[发明专利]基于电磁-热-声效应的天然气水合物随钻探测与模拟方法

摘要

一种基于电磁‑热‑声效应的天然气水合物随钻探测与模拟方法，涉及一种针对深海底层天然气水合物的随钻探测方法，特别涉及一种基于电磁脉冲激励，诱发水合物相变，产生电磁‑热‑声信号的天然气水合物探测和模拟方法。在钻铤上方、测井短节中安放两组线圈，当通入瞬态脉冲电流时，在周围含有海水的孔隙介质中激发涡电流，使孔隙介质瞬间受热产生相变和热膨胀，诱发电磁‑热‑声信号。借助麦克斯韦方程和克拉珀龙方程建立了电磁‑热‑声信号的波动方程，发明了一种水合物相变诱发电磁‑热‑声信号的数值模拟方法。

主权项

1.一种基于电磁‑热‑声效应的天然气水合物随钻探测与模拟方法，其特征在于，利用安装于随钻测井短节上的线圈激发瞬态电磁脉冲，瞬态电磁脉冲在具有一定电导率的地层中激发涡电流，瞬态涡电流在井眼周围的地层中产生瞬态的热效应；天然气水合物组成的孔隙介质在瞬态热效应的作用下，产生瞬态的热膨胀和相变；其中瞬态相变产生的气态物质能大大增强天然气水合物孔隙介质的瞬态体积膨胀率；瞬态相变引起的体积膨胀和热膨胀两种作用共同激发出可测的声信号，并向四周传播；声信号频率与电磁脉冲的主频一致；与电磁脉冲主频一致的频率的声信号可用于探测含天然气水合物的孔隙介质；利用BIOT方程和克拉伯龙方程联立可求得天然气水合物电磁‑热‑声信号的波动方程；其中，扩张波满足的数学物理方程为：其中，λ和μ是孔隙介质中固态物质的拉梅常数，u是固态物质的位移矢量，分为三个方向的分量u_x,u_y,u_z,U是液态物质的位移矢量，分为三个方向的分量U_x,U_y,U_z,p₀是静压强，ρ是液态物质的密度，c_s是液体中的声速，C_p是液态物质的比热容，R_b为波尔兹曼常数，T为温度，H是外加瞬态窄脉冲在孔隙介质中激发的热源分布函数，外部施加给系统的所有热源分布函数H中，有χ部分转换为了内能，1‑χ部分转换为相变潜热(0＜χ＜1)，β₁为固态物质的热膨胀系数，β₂为液体物质的热膨胀系数，ρ₁₁、ρ₂₂和ρ₁₂分别是对液体物质密度、固体物质密度和它们之间关联密度的度量，R是液体体积扩张与液体压力之间的耦合系数，Q是液体体积变化与固体体积变化之间的耦合系数，▽是梯度算子，t是时间，r表示空间中的任意一点。