声测井压电换能器特性分析及井孔声场模拟

论文摘要

在声波测井中通常使用压电换能器作为发射器和接收器,以实现声源的激发与信号的接收。本文针对压电换能器的振动特性和声学性能进行仿真研究,并分别模拟计算压电换能器在电缆测井和随钻测井中激发的声场。首先,对圆柱形压电换能器进行有限元建模,研究换能器结构尺寸对换能器本征频率的影响。分别研究在电压激励下,换能器在外部无耦合介质和外部耦合介质为水时的振动情况,并对换能器在两种情况下的振动情况进行对比和分析。其次,研究发射换能器的频响特性以及其激发的声压的指向性和衰减特性,并分析发射换能器在具体形式的脉冲电压下激发的声波信号。通过求解得到接收换能器的灵敏度频率特性曲线和灵敏度级频率特性曲线。进一步模拟发射换能器激发声波,接收换能器接收声波的过程,得到接收换能器具体的振动响应和接收电压响应。最后,分别建立电缆测井和随钻测井的有限元模型,并计算换能器在电缆测井模型和随钻测井模型中激发的声场。模拟发射换能器振动向外辐射声波,声波经过地层产生发射波,最后接收换能器接收到声波信号的测井过程。在此基础上,对接收到的信号进行具体的分析,探究换能器接收到的电压信号与换能器处的声压信号和位移信号的关系。分析表明:换能器接收到的电压信号主要反映了该处的径向位移信号。这与前人的认识是不同的,这个结论为测井信号的提取和分析提供了依据。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 背景和意义

1.2 声波测井简介

1.3 声测井压电换能器

1.4 本文主要研究内容

第2章压电换能器的振动特性研究

2.1 换能器有限元模型的建立

2.2 换能器的本征频率与模态分析

2.2.1 结构尺寸对换能器本征频率的影响

2.2.2 换能器的模态分析

2.3 换能器的振动特性研究

2.3.1 换能器在给定激励下的振动情况

2.3.2 换能器在水中给定激励下的振动情况

2.4 本章小结

第3章压电换能器的声学性能研究

3.1 发射换能器的发射特性

3.1.1 发射换能器的频响特性

3.1.2 发射换能器的指向性和衰减性

3.1.3 发射换能器的时域特性

3.2 接收换能器的接收特性

3.2.1 接收换能器的灵敏度

3.2.2 接收换能器的时域响应

3.3 水域中的声场特性

3.4 本章小结

第4章井孔声场的模拟计算

4.1 换能器在电缆测井中激发的声场及信号的接收

4.1.1 电缆测井的模型简化及有限元模型的建立

4.1.2 电缆测井的计算结果及分析

4.2 换能器在随钻测井中激发的声场及信号的接收

4.2.1 随钻测井的模型简化及有限元模型的建立

4.2.2 随钻测井的计算结果及分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈辉

导师: 胡恒山

关键词: 压电,换能器,声波测井,有限元

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,地质学,地球物理学

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 国家自然科学基金项目11734017,国家自然科学基金项目41674121,国家科技重大专项课题2017ZX05019006-006

分类号: O429;P631.83

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.003390

总页数: 78

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声测井压电换能器特性分析及井孔声场模拟

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