用聲波幅度來(lái)確定產(chǎn)液的油水含油率

1、西西 安安 郵郵 電電 學(xué)學(xué) 院院 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）文） 題 目： 用聲波幅度來(lái)確定產(chǎn)液的油水含油率 學(xué) 院： 電子工程學(xué)院 系 部： 光電子技術(shù)系 專(zhuān) 業(yè)： 光電信息工程 班 級(jí)： 光電 0702 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱(chēng)： 教授 起止時(shí)間：2011 年 3 月 28 日至 2011 年 7 月 1 日 西西 安安 郵郵 電電 學(xué)學(xué) 院院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名學(xué)生姓名指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 職稱(chēng)職稱(chēng)教授教授 學(xué)院學(xué)院電子工程學(xué)院電子工程學(xué)院系部系部光電子技術(shù)系光電子技術(shù)系 專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)光電信息工程光電信息工程 題目題目用聲波幅度來(lái)確定產(chǎn)液的油水含油率用聲波幅度來(lái)確定

2、產(chǎn)液的油水含油率 任務(wù)與要求任務(wù)與要求 查閱和閱讀有關(guān)資料，了解和掌握聲信號(hào)在介質(zhì)中傳播的機(jī)理查閱和閱讀有關(guān)資料，了解和掌握聲信號(hào)在介質(zhì)中傳播的機(jī)理, 建立聲波幅度與產(chǎn)液建立聲波幅度與產(chǎn)液油水含油率之間的關(guān)系油水含油率之間的關(guān)系; 熟悉熟悉 Matlab 算法語(yǔ)言；算法語(yǔ)言； 會(huì)用會(huì)用 Matlab 算法語(yǔ)言獨(dú)立編寫(xiě)程序。進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和分析算法語(yǔ)言獨(dú)立編寫(xiě)程序。進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和分析進(jìn)行進(jìn)行數(shù)數(shù) 學(xué)建模、計(jì)算，仿真。學(xué)建模、計(jì)算，仿真。在在 Matlab 環(huán)境下編程、進(jìn)行的數(shù)值模擬環(huán)境下編程、進(jìn)行的數(shù)值模擬。 撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和畢業(yè)論文。撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和畢業(yè)論文。 開(kāi)始日期開(kāi)始日期2011 年年 3 月

3、月 28 日日完成日期完成日期2011 年年 7 月月 1 日日 主管院長(zhǎng)主管院長(zhǎng)(簽字簽字)年年月月日日 西西 安安 郵郵 電電 學(xué)學(xué) 院院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論文) 工 作 計(jì) 劃 學(xué)生姓名學(xué)生姓名職稱(chēng)職稱(chēng)教授教授 學(xué)院學(xué)院電子工程學(xué)院電子工程學(xué)院系部系部光電子技術(shù)系光電子技術(shù)系 專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)光電信息工程光電信息工程 題目題目用聲波幅度來(lái)確定產(chǎn)液的油水含油率用聲波幅度來(lái)確定產(chǎn)液的油水含油率 工作進(jìn)程工作進(jìn)程 起 止 時(shí) 間工 作 內(nèi) 容 2011.3.282011.4.11 查閱資料了解該題目研究現(xiàn)狀; 2011.4.122011.4.20 對(duì)該課題相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)； 2011.4.2 20

4、11.5.13 建立測(cè)量的聲信號(hào)幅度與產(chǎn)液油水含油率之間 的關(guān)系; 2011.5.142011.5.23 熟悉 Matlab 環(huán)境; 2011.5.242011.6.20 進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和分析； 2011.6.21 2011.7.1 撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和畢業(yè)論文并準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 主要參考書(shū)目（資料） 1.法林，林峰，陳文輝，石油勘探用薄圓環(huán)壓電換能器的瞬態(tài)特性分析， 地球物理學(xué)報(bào)，1996 年，第 39 卷 增刊 2.尹慧，李冬梅，李永平，聲波在界面上的反射和投射系數(shù)，曲阜師范 大學(xué)學(xué)報(bào)， 2000 年 7 月,第 26 卷 第 3 期 主要儀器設(shè)備及材料 計(jì)算機(jī)平臺(tái)、 MatLab 軟件 論文（設(shè)計(jì)

5、）過(guò)程中教師的指導(dǎo)安排 每周與學(xué)生討論一至二次，檢查一周的畢設(shè)進(jìn)展情況，針對(duì)設(shè)計(jì)中存在 的問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)；若遇到不明確的問(wèn)題，要求學(xué)生隨時(shí)與老師保持聯(lián)系。 對(duì)計(jì)劃的說(shuō)明 西安郵電學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 電子工程 學(xué)院 光電信息工程 專(zhuān)業(yè) 07 級(jí) 02 班 課題名稱(chēng)：用聲波幅度來(lái)確定產(chǎn)液的油水含油率 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 報(bào)告日期： 2011 年 3 月 25 日 1本課題所涉及的問(wèn)題及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述 在石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的早期，原來(lái)的垂直井，我們可以用電容法含水率來(lái)測(cè) 井，它是一種測(cè)量井內(nèi)流體持水率的重要方法，利用油氣同水的介電特性差 異測(cè)定水的含量。而隨著油井的不斷開(kāi)采，出現(xiàn)越來(lái)越

6、多的垂直井，電容法 就不能很好的測(cè)量，薄圓環(huán)壓電陶瓷的換能器是近年發(fā)展起來(lái)的新型換能器 件,它具有體積小、重量輕、精度和分辨率高、頻響高等優(yōu)點(diǎn),在垂直井中得 到了很好的應(yīng)用。 薄圓環(huán)換能器常常用于聲波測(cè)井的許多方面，測(cè)量油井中的含油率就是 一個(gè)典型而成功的應(yīng)用。在如今更多的垂直井中，薄圓環(huán)換能器作為聲源的 發(fā)射、接收裝置，把換能器處于油井的不同位置，他所接觸的介質(zhì)也是不同 的，因此它的發(fā)射系數(shù)也是有差異的，基于這些變化的值，可以比較準(zhǔn)確的 判斷油井的含油率。我們研究用的換能器屬于新型的薄圓環(huán)壓電換能器，同 時(shí)，在水平井中測(cè)量它的含油率也得到了廣泛的應(yīng)用。 2本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題、解決的

7、思路及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性 分析 課題涉及的研究包括了： 薄圓環(huán)壓電換能器的響應(yīng)函數(shù)并建立其等效電路； 電驅(qū)動(dòng)信號(hào)與換能器瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)之間的傳輸函數(shù)； 推導(dǎo)出薄圓環(huán)換能器的液-固界面的反射系數(shù)； 建立起反射系數(shù)與含油率的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 用 MATLAB 進(jìn)行數(shù)字模擬。 3指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn)指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師(簽字簽字)： 年年 月月 日日 西安郵電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)成績(jī)?cè)u(píng)定表 學(xué)生姓名高俊恒高俊恒性別男學(xué)號(hào) 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 光電 0702 課題名稱(chēng)用聲波幅度來(lái)確定產(chǎn)液的油水含油率 課題 類(lèi)型 理論 研究 難 度 適 中 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）時(shí) 間 2011 年 3 月 28 日7 月 1

8、 日 指導(dǎo)教師 法林法林 (職稱(chēng) 教授 ) 課題任務(wù) 完成情況 論文 (千字)； 設(shè)計(jì)、計(jì)算說(shuō)明書(shū) (千字)； 圖紙 (張)； 其它 (含附件 )： 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 分項(xiàng)得分：開(kāi)題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分； 論文撰寫(xiě)（規(guī)范） 分； 學(xué)習(xí)態(tài)度 分； 外文翻譯 分 指導(dǎo)教師審閱成績(jī)：指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日 評(píng) 閱 教 師 意 見(jiàn) 分項(xiàng)得分：選題 分； 開(kāi)題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分； 論文撰寫(xiě)（規(guī)范） 分； 外文翻譯 分 評(píng)閱成績(jī)： 評(píng)閱教師(簽字)： 年 月 日 驗(yàn) 收 小 組 意 見(jiàn) 分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 分； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量 分

9、； （操作）回答問(wèn)題 分 驗(yàn)收成績(jī)：驗(yàn)收教師(組長(zhǎng))(簽字)： 年 月 日 答 辯 小 組 意 見(jiàn)分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 分； 陳述情況 分； 回答問(wèn)題 分； 儀表 分 答辯成績(jī)： 答辯小組組長(zhǎng)(簽字)： 年 月 日 成績(jī)計(jì)算方法 (填寫(xiě)本院系實(shí)用比例 ) 指導(dǎo)教師成績(jī)指導(dǎo)教師成績(jī) 20 () 評(píng)閱成績(jī)?cè)u(píng)閱成績(jī) 30 () 驗(yàn)收成績(jī)驗(yàn)收成績(jī) 20 () 答辯成績(jī)答辯成績(jī) 30 () 學(xué)生實(shí)得成績(jī)(百分制) 指導(dǎo)教師成績(jī)指導(dǎo)教師成績(jī) 評(píng)閱成績(jī)?cè)u(píng)閱成績(jī) 驗(yàn)收成績(jī)驗(yàn)收成績(jī) 答辯成績(jī)答辯成績(jī) 總評(píng)總評(píng) 答 辯 委 員 會(huì) 意 見(jiàn) 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))總評(píng)成績(jī)(等級(jí))： 院答辯委員會(huì)主任(簽字)： 學(xué)院(簽章)

10、 年 月 日 備 注 西安郵電學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))成績(jī)?cè)u(píng)定表(續(xù)表) 目錄 摘要.2 ABSTRACT.3 前言.4 第一章 緒論.5 1.1 聲波測(cè)井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 .5 1.2 早期測(cè)量油井含水率主要方法 .5 1.3 聲波測(cè)井技術(shù)在油井測(cè)量中遇到的問(wèn)題 .6 1.4 未來(lái)測(cè)井的發(fā)展方向 .6 第二章 力學(xué)網(wǎng)絡(luò)的分析與計(jì)算.6 2.1 換能器的位移方程.6 2.2 換能器所受力對(duì)位移矢量的影響 .7 2.2.1 薄圓環(huán)換能器所受力對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的影響.7 2.2.2 求解壓電換能器發(fā)出的聲場(chǎng)對(duì)壓電換能器的反作用.9 第三章 換能器電學(xué)網(wǎng)絡(luò)的分析與計(jì)算.9 3.1 薄圓環(huán)壓電換能器的物理效應(yīng) .

11、9 3.2 換能器機(jī)電等效圖分析 .10 第四章 脈沖信號(hào)的聲源沖擊響應(yīng)和電-聲傳輸函數(shù).12 4.1 激勵(lì)電壓為脈沖信號(hào) .12 4.2 接收器聲-電沖擊響應(yīng)和聲-電傳輸函數(shù).15 第五章 液體和固體中平面波的反射系數(shù).18 5.1 液-固界面的聲波傳播.18 5.2 滑行波作為首波接受的條件 .19 5.3 求解液-固界面的反射系數(shù).20 第六章 利用反射系數(shù)求油井的含油率.23 6.1 求解當(dāng)接收器首先接收到反射波的臨界角 .24 6.2 求解液-固界面的反射系數(shù).24 結(jié)論.29 致謝.30 參考文獻(xiàn).31 摘要 石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期的油井一般都是垂直井，在油井內(nèi)近似認(rèn)為是油和水的混合

12、液，我們可以用電容法含水率來(lái)測(cè)井，它是一種測(cè)量井內(nèi)流體持水率的重要方法，利 用油氣同水的介電特性差異測(cè)定水的含量。而隨著油井的不斷開(kāi)采，出現(xiàn)越來(lái)越多的 水平井，電容法測(cè)量會(huì)出現(xiàn)很大的誤差。聲波測(cè)井的應(yīng)用，使得誤差得到減小，薄圓 環(huán)壓電陶瓷的換能器是近年發(fā)展起來(lái)的新型換能器件,它具有體積小、重量輕、精度和 分辨率高、頻響高等優(yōu)點(diǎn),在垂直井中得到了很好的應(yīng)用。 分析了聲波測(cè)井 油井中薄圓環(huán)壓電換能器的暫態(tài)響應(yīng) , 研究并建立了其等效 電路, 并且求出了電驅(qū)動(dòng)信號(hào)與換能器的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)之間的傳輸函數(shù)。利用留數(shù)定理, 可以對(duì)任何電驅(qū)動(dòng)信號(hào) , 解析地求出換能器的運(yùn)動(dòng)在時(shí)域與頻域的暫態(tài)函數(shù)。 推導(dǎo)出液 -固

13、界面的反射系數(shù)，當(dāng)換能器處于不同的介質(zhì)時(shí)，反射系數(shù)是不同的， 因此建立起反射系數(shù)與油井含油率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣就很容易的利用薄圓環(huán)換能 器測(cè)得水平井換能器所在位置的含油率。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: : 聲波測(cè)井，壓電換能器， 傳輸函數(shù) ，反射系數(shù) ABSTRACT Oil industry development, the original Wells early commonly in oil Wells is vertical Wells, that is within approximation of oil and water mixture, we can use capacitive moi

14、sture content to logging, it is a kind of measurement in well hold water rate of fluid important method, using the dielectric properties with water oil determination of water content of differences. With the continuous mining Wells, appear more and more horizontal well, capacitive measurement may ap

15、pear in large error. Acoustic logging application, make errors, thin rings have reduced the piezoelectric transducers is developed in recent years of new transducer parts, it has small volume, light weight, precision and high resolution, the advantages of high frequency response in vertical Wells, g

16、et a good application. This paper analyses the transient response of thin shell transducer, develops its equivalent circuit and determines the relation between an electric-driving signal and a radiated acoustic signal. By using the residue principle, the transient function s of the temporal and freq

17、uency domains for the transducer are determined analytically for any electrical-driving signal. Deduces liquid-solid interface of reflection coefficient, when in different medium transducer, reflection coefficient is different, so set up reflection coefficient and the corresponding relations opu oil

18、 Wells. This is easy to utilize thin rings transducer horizontal location measurement transducer the opu. Key word: sonic-logging, piezoelectric-transducer, transient function, reflection coefficient 前言 聲波測(cè)井技術(shù)起始于 20 世紀(jì) 40 年代，經(jīng)過(guò) 70 多年的發(fā)展，并且在計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)和 數(shù)字處理技術(shù)迅速發(fā)展的帶動(dòng)下，加快了對(duì)聲波測(cè)井技術(shù)的不斷優(yōu)化，可以或得更多 的油井聲學(xué)性質(zhì)，提高了聲波測(cè)井

19、在油井中測(cè)量的準(zhǔn)確度。聲波測(cè)井是地球物理測(cè)井 技術(shù)中一種發(fā)展最快應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)代測(cè)井方法之一。該技術(shù)采用了聲波的速度及幅 度在巖石、巖層孔隙、含油氣水等介質(zhì)中傳播時(shí)的全波記錄得出的不同物理地質(zhì)特征 來(lái)研究和解決地質(zhì)問(wèn)題，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)油氣、煤、金屬與非金屬、放射性、地?zé)?、地下?等礦產(chǎn)資源。近年來(lái)已擴(kuò)展到工程地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、考古研究等應(yīng)用領(lǐng)域。 聲波測(cè)井已經(jīng)成為地球物理測(cè)井科學(xué)的重要領(lǐng)域，是發(fā)展最快和應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)代測(cè) 井方法之一。 根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的聲波測(cè)井技術(shù)的研究現(xiàn)狀，基于聲波測(cè)井井壁反射波的簡(jiǎn)單工 程模式，本文在利用聲波測(cè)井傳輸網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算聲源的電-聲沖擊響應(yīng)和接收器的聲-電 轉(zhuǎn)換傳

20、輸函數(shù)。利用數(shù)字信號(hào)處理理論計(jì)算了油井中聲場(chǎng)傳播模型，對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào) 激勵(lì)薄圓環(huán)壓電換能器產(chǎn)生聲信號(hào)作為點(diǎn)聲源，分析計(jì)算得出了縱波、橫波和反射波 的信號(hào)模型，計(jì)算并推導(dǎo)出薄圓環(huán)換能器和接收器傳輸函數(shù)，建立聲波測(cè)井傳輸網(wǎng)絡(luò) 之后，著重研究分析了液-固界面的反射系數(shù)在不同的介質(zhì)中的變化情況，根據(jù)反射系 數(shù)與面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定油井中的油水含油率。 在本論文中，我通過(guò)查閱資料和向法老師請(qǐng)教，自己也做了一些理論研究，著重 分析了建立的薄圓環(huán)壓電換能器的機(jī)電網(wǎng)絡(luò)等效圖，得出了聲源的電-聲沖擊響應(yīng)和傳 輸函數(shù)和收器的聲-電轉(zhuǎn)換傳輸函數(shù)。著重研究分析了液-固界面的反射系數(shù)在不同的介 質(zhì)中的變化情況，得出反射

21、系數(shù)與面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且用matlab仿真軟件確定了反射 系數(shù)與油井含油率的對(duì)應(yīng)曲線圖。 第一章 緒論 1.1 聲波測(cè)井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 測(cè)井技術(shù)于 1927 年起源于法國(guó)斯侖貝謝公司，1939 年中國(guó)開(kāi)始將測(cè)井技術(shù)應(yīng)用于 石油工業(yè)。80 多年來(lái)，測(cè)井技術(shù)經(jīng)歷了從模擬測(cè)井到數(shù)字測(cè)井、數(shù)控測(cè)井、成像測(cè)井 的發(fā)展歷程，目前已發(fā)展成為十大石油學(xué)科之一。它被廣泛應(yīng)用于油氣田的勘探與開(kāi) 發(fā)的全過(guò)程，為石油地質(zhì)和工程技術(shù)人員尋找和評(píng)價(jià)油氣層提供了重要的資料和數(shù)據(jù)， 解決了一系列的地質(zhì)難題。同時(shí)，測(cè)井技術(shù)還是進(jìn)行煤炭、金屬等礦產(chǎn)資源勘探的重 要手段，并被擴(kuò)展到工程及其它領(lǐng)域。 近幾年來(lái),我國(guó)斥巨資直接請(qǐng)斯侖

22、貝謝測(cè)井公司服務(wù),并引進(jìn)了幾十套包括MAC在 內(nèi)的ECLIPS2000系統(tǒng)。借鑒國(guó)外在聲波測(cè)井儀器研制方面的成功技術(shù),開(kāi)發(fā)新一代偶極 聲波測(cè)井儀器是提高我國(guó)測(cè)井裝備水平的重要途徑。石油勘探技術(shù)發(fā)展迅速。主要表 現(xiàn)為：地面記錄系統(tǒng)向高性能大型復(fù)合型方向發(fā)展；聲、電、核、磁等各系列的井下 儀器全面向成像化方向發(fā)展，尤其是核磁成像測(cè)井技術(shù)，發(fā)展特別迅速；測(cè)井資料處 理解釋技術(shù)向解決實(shí)際問(wèn)題的個(gè)性化方向發(fā)展；測(cè)井軟件技術(shù)則向大型綜合性方向發(fā) 展。為了更加準(zhǔn)確的測(cè)量油水的含油率，聲波幅度測(cè)井作為一種較為常用的測(cè)量數(shù)據(jù) 的方法，也得到了很廣的運(yùn)用。 1.2 早期測(cè)量油井含水率主要方法 目前生產(chǎn)井主要通過(guò)測(cè)

23、量井內(nèi)持水率及流體密度來(lái)識(shí)別流體。測(cè)量混合流體持水 率的儀器主要有電容式含水儀、微波含水儀、開(kāi)關(guān)電導(dǎo)式含水儀以及壓差密度計(jì)等。 這類(lèi)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)可以識(shí)別井內(nèi)流體的類(lèi)型，從而確定油井的含油率。 電容法含水率測(cè)井是利用油氣同水的的介電特性差異測(cè)定水的含量。由于油氣等 碳?xì)浠衔锱c水具有不同的介電常數(shù)。水的介電常數(shù)為 80，油氣的介電常數(shù) 1.04.0， 因而具有較高的分辨率，儀器是對(duì)所處位置的流體進(jìn)行采樣，然后在儀器的取樣室內(nèi) 油水靠重力分離，該室內(nèi)置一電容電極，電極與取樣室外殼構(gòu)成圓柱狀電容，通過(guò)測(cè) 量圓柱狀電容器電容量的變化就可以得到持水率，確定含油率。 微波含水率測(cè)井是利用高頻電磁波的諧振

24、狀態(tài)來(lái)測(cè)量原油中的水分。高頻電磁波 在含水原油中傳播時(shí)，其波長(zhǎng)隨含水率的不同而不同，并引起諧振回路頻率的變化， 致使改變諧振回路和晶振回路之間的諧振狀態(tài)，根據(jù)這種變化可以測(cè)定原油中的含水 率。 開(kāi)關(guān)電導(dǎo)法測(cè)井是以電導(dǎo)為基礎(chǔ)，由于油的電導(dǎo)趨于零，水的電導(dǎo)較大，當(dāng)油、 水以各種不同的百分含量流過(guò)探頭的電極時(shí)，探頭都會(huì)有相應(yīng)的輸出電壓，這樣得出 各種百分比的對(duì)應(yīng)值，從而確定油水的含油率。 壓差密度計(jì)又稱(chēng)密度梯壓計(jì)，利用兩個(gè) 0.6m 的壓敏元件，測(cè)量井筒內(nèi)流體柱兩點(diǎn) 間的壓力差值，而測(cè)出的壓力梯度正比于流體密度，這樣就可以測(cè)得流體的密度，確 定含油率。 1.3 聲波測(cè)井技術(shù)在油井測(cè)量中遇到的問(wèn)題 在

25、油田勘探開(kāi)發(fā)中，測(cè)井技術(shù)是確定和評(píng)價(jià)油層的重要手段，也是解決一系列地 質(zhì)問(wèn)題的有效途徑，但是油井計(jì)量主要存在以下問(wèn)題： 油井產(chǎn)液量普遍波動(dòng)較大，且沒(méi)有規(guī)律可循，低產(chǎn)油井還存在產(chǎn)液間歇現(xiàn)象，間 歇時(shí)間長(zhǎng)短不一，短時(shí)計(jì)量很難得出真實(shí)的產(chǎn)量，采用兩相計(jì)量分離器配玻璃管量油 的方法已難以適應(yīng)。油井產(chǎn)量差別大、波動(dòng)大導(dǎo)致不同油井伴生氣的產(chǎn)量差別和波動(dòng) 也較大，孔板配雙波紋管差壓計(jì)等測(cè)氣方法已不能適用。由于采用高液量生產(chǎn)和油層 壓裂等措施，增加了油井產(chǎn)液中的砂和雜質(zhì)，含水率高又使儀表易結(jié)垢，齒輪流量計(jì)、 腰輪流量計(jì)已不適用。由于油井產(chǎn)液含水率高，有大量游離水存在，因此，人工取樣 隨機(jī)性很強(qiáng)，很難取準(zhǔn)，無(wú)法

26、得到真實(shí)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的含水率值。 在聲波測(cè)井發(fā)展到目前這種狀態(tài)，無(wú)論是研究新的測(cè)井方法，還是結(jié)合其他學(xué)科， 對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用拓展和改進(jìn)，都是極為艱難的?，F(xiàn)在聲波測(cè)井面臨以下難題： 如何擺脫信息量小的制約是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，再一個(gè)就是如何在復(fù)雜的介質(zhì)條件 下加大對(duì)測(cè)井問(wèn)題的解決，使得地質(zhì)情況對(duì)測(cè)量的影響降低到最小，以及如何使得采 集的測(cè)井信息更加真實(shí)的反映油井的原始狀態(tài)。提高測(cè)井的效率也是需要解決的一個(gè) 問(wèn)題。 1.4 未來(lái)測(cè)井的發(fā)展方向 未來(lái)測(cè)井的方向是要提高測(cè)井技術(shù)，發(fā)展井間測(cè)井新技術(shù)，能夠提高測(cè)井的縱向 分辨率，并且發(fā)展綜合技術(shù)，提高測(cè)井技術(shù)綜合應(yīng)用能力，以及要提高測(cè)井綜合信息 采集能力

27、，并且提高油氣采收率測(cè)井技術(shù)，同時(shí)提高測(cè)井的深度做好剩余油的檢測(cè)。 這都是未來(lái)聲波測(cè)井的發(fā)展要求及方向。 第二章 力學(xué)網(wǎng)絡(luò)的分析與計(jì)算 2.1 換能器的位移方程 薄圓環(huán)壓電換能器的剖面圖如圖 2-1所示，為了研究我們引入 柱面坐標(biāo)系對(duì) 換能器的工作原理進(jìn)行分析與計(jì)算。 圖2-1 薄圓環(huán)換能器柱面坐標(biāo)系 當(dāng)平均半徑為，壁厚為沿著半徑方向進(jìn)行極化，設(shè)它的密度為。由于 b r t l 薄圓環(huán)壓電換能器的壁較薄，因而我們可以近似地認(rèn)為（是換能器的半徑） b rrr 。由于它的質(zhì)點(diǎn)位移具有軸對(duì)稱(chēng)性，切向應(yīng)力為零，所以在薄圓環(huán)內(nèi)不能形成應(yīng)力 波，若此換能器的外壁自由，則可得簡(jiǎn)化方程： （2-1） b T

28、t U r 2 r 2 （2-2） z TUr z 2 2 t 其中、分別是薄圓環(huán)切向和軸向的 正應(yīng)力，和分別是相應(yīng)徑向和軸向 T z T r U z U 的質(zhì)點(diǎn)位移 分量。 設(shè)分別由數(shù)字 1,2,3代表，則與徑向極化有關(guān)的壓電方程為 1： r , z， (2-3) 3311111 d ETSS E (2-4) 3331313 dETD T 式中是薄圓環(huán)在方向上的伸縮應(yīng)變量，是換能器材料的柔順系數(shù) ，和d 1 Ss T 分別是換能器的介電常數(shù)和壓電常數(shù)，是電場(chǎng)的徑向分量。 3 E 2.2 換能器所受力對(duì)位移矢量的影響 2.2.1 薄圓環(huán)換能器所受力對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的影響 當(dāng)薄圓環(huán)處于耦合液體中，并使

29、它的兩端與周?chē)詈弦后w隔離，只讓其外壁與 液體相接觸，當(dāng)換能器在液體中徑向振動(dòng)時(shí)，他會(huì)交替引起液體的膨脹與收縮運(yùn) 動(dòng)，在聲波測(cè)井儀中，聲源通常是放在耦合液體中，因而會(huì)向外輻射聲波。同時(shí)， 換能器也處于自己的輻射聲波中。所以，它受聲場(chǎng)的反作用力，該反作用力與薄圓 環(huán)換能器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，用表示，除此之外，薄圓環(huán)的振動(dòng)還會(huì)引起摩擦力 r F 阻，它與質(zhì)點(diǎn)的位移速度和液體的摩擦力阻成正比，方向與振動(dòng)方向相反 ， f F m R 如下: (2-5) dt dU jXR dt dU rk kr j rk r RF r r r b b b b r r 2222 22 11 k 式中 ，分別是耦合液體的密度

30、和聲速，分別 mmbH Rr2 m 和 mr XRr和 是輻射阻和輻射抗。 （2- dt dU RF r mf 6） 其中，與液體粘滯系數(shù)成正比 。 m R 薄圓環(huán)換能器聲輻射面積,則它所受外力：HA b r2 （2- dt dU jXRRFFF r rmf rr 7） 由于薄圓環(huán)換能器的軸對(duì)稱(chēng)性， 質(zhì)點(diǎn)位移和伸縮變量的關(guān)系為： （2- b r Ur S 1 8） 由于薄圓環(huán)換能器高度，則可以忽略軸向振動(dòng)和徑向振動(dòng)之間的耦合， b rH 且軸向應(yīng)力=0，所以，薄圓環(huán)換能器的振動(dòng)可以簡(jiǎn)化為一維沿徑向的自由度振動(dòng)。 2 T 即： （2-9） E S ES T 11 3311 1 d 把（2-9）代

31、入（ 2-5）得： (2-10) 3 11 31 1 11 2 2 22 E S dHl S S Hl dt Ud m E t E tr 所以把（ 2-7）、（2-8）代入（ 2-10）得： (2-11) 3 11 31 11 2 2 22 E S dHl U rS Hl dt dU jXRR dt Ud m E t r b E tr rmr r 2.2.2 求解壓電換能器發(fā)出的聲場(chǎng)對(duì)壓電換能器的反作用 求解出換能器做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，耦合液體對(duì)換能器的反作用然后將換能器等效成 一個(gè)等效網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)換能器加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，相當(dāng)于給機(jī)電網(wǎng)絡(luò)的電端輸入一個(gè)信號(hào)， 這時(shí)，換能器振動(dòng)時(shí)，耦合液體對(duì)換能器的反作用就是

32、通過(guò)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)反映出來(lái)。 當(dāng)假設(shè)質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，則質(zhì)點(diǎn)位移（為初始位移），則（ 2- tj eUU 0r 0 U 11）式可寫(xiě)為： （2- m mr r E r C RRj X m S d U 1 Hl2 2 11 31t 12） 式中 Hl Sr C t E b 2 11 m 由（2-3）、（2-4）相消，得： 1 T (2-13) 3 2 3133 11 31 3 1 d EKU S D T r E 式中 TE S d K 3311 312 31 第三章 換能器電學(xué)網(wǎng)絡(luò)的分析與計(jì)算 3.1 薄圓環(huán)壓電換能器的物理效應(yīng) 發(fā)射換能器：用于發(fā)射聲波的換能器或者發(fā)射探頭。 接收換能器：用于接收聲波的

33、換能器或者接收探頭。 換能器的兩種物理效應(yīng)： 1.壓電效應(yīng)：有些多原子分子晶體發(fā)生形變時(shí)，會(huì)在晶體表面產(chǎn)生電荷，這種現(xiàn) 象稱(chēng)之為壓電效應(yīng)。 -聲波接收器- 聲場(chǎng)電場(chǎng) 2.磁致伸縮效應(yīng)：鐵磁材料的磁狀態(tài)改變時(shí)，其尺寸也發(fā)生相應(yīng)的改變，這種效 應(yīng)稱(chēng)之為磁致伸縮效應(yīng)。 -聲波發(fā)射器- 交變磁場(chǎng)（電信號(hào)）聲場(chǎng)（機(jī)械振動(dòng)） 3.2 換能器機(jī)電 等效圖分析 壓電換能器 通過(guò)類(lèi)似電學(xué)領(lǐng) 域里的變壓器的 電路工作，實(shí)現(xiàn) 力學(xué)與電學(xué)的結(jié)合。 如圖 3-1 所示，左邊部分的 回路是抽象簡(jiǎn)化 的電學(xué)網(wǎng)絡(luò)，右邊部分的回路是換能器 的力學(xué) 網(wǎng)絡(luò)，它們通過(guò)中間的機(jī)電轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)力學(xué)與電學(xué)之間彼此的轉(zhuǎn)換。 在力學(xué)網(wǎng)絡(luò)里的質(zhì)

34、點(diǎn)位移 速度，可以近似等效成電學(xué)網(wǎng)絡(luò)的電流；質(zhì)量vI 近似等效電感；剛度系數(shù)可以類(lèi)比電容；而力阻可以類(lèi)比電阻；摩mLc 0 C m RR 擦力則是類(lèi)比成電壓降；機(jī)電轉(zhuǎn)換系數(shù)類(lèi)似變壓器的轉(zhuǎn)換電路線圈的匝數(shù)FU N。以下我們將分析和計(jì)算電學(xué)網(wǎng)絡(luò)的工作過(guò)程。 2 由于薄圓環(huán)換能器 電極上的總電荷是，流進(jìn)電極的瞬間電流 3 r2HDQ b 是對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)， 由(12)式和(13)式可得： Q （3- m rmr Cj mmjRR V VCI 1 j 2 0 1） 式中換能器的靜態(tài)電容，換能器的機(jī)電轉(zhuǎn)換系數(shù)， t T b l kr C )1 (4 2 3133 2 0 E S H 11 31 d2 兩個(gè)

35、極化表面間的電壓， 稱(chēng)之為輻射質(zhì)量。 trl EV r r X m 如果聲波換能器的激發(fā) 電路可用一個(gè)開(kāi)路電壓和一個(gè)輸出電阻來(lái)表示， t U 0 R 則薄球殼壓電換能器的等效電路 如圖 3-1 所示。 在換能器的電端，瞬間電流是 : （3-2） 2 0 d t dV CI 式中，為換能器的質(zhì)點(diǎn)位移速度， 所以換能器 兩極間的電壓為 ： dt r dU （3- IRUV t 3） 圖 3-1 薄圓環(huán)換能器的機(jī)電等效電路圖 在薄圓環(huán)換能器的力 端，由以前分析的力學(xué)與電學(xué)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，電壓可以由等效 的電容、電阻和電感三部分的電壓構(gòu)成，可以得到： （3- dt C RR dt d mV m rmr 1

36、 m 1 4） 對(duì)（3-4）式求導(dǎo)得： （3- m rmr Cdt d RR dt d m V 2 2 m 1 dt d 5） 將(3-2)式、(3-4)式和（3-5）代入(3-3)式中，可得 ： （3- t dUdtcb dt d a dt 2 2 d 6） 式中 00 1 mr r RR a mmR C 000 1 ()()() mr rrmr RR b mm R Cmm Cmm C 00 1 () rm c mm C C R 00 () r d mm C R 這是換能器被一個(gè)電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)時(shí)的質(zhì)點(diǎn)的瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)方程， tfUU 0t 是歸一化的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，是幅度常數(shù)。對(duì)于脈沖電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)，

37、對(duì)tf 0 UVU1 0 于其他類(lèi)型的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為任意常數(shù)。 0 U 第四章 脈沖信號(hào)的聲源沖擊響應(yīng)和電-聲傳輸函數(shù) 4.1 激勵(lì)電壓為脈沖信號(hào) 激勵(lì)電壓信號(hào) tt 0 UUVU1 0 00 0t t t 00 0t t tU 它的頻譜函數(shù),即它包含的所有的頻譜分量并且相等，對(duì)（3-6）式1)(U 進(jìn)行拉普拉斯變換，得薄圓環(huán)換能器沖擊響應(yīng)為： 3 （4- cbsass sd H 23 s 1） 因此，聲源函數(shù)的傅里變換得傳輸函數(shù)： （4- cbjaj dj H 23 j 2） 一元三次 方程的根為實(shí)用數(shù)學(xué)手冊(cè) 4： 32 0SaSbSc 3 1 a yxS （4- 2 3 2 32 yx j

38、 yx S 、 3） 其中，令 2 pba 3 2273qcaab 32 (3)(2)Dpq 3 2 D q x 3 2 D q y 對(duì)參數(shù)三種情況：0, 0,0DDD 1）,等式 有三個(gè)不相等的實(shí)根0D0 23 cbsass 321 sss、 聲源為過(guò)阻尼模式 ，聲源的沖擊響應(yīng)為 ： （4- 312 1111213123 ( ) s ts ts t h thththtK eK eK e 4） 其中, yx a S 3 1 32 2 ayx S a yx S 3 5 2 3 dxyyx ayx K 22 1 9 3 xyyx dyxa K 22 2 18 32 d xyyxyx yxayx K

39、 433 26 22 22 3 2),且時(shí)，等式有兩個(gè)相等的0D 23 230qp 32 111 0ss asbc 實(shí)根、和一個(gè)不等根，聲源為臨界阻尼模式，聲源的沖擊 1 s 2 s 3 s 321 sss 響應(yīng)為 （4- 12 1112122 s ts t h tK eK tKe 5） 其中， , )( 3 1 yx a s 23 32 yxa ss d yx yxa K )(9 )(32 22 11 )(27 4)(12 22 21 yx ayx K )(9 32 22 yx yxa K 3),有一個(gè)實(shí)根和兩個(gè)復(fù)根，聲源為振蕩模式，聲源的0Das 12,3 sj 沖擊響應(yīng)為 （4- 112

40、 2cos tt h tK eK et 6） 其中，)( 3 yx a 23 yxa , 2 )(3yx 22 1 3)(27 )(4 yx ayx K 22 2 2 )(9 )3( 2 )1 3 22(4 wyxw a yxa yxd K 3 24 )(2)(3 arctan 22 a yx yxayx 加載中心頻率為 4 )(3 2 yx f 4.2 接收器聲-電沖擊響應(yīng)和聲-電傳輸函數(shù) 在發(fā)射聲波中，我們可以利用機(jī)電等效電路來(lái)分析，實(shí)現(xiàn)力學(xué)和電學(xué)的結(jié)合， 如圖4-1所示，左邊是力學(xué)網(wǎng)絡(luò)， 右邊是電學(xué)網(wǎng) 絡(luò)。2 薄圓環(huán)接收器的沖擊響應(yīng)的拉普拉斯變換表達(dá)式： （4- cbsass sd sH

41、 23 7） 對(duì)（4-7）式進(jìn)行傅里葉變換可得接收器的傳輸函數(shù)表達(dá)式： （4- cbjaj dj jwH 23 )( 8） 對(duì)于三次方程有實(shí)用數(shù)學(xué)手冊(cè)4：0 23 cbsass 23 23 qp D 圖 4-1 接收器的機(jī)電等效電路圖 3 2 a bp 327 2 3 aba cq , (4-9) 3 2 D q x 3 2 D q y 1）時(shí)，有三個(gè)不相等的實(shí)根，為換能器的過(guò)阻尼模式0D 321 ,sss )( 3 1 yx a s 23 2 yxa s a yx s 3 5 2 3 （4- )()()()( 131211 321 sHSHsH ssssss sd sH 10） yxayx

42、dyxad K 3627 124 2 1 d yxa yxa K 18 32 2 dyxaa ayx K 1824 103 2 3 （4- 312 3111213 123 ( ) s ts ts t hthththt K eK eK e 11） 2）時(shí)，且時(shí)，三個(gè)實(shí)根中有兩個(gè)相等，0D 23 33 230 qp 321, sss 為換能器的臨界阻尼模式 yx a s 3 1 2 3 2 yx a s 2 3 3 yx a s d yx yxa K 9 32 11 2 21 27 412 yx ayx K yx yxa K 9 32 22 （4- sHsHsH ssss sd sH 222111

43、 2 21 3 )( 12） （4- 12 3112122 112122 ( ) s ts t hthththt K eK tKe 13） 3）時(shí)，有一個(gè)實(shí)根和兩個(gè)復(fù)根，為換能器的振蕩模式0D 1 s 2,3 s 13 s 233 sj 333 sj 2)(yxA 2yxB A a 2 3 3 A a 3 3 B3 22 9 A ad C 22 2 2 2 22 9 33 A AAd D A A 3 3 arctan 2 （4- 211211 321 3 )( HHsH ssssss sd sH 14） 與互為共軛 sH12 sH21 （4-)cos( 3 tDeCeh tt 15） 接收器的

44、中心頻率為 4/ )(32/ 3 yxf 第五章 液體和固體中平面波的反射系數(shù) 5.1 液-固界面的聲波傳播 反射系數(shù)5：有一列平面簡(jiǎn)諧波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，則會(huì)在界面處發(fā)生反 射現(xiàn)象。假設(shè)入射波的振幅,反射波的振幅,則定義反射系數(shù)。 0 A 1 A 0 1 A A R 斯奈爾定律：聲波的反射和折射遵循一定的規(guī)律，即斯奈爾定律：6 （5- 1 sinsinsin p s ps v vv v 1） 式中 ， 為介質(zhì)中油氣層縱波速度、鋼管縱波速度、鋼管橫波速度、界面 1 v p v s vv 上的相速度；，為入射角、鋼管縱波折射角、鋼管橫波折射角；斯奈爾定律 p s 是描述波在彈性分界面上發(fā)

45、生反射、折射后波的傳播方向的定律，可解釋為入射波、 反射波和折射波沿分界面視速度相等。 5.2 滑行波作為首波接受的條件 在井中離反射源一定距離的接收點(diǎn)可接收到的波有直達(dá)波、反射波和滑行波等。 在井中放置一居中發(fā)射器 T 和接收器 R，發(fā)射器與接收探頭距離（源距）為 L，井眼 半徑為，油氣層和鋼管速度分別為和，見(jiàn)圖 5-1。a 油氣 鋼 圖 5-1 井內(nèi)聲波傳播示意圖 依照幾何聲學(xué)理論，首先，比較直接波和反射傳播時(shí)間，由于直達(dá)波和反射波在 油氣中的傳播速度都一樣，而直達(dá)波的傳播路徑比反射波傳播路徑都短，因此對(duì)于直 達(dá)波和反射波而言，直達(dá)波先到達(dá)接收器。但是我們可以在發(fā)射器和接收器之間加上 和一

46、種材料，使得直達(dá)波不能通過(guò)。其次，比較直達(dá)波與滑行縱波達(dá)到接收器的時(shí)間， 只要選擇合適的源距就能使反射波比滑行縱波先到達(dá)接收器。6 直達(dá)波達(dá)到接收器所需要的時(shí)間為： （5- 油氣 2 2 2 L a TD 2） 設(shè)第一臨界角為，滑行縱波經(jīng)過(guò)井眼，沿井壁滑行后折回井內(nèi)，最后到達(dá)接收器所 需要的時(shí)間為： （5- 鋼油氣 tan2 cos 2aLa Tp 3） 要使反射波先于滑行縱波到達(dá)接收器，應(yīng)使，即： pD TT （5- 鋼油氣油氣 tan2 cos 22 2 2 aLa L a 4） 由于，因此發(fā)射器和接收器之間最大源距為： 鋼 油氣 sin （5- 油氣鋼 油氣鋼 aL2 5） 5.3 求解

47、液-固界面的反射系數(shù) 一般情況下，固體中有縱波和橫波兩種形式，當(dāng)聲波投射到液體-固體分界面上時(shí) 引起反射和折射，在固體中同時(shí)產(chǎn)生折射的縱波和橫波，而流體中只可能有反射縱波。 設(shè)液體中單頻入射聲波的位移電勢(shì)寫(xiě)作： （5- cossin , zxjk Aezx 6） 其中，A入射聲波的振幅；入射角；，c 液體中波數(shù)和波速。見(jiàn)圖 5-ck 2。 圖 5-2 液-固界面的聲波的反射和折射 在液-固界面處，為油層的入射波，為油層的反射波，為鋼管的折射縱波， 0 P 1 P 2 P 為鋼管折射橫波，則： 3 S cossin 0 cos sin kzkxtj eP cossin 11 cos sin kz

48、kxtj eRP pppp zkxktj p p eRP cossin 22 cos sin ssss zkxktj s s eRS cossin 33 cos sin 其中，反射波的反射系數(shù)，、折射波的折射系數(shù)。 1 R 2 R 3 R 由界面應(yīng)力平衡條件和界面垂直位移連續(xù)條件得： （5- sp RRRcossinsinsin 321 7） （5-8） sp RRRsincoscoscos 321 對(duì)于油層一側(cè)的液體而言 ，根據(jù)介質(zhì)的本構(gòu)方程推導(dǎo)應(yīng)力表達(dá)式,由本構(gòu)方程6： （5-9）， ScT: 得： :c 1111212 2121112 3121211 444 445 446 00 00

49、000 000 00 000 00000 0 00000 00000 0 0 x y z x TCCC y TCCC U TCCC z U CT U zy CT CT zx yx 在 XZ 平面上，在液體中，代入液體的0,0 y u y 0 12 c0 44 c : 11 c 111 0211 311 4 0 5 6 00000 0000 00000 00000 00000 000000 000000 0000 000000 T x z Tc Tc xz u Tc Tzx u T zx T 對(duì)于入射波，可得: （5- 2 1111 0 11 0 3 coscoscosjkcjkc z u cT

50、 z 10） 對(duì)于反射波，可得: （5- 2 111111 1 11 1 3 coscoscoskcjRjkRc z u cT z 11） 固體一側(cè): 1 111212 12 121112 3 121211 4 44 1 5 44 6 44 000 0000 000 000 00000 00000 00000 0000 00000 T x z Tccc Tccc xz u Tccc Tzxc u Tc zx Tc 、 、 、 、 、 、 可得: （5-12） 11 31211 = xz uu Tcc xz 、 （5- pp cckjRT 2 44112 2 3 sin2 、 13） （5-14

51、） 、 12113 3 3 2sin 2 1 cckjRT ss 由聲波在液-固界面應(yīng)力平衡得： （5-15） 3 3 2 3 1 3 0 3 TTTT （5- 、 12113 2 44112 2 111 2 11 2sin 2 1 sin2coscoscckRcckRRkckc sspp 16） 聯(lián)立式(5-7) 、(5-8) 和(5-16)解得反射系數(shù)為: （5-17） sssp sssp zzz zzz R 2sin2cos 2sin2cos 22 22 第六章 利用反射系數(shù)求油井的含油率 通過(guò)查聲學(xué)手冊(cè) 得到以下數(shù)據(jù) 6： 石油的密度 油 800 kg/ 3 m 水的密度 水 1000

52、 kg/ 3 m 鋼的密度 7900 m/s 聲波在鋼中的速度 鋼 5000 m/s 聲波在水中的速度 水 1500 m/s 聲波在石油中的速度 油 800 m/s 縱波在不銹鋼中的速度 s 3100 m/s 縱波在不銹鋼中的速度 p 5790 m/s 表 6-1 6.1 求解當(dāng)接收器首先接收到反射波的臨界角 由公式（5-5）得： (6-1) 油氣鋼 油氣鋼 a L 2 tan 所以，在油-鋼界面的最大入射角 ，則由折射定律 1.2130， 得：， 同理，在水-鋼界面的最大入射角 水 油 sin sin 2 . 630 s ， 4.2130， ，則由折射定律 得：。 水 油 sin sin 5

53、 . 280 s ， 由于要找一個(gè)的值，使得對(duì)應(yīng)于水-鋼界面和油-鋼界面的反射系數(shù)的差值最大， s 這樣利于獲得 更大的取值范圍。所以的值必須介于兩個(gè)角度范圍之內(nèi)，最后 s 5 . 280 s ， 6.2 求解液-固界面的反射系數(shù) 假設(shè)垂直入射的情況時(shí)，即，利用公式（5-17）分別求得油-鋼界面和水鋼0 s 界面的反射系數(shù) 、。依次再求得當(dāng)時(shí)的9724 . 0 1 R9365. 0 2 R25.28 s 、。用 matlab 做圖如圖 6-1 和圖 6-2：9698 . 0 1 R9306 . 0 2 R 圖 6-1 油-鋼的反射系數(shù)與折射縱波角度的關(guān)系 圖 6-2 水-鋼的反射系數(shù)與折射縱波

54、角度的關(guān)系 通過(guò) matlab 編程求得油-鋼界面和水-鋼界面的反射系數(shù)在內(nèi) R 的 5 . 280 s ， 值，并通過(guò)程序編程使得有一個(gè)的時(shí)候，油-鋼界面和水-鋼界面的反射系數(shù)的差值 s 最大，由 matlab 編程圖像得，程序如下，matlab 做圖如圖 6-3：19 s 圖 6-3 接收器獲得反射波能量差與折射縱波角度的關(guān)系 當(dāng)時(shí)，利用公式（5-17）求得 、19 s 9712 . 0 油鋼 R9339 . 0 水鋼 R 一個(gè)平均半徑為 r、高度為 h 的薄圓環(huán)壓電換能器，由查表得 r=0.12m、h=0.2m,所以 計(jì)算得它的橫截面積。 15 . 0 2rhS 假設(shè)起始聲波的能量為 E

55、=10000J,則接收到的反射波的能量為,對(duì)于油層ESRP 來(lái)說(shuō)，它對(duì)應(yīng)的能量，當(dāng)換能器完全處于油層時(shí)，此時(shí)接收器獲得的反 油鋼油油 RESP 射波的能量應(yīng)該是最大的，當(dāng)換能器完全水層時(shí)， 2 Jm .814569712 . 0 15 . 0 1000 油 P 換能器的接收器獲得的能量應(yīng)該是最小的，可以 2 Jm 85.14009339 . 0 15 . 0 1000 水 P 求得最大能量和最小能量之間的差值，單位刻度值： ，即。 最大能量 K038 . 0 8 . 1456 95.55 K 所以在編程的時(shí)候的變化刻度則是。假設(shè)換能器的接收器獲得的反射 s 038 . 0 波能量是 X ,則利用十字交叉法： 所以油和水在薄圓環(huán)換能器的橫截面積上所占的比例則是油井的含油率： (6-2) %100 95.55 85.1400 XP油 用 matlab 做圖得圖 6-4： 圖 6-4 油井含油率與接收器獲得反射波能量的關(guān)系 結(jié)論 對(duì)于油井的研究是通過(guò)對(duì)薄圓環(huán)壓電換能器模型的分析，利用聲波在油井中 的傳播特性，明白薄圓環(huán)換能器的工作原理，聲場(chǎng)的發(fā)射與反射波的接收。并且完 成