ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ АНАЛИЗА ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКОВ В ТРУБЕ 5
1.1 Теория появления и развития турбулентных потоков 5
1.2 Использование акустического каротажа для анализа потоков в скважине 11
1.3 Обзор моделей, характеризующих акустические свойства дозвуковых
турбулентных струй 11
1.4 Выводы к первой главе 16
ГЛАВА 2. ПЛАНИРОВАНИЕ И ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ 18
2.1 Описание лабораторной установки 18
2.2 Расчет скоростей потоков для планирования экспериментов 19
2.3 Спектральный анализ экспериментальных данных 21
2.4 Анализ экспериментальных профилей СПМ на разных глубинах 28
2.5 Выводы ко второй главе 28
ГЛАВА 3. ПОСТРОЕНИЕ ЭМПИРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПРОФИЛЕЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКОВ РАЗЛИЧНЫХ СКОРОСТЕЙ 30
3.1 Анализ эмпирических профилей СПМ при разных скоростях потока 30
3.2 Построение эмпирической модели 31
3.3 Моделирование профилей для разных скоростей турбулентного потока . 32
3.4 Выводы к третьей главе 33
ГЛАВА 4. КОРРЕЛЯЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ СО СКОРОСТЬЮ ПОТОКА, СРАВНЕНИЕ МОДЕЛИ С РЕАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ СО СКВАЖИНЫ 35
4.1 Эмпирическая модель связи акустических и гидродинамических
параметров турбулентных потоков 35
4.2 Анализ степенной зависимости между мощностью акустического звука и
скоростью турбулентного потока воды в трубе 37
4.3 Сравнение модельных профилей с данными реальных скважин 37
4.4 Выводы к четвертой главе 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 39
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 40
ПРИЛОЖЕНИЕ №1. МЕТОДЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ 43
На протяжении последних десятилетий скважинный акустический каротаж приобрел широкую популярность в геофизических исследованиях скважин. На основе опыта исследования свыше сотни скважин было обнаружено, что зачастую низкочастотные шумы, наблюдаемые в скважине, коррелируют с линейной скоростью потока флюида, текущего по стволу скважины. В условиях, когда скорость флюида по стволу скважины становится слишком большой, акустическая аппаратура может зашкаливать в следствии высоких интенсивностей создаваемых акустических помех, поэтому необходимо иметь возможность заранее прогнозировать такую ситуацию. На сегодняшний момент не существует строгой теории связи характеристик спектральной плотности мощности (СПМ) с гидродинамическими параметрами турбулентного потока, поэтому в рамках данной работы будет рассмотрена эмпирическая модель, полученная на основе ряда экспериментов. Помимо задачи прогнозирования уровня мощности турбулентного потока в стволе скважины также будет стоять задача прогнозирования спектральных и частотных характеристик генерируемых акустических шумов. Знание этих характеристик также позволит по результатам исследования и замеров акустического каротажа в скважине оценивать скорость потока. Исходя из указанной актуальности была сформулирована следующая цель работы.
Целью работы является создание эмпирической модели профилей СПМ звука, возникающего в цилиндрической трубе при течении турбулентного потока воды при различных скоростях.
В ходе выполнения работы было выделено и произведено решение ряда основных задач, таких как:
• Подготовка плана экспериментов для исследования процессов акустической эмиссии в лаборатории компании «ТГТ-Сервис».
• Проведение спектрального анализа экспериментальных данных, оценка режимов течения потоков воды во время экспериментов.
• Построение эмпирической модели профилей СПМ на основе экспериментальных данных.
• Оценка зависимости параметров модели от скорости течения воды, сравнение полученных модельных профилей СПМ с реальными скважинами.
В ходе настоящей работы был произведен обзор имеющейся литературы, который выявил отсутствие исследований по измерению интенсивности акустического излучения в среде с жесткими границами. Настоящая работа направлена на решение данной проблемы применительно к течению турбулентных потоков в скважинах.
В ходе выполнения работы был подготовлен план экспериментов для исследования течения потоков воды по трубе с различными скоростями.
Написана программа, с помощью которой построены спектральные панели акустического шума, создаваемого потоком в модельной трубе. По результатам, полученным в ходе их анализа, удалось установить, что на первых 3 метрах трубы шум от входного штуцера вносит значительный вклад в общий спектр излучения потока.
Построены профили СПМ акустических шумов для различных скоростей потока, которые в ВЧ-области спектра имеют один и в НЧ - два пика. По ним найдена модельная функция, описывающая «типичный» профиль СПМ для ВЧ и НЧ областей.
Рассчитаны коэффициенты линейной зависимости акустических и гидродинамических параметров потока. Адекватность построенных эмпирических кривых доказана путем сопоставления с экспериментальными данными с реальных скважин. Получено хорошее согласование модели (с ошибкой ~10%).
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
