[發明專利]基于電磁-熱-聲效應的天然氣水合物隨鉆探測與模擬方法

有效

• 申請號: 201610825000.4
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106481339B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 郭亮;姜文聰;鄢志丹;朱赫
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/001
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于電磁-熱-聲效應的天然氣水合物隨鉆探測與模擬方法，其特征在于，利用安裝于隨鉆測井短節上的線圈激發瞬態電磁脈沖，瞬態電磁脈沖在具有一定電導率的地層中激發渦電流，瞬態渦電流在井眼周圍的地層中產生瞬態的熱效應；天然氣水合物組成的孔隙介質在瞬態熱效應的作用下，產生瞬態的熱膨脹和相變；其中瞬態相變產生的氣態物質能大大增強天然氣水合物孔隙介質的瞬態體積膨脹率；瞬態相變引起的體積膨脹和熱膨脹兩種作用共同激發出可測的聲信號，并向四周傳播；聲信號頻率與電磁脈沖的主頻一致；與電磁脈沖主頻一致的頻率的聲信號可用于探測含天然氣水合物的孔隙介質；利用BIOT方程和克拉伯龍方程聯立可求得天然氣水合物電磁-熱-聲信號的波動方程；其中，擴張波滿足的數學物理方程為：

其中，λ和μ是孔隙介質中固態物質的拉梅常數，u是固態物質的位移矢量，分為三個方向的分量u_x,u_y,u_z,U是液態物質的位移矢量，分為三個方向的分量U_x,U_y,U_z,p₀是靜壓強，ρ是液態物質的密度，c_s是液體中的聲速，C_p是液態物質的比熱容，R_b為波爾茲曼常數，T為溫度，H是外加瞬態窄脈沖在孔隙介質中激發的熱源分布函數，外部施加給系統的所有熱源分布函數H中，有χ部分轉換為了內能，1-χ部分轉換為相變潛熱(0＜χ＜1)，β₁為固態物質的熱膨脹系數，β₂為液體物質的熱膨脹系數，ρ₁₁、ρ₂₂和ρ₁₂分別是對液體物質密度、固體物質密度和它們之間關聯密度的度量，R是液體體積擴張與液體壓力之間的耦合系數，Q是液體體積變化與固體體積變化之間的耦合系數，▽是梯度算子，t是時間，r表示空間中的任意一點。

2.根據權利要求1所述的基于電磁-熱-聲效應的天然氣水合物隨鉆探測與模擬方法，其特征在于硬件系統分為電磁激勵系統、聲波檢測系統和同步控制系統三大部分；激勵系統的設備主要有：兩組激勵線圈、瞬態強脈沖電流發生器；檢測系統的主要設備有：若干聲波探頭、微弱聲信號放大器、同步數據采集器；它們均在同步控制系統的控制下同步工作；激勵線圈和聲探頭均放置在隨鉆測井短節中，被測區域位于短節外側的地層。

3.根據權利要求1或2所述的基于電磁-熱-聲效應的天然氣水合物隨鉆探測與模擬方法，其特征在于激勵和檢測流程如下所述：第1步，在主控系統的控制下，在線圈中通入脈沖電流激勵信號，激發流體中的聲波；第2步，經過固定的聲傳播時間后，同步采集多個探頭接收到的聲信號；第3步，主控系統將多路同步采集到的數據進行分析計算，利用聲波的傳播規律獲取天然氣水合物孔隙介質的位置信息。