孔隙介质弹性波频散和衰减的流体湍流效应研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FriedaCao
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地下岩石可视为含有流体(油气或水)的孔隙介质,是声波测井、地质勘探领域的主要研究对象。目前常用Biot孔隙介质波动力学理论来描述弹性波在孔隙介质中的传播过程,并分析波动频散和衰减特征。但是Biot理论不能解释在较高频率范围内孔隙岩石中弹性波衰减较大的现象,基于该理论难以准确反演储层参数和地质参数。本文注意到声波测井、地质勘探中采用的较高频率脉冲源可能引起孔隙流体湍流运动,从而引起波动能量的耗散,而Biot理论以孔隙介质内流体只发生层流为前提。因此,有必要建立可考虑湍流运动效应的孔隙介质波动理论。  基于振荡粘性层厚度概念和Prandtl圆管定向恒定湍流模型建立了圆管振荡恒定湍流模型,给出了过流断面湍流区的流速分布,继而给出了湍流阻力系数、湍流粘滞修正系数。  论文构造了全频段粘滞修正系数,当波动频率低于流态临界频率时其值等于Biot粘滞修正系数,当波动频率高于流态临界频率时其值等于湍流粘滞修正系数。用全频段粘滞修正系数替代孔隙介质动力学方程中的Biot粘滞修正系数,就建立了孔隙介质弹性波传播理论的湍流修正模型。  利用临界振荡粘性层厚度边界条件及波动衰减连续性条件给出了流态临界频率的数值算法。计算发现,Biot粘滞修正系数、以Biot特征频率作为流态临界频率的全频段粘滞修正系数、湍流粘滞修正系数对应的波动衰减曲线三者交于一点,且光滑相切,得出流态临界频率可近似为Biot特征频率的结论。  数值计算表明,无论含水、石油地层还是天然气地层,当波动频率高于阈值频率时,孔隙介质湍流修正模型预期的波动衰减值总是大于Biot模型预期的衰减值,这有望解释实验测得的较大波动衰减。阈值频率计算表明,含天然气的地层最容易发生振荡湍流,含水地层次之,含石油地层最难发生振荡湍流。
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