙中所充填的流体性质密切相关,因此可以利用声波在断层岩中传播的时差异常来分辨断层的力学性质.通过对东营凹陷的砂泥岩和其间断层岩的声波时差随深度变化特征及其相互间关系研究,进一步揭示张性断层声波时差异常的变化幅度和异常范围与断层埋藏深度有关.在1 600m左右以上区段,断层带的声波时差比围岩要大,断层为开启性质,断层对油气不具有封闭作用;在1 600 m以下区段,断层带的声波时差比围岩要小,为压性断层性质,断层处于封闭性状态,断层对油气具有封闭作用.     

物性参数差异对钻柱信道声波传播特性的影响

研究声波在钻柱中传播特性,对声传输系统的研发具有重要意义。将钻柱结构离散为不同均匀圆管组成的管柱结构,针对结构尺寸和物性参数差异,建立钻柱信道传递矩阵法计算分析模型,并依据位移的法向分量和法向作用力连续的边界条件,采用传递矩阵法进行信道时频域分析,对声波在钻柱中传输特性进行研究。研究结果表明:结构尺寸和物性参数差异决定了钻柱信道频域特性,纵波声速越高越有利于声波信号的传输;物性参数差异对于信道的频带结构和通频带分布有较为显著的影响,物性参数差异增大会使阻带变宽,钻柱信道声波传输能力下降;随着传输距离的增加,信号衰减程度增大。研究结果可为声波在钻柱中的传播研究提供理论基础。     

断层性质随深度变化的定量判断方法

声波在岩石中的传播速度与岩石的性质、孔隙度以及孔隙中所充填的流体性质密切相关,因此可以利用声波在断层岩中传播的时差异常来分辨断层的力学性质。通过对东营凹陷的砂泥岩和其间断层岩的声波时差随深度变化特征及其相互间关系研究,进一步揭示张性断层声波时差异常的变化幅度和异常范围与断层埋藏深度有关。在1600m左右以上区段,断层带的声波时差比围岩要大,断层为开启性质,断层对油气不具有封闭作用;在1600m以下区段,断层带的声波时差比围岩要小,为压性断层性质,断层处于封闭性状态,断层对油气具有封闭作用。     

管道声波预警技术

2009年底,华北油田采油四厂在主要输油管线上应用了管道声波预警系统,系统由若干分站和一个主站组成。太阳能供电系统分别给高灵敏度声波传感器、信号采集分析识别单元及通信等分站设备供电;主站主要以计算机和计算机输出设备为主。管道声波预警技术能够对盗油份子在碰触管道时产生的声波信号进行有效检测,在管道被破坏前及时发出警报。系统专家数据库的完善和大量经验值的收集是保证系统高效运行,减少误报警的必要手段。     

高声强流体动力式声源的研究现状与展望

在声波振动采油技术中具有应用效果的高声强流体动力式声源主要有Hartmann (哈特曼 )声波发生器、Pohlman (帕尔曼 )声波发生器和超声旋笛。Hartmann声波发生器在油井和注水井的解堵增注方面的应用研究 ,Pohlman声波发生器在原油防蜡降粘方面的应用研究 ,超声旋笛在防垢降粘方面的应用研究均取了较好的效果和经济效益。今后对高声强流体动力式声源的声波产生机理和特征的理论研究有待深入探讨。     

哈特曼声波发生器解堵深度理论计算

哈特曼流体声波发生器是广泛应用于油田解堵施工的物理法解堵设备。系统介绍了哈特曼声波发生器的发声和解堵机理,并推导了考虑流固耦合作用下的波动方程来描述声波在多孔介质中的传播特性,以确定不同物性参数的声波在地层的传播深度;考虑了流体粘度、地层渗透率、声波频率、渗流速度等因素对声波衰减的影响,以确定解堵深度来指导现场施工。     

随井径与岩性变化的声波时差校正方法探讨

声波时差测量结果受井径扩径和岩性变化的双重影响。设计了一种砂泥岩剖面的变井径变岩性模型,分析了补偿声波测井产生的滑行波的传播路径和常规井径校正方法。采用设计的新模型,按照费尔马时间最小原理推导出了同时考虑井径变化和岩性变化的声波时差补偿计算公式。根据实际测井曲线读取测井值,用经典参数进行的实例计算得到了符合实际的声波时差补偿量。如果用实际测量的参数计算声波时差补偿量,其结果将会更加接近地层的真实声波时差。