井下甚宽频带地震仪可靠性测试研究进展

井下甚宽频带地震仪可靠性测试研究进展主要包括:可靠性测试平台（试验观测井、地下比测实验室、高温高压试验平台、盐雾实验平台）的搭建、室内外仪器可靠性和环境适应性验证两部分。      

智能导钻井下随钻单芯总线信道特征及接口驱动

随钻总线系统实时收集上传井下随钻测井数据与钻井工程参数以及下达地面控制命令,通过井地传输系统,实现地面与井下之间的数据与命令交换,形成钻井控制大闭环,是完成智能导钻的关键技术环节.本文从随钻单芯总线的信道特征、总线电路及其等效模型几方面介绍智能导钻井下随钻单芯总线系统,总结了总线的最佳工作频率及负载特征,分析了总线接口的简单可靠的驱动方法,通过电路测试,验证其可靠性.研究发现单芯总线信道的特征阻抗随分布参数变化很大,导致仪器横卧与竖立状态下,通信信道特性明显不同,本文根据信道特性变化规律,避开敏感频带,并将信道特征转换成等效电路模型,进一步明确了总线系统正常工作的参数设置方法.设计的总线系统已开展井下实钻试验连续工作3口井,累计工作时间超过270 h,累计钻进5300 m以上,未发现故障,系统工作稳定.     

近钻头井斜动态测量重力加速度信号提取方法研究

利用加速度计进行近钻头井斜动态测量时,钻具的高速旋转,井下强振动、强冲击环境给重力加速度测量带来极大干扰,如何从干扰噪声中有效提取重力加速度信号对于提高井斜角和工具面角的测量精度至关重要.根据重力加速度径向和切向分量为周期性信号,轴向分量为近似直流信号,离心加速度为缓慢变化信号,振动和冲击加速度为随机信号的特征,提出一种基于互相关检测的重力加速度信号提取方法,选择径向或切向磁力计信号作为参考信号.利用相关检测方法分别对仿真数据、实验室旋转测试数据和振动测试数据进行处理,并计算了井斜角和工具面角,结果表明相关检测方法可以有效提取重力加速度信号,基于MEMS加速度计的井斜角测量精度优于0.5°,工具面角变化连续平滑,满足井斜动态测量需求.通过进一步开展实际钻井环境测试,该方法有望应用于近钻头地质导向系统或旋转导向钻井系统等需要近钻头井斜动态测量的场合.     

桥塔涡激共振可靠性简化计算方法

针对桥塔在风载荷下的涡激共振可靠性问题,在涡激振动机理与频率锁定现象研究基础上,提出一种计算桥塔涡激振动可靠性的简化方法.将临界风速结合Re数和Strouhal数建立涡激共振下桥塔安全裕度方程,并引入AFOSM求解方法解决非线性问题,利用MATLAB进行可靠性求解程序编制,在保证计算精度的同时大大降低了桥塔涡激振动可靠...     

流动宽频带地震计自噪声测试研究

分别采用双台地震计自噪声互相关分析法(以下简称“Holcomb双台法”)和3台地震计自噪声互相关分析法(以下简称“Sleeman多台法”)对CMG-3T、BBVS-120、STS-2型流动宽频带地震计进行自噪声测试研究.结果表明:Sleeman多台法因有效地规避了传递函数引起的误差,在处理流动宽频带地震计实际记录数据方面比Holcomb双台法更能有效地滤除背景噪声;在简单测试条件下,3种常用流动地震计的自噪声在0.06 ～1 Hz频带内均低于NLNM曲线,显示了相当好的噪声性能指标;在流动台阵观测过程中,地震计方位准确性以及地震计的保温防护措施是保证发挥仪器性能的重要因素.     

双频激电井地电位技术研究剩余油分布

双频激电井地电位法相对其它常规井地电位方法有独特优势和特点,利用该方法研究剩余油分布具备良好的理论和应用前景.但其理论机理、仪器方法及数据解释尚处于起步阶段.本文以大庆油田6-P2325井为倒,首次进行了双频激电井地电位探测,得到了地表的电位差分布图,把该图与前期结果进行对比表明应用该方法研究剩余油分布是可行的,可为剩余油分布研究提供信息数据,也可为深入研究大功率双频激电测井理论机理和仪器研制提供现场试验数据和依据.     

单、双向振动条件下饱和粉砂变形特性对比试验研究

由于仪器水平的限制,关于土体的动力特性的研究目前多采用单向激振方式替代双向激振方式。而这两种激振方式在试验原理方面存在明显不同。很多研究表明,应力路径对土的响应有着不可忽视的影响,这两种方式相替代的合理性尚待证明。本文利用DSC2000多功能动三轴试验系统,选取尾矿砂分别在单向及双向振动条件下进行一系列饱和土的动力特性试验,对比两种激振方式作用下土体的滞回曲线以及骨干曲线的差异,分析土体在这两种振动方式下产生差异的原因,并应用双曲线模型对骨干曲线进行拟合,最后给出在进行土体变形特性试验时以单向激振方式替代双向激振方式的适用条件。     

碎石桩复合地基振动响应试验分析

采用激振法和衰减测试对碎石桩复合地基块体振动响应进行现场试验，分析了该复合地基在不同激振方式下的振动反应规律，提出了碎石桩复合地基抗压、抗弯、抗剪刚度系数线性关系。同时通过试验对比，分析了自由振动与强迫振动两种测试方法对于碎石桩复合地基测试结果的适宜性，这对复合地基的理论研究及动力基础的天然地基的设计、试验和研究都具有实际意义。     

汕头试验井地面与井下环境地噪声对比测试分析

试验井位于汕头市衡山路,观测系统为井下宽频地震计TBG-60B和地面宽频带地震计TDV-60B,频带为60S~50 Hz,选取的地面观测数据与对应的井下观测数据都是同一时间的,使用童汪练研究员的地噪声分析软件和MATLAB绘图工具,研究台站环境地噪声随观测井深度的变化特征,得到井深与观测地噪声之间的对比关系,为井下地震台站勘选和工程建设提供基础数据。发现地噪声水平从覆盖层进入到基岩有很大变化,从强风化层进入到中微风化层也有明显变化,考虑钻井建设成本和台站建设地噪声水平要求之间的综合效益,在粤东地区典型的地质结构条件,较佳的平衡点应该是至少需要进入完整中微风化层基岩10 m。     

加速度谐波失真度对速度型地震计振动台标定的影响

本文对加速度和速度谐波失真度进行了理论计算, 并基于美国国家仪器公司研发的实验室虚拟仪器工程平台(Labview), 设计出低频振动信号数字化测量系统, 实现了振动台面对加速度波形、 速度波形及其失真度的测量. 基于该系统的实验数据与中国计量科学研究院设定的参考值偏差较小. 对地震计的测试结果表明, 加速度波形及其失真度对振动波形的精度描述更为严格, 能有效提高地震计振动测试的准确程度.      

机器基础动力相互作用的研究

本文分别对单台、双台、联合基础与地基土相互作用体系在扰力作用下的振动特性进行了研究。在计算中考虑了外围土体的影响。通过算例,得到了单台、双台、联合基础的一些振动规律。     

基于PPSD方法的广东阳江小孔径井下型地震监测台阵环境地噪声计算与分析

选取2014—2018年广东阳江小孔径井下型地震监测台阵记录的连续波形三分量seed观测数据,使用概率功率谱密度(Probabilistic Power Spectral Densities,以下简称PPSD)方法,对该地震监测台阵所属10个子台进行环境地噪声计算,统计数据月连续率和年连续率;通过PPSD计算获得每小时、每天、每月、每年、5年的环境地噪声结果;汇总结果并分析环境地噪声稳定性和异常性。结果显示:①各子台这5年的环境地噪声水平稳定,说明其井下台基变化和仪器运行稳定,井下观测手段能够避免地面生产生活等人为干扰,解决了因城镇长期建设发展破坏地震监测环境的难题;②存在靠近海边的子台易受台风严重干扰、无线网桥通信方式的子台数据连续率较差、仪器垂直分量相对容易出现运行异常、井下设备故障维修周期较长等问题。     

流动地震仪检测钻头振动信号的现场试验

钻井过程中钻头对井底的冲击振动为钻头前方地层的探测提供了震源，可用来消除钻井过程中的地质不确定性和降低钻井风险.本研究在分析井下钻头振动信号特点的基础上，根据现代地震观测技术的新发展，将多道勘探地震仪和流动数字地震仪的性能进行了对比分析，将天然地震的观测设备和分析方法应用到随钻地震检测中，提出了一套新的随钻地震检测方案，利用高灵敏度流动数字地震仪连续检测钻井过程中的钻头振动信号，初步现场试验表明该技术方案可行，获得的信号信噪比高，易于钻井工程师掌握，为随钻地震技术提供了新的技术路线.     

随钻方位伽马测井仪器设计及试验

方位伽马测量仪是钻井行业普遍应用的一种重要的随钻测井仪器.随钻方位伽马测井仪器能在钻井过程中有效测量地层的放射性强度,为钻井工程提供方位地质参数、区分原状地层的岩性,进而为地质导向提供地层信息.本文依托随钻伽马测井基本方法原理,简要探讨了随钻方位伽马探测器的设计方法,基于探测器安装剖面的建模条件,采用MATLAB软件详细计算了不同尺度晶体在不同钻井速度下的仪器性能指标,通过理论计算和实验验证了设计的正确性和可行性,在此基础上,阐述了随钻伽马井下测量仪器的刻度方法.现场实际应用证明,该仪器在国内地质导向系统中取得了良好的应用效果.     

井下甚宽频带地震仪总体设计研究进展

针对2000 m深井观测的国家需求,应用 “解构与重构” 设计思路,共性赋能技术与地震技术深度融合的设计方法,对井下甚宽频带地震仪进行创新性总体设计;电磁兼容性、环境适应性与可靠性设计等定型技术设计;结构、功能与外壳的设计。测试和试运行结果表明,新研制的井下甚宽频带地震仪完全达到设计指标。      

天水地电阻率地表与井下多种观测方式的试验分析

2011年初天水地震台建成井下地电阻率观测专项项目,将地电水平观测推向了立体观测,其观测方式包括地表水平观测井下百米水平观测、地表与井下互换观测等.通过近两年的持续观测,地表A、B供电并下M、N观测以及并下水平观测两种方法获得的数据相对稳定、可靠;同时地表A、B供电井下M、N观测有助于数据变化的可靠性分析.在电磁环境较复杂的观测场地,地表A、B供电并下M、N观测和井下水平观测可能是地电阻率观测较为有效的两种方法.     

井下综合观测技术发展现状

21世纪以来,井下观测以日、美等国为首迅速进入“深钻井,多分量,宽频带”的发展时期,我国也紧随其后开始了井下综合观测技术的研究.本文介绍了10年来井下综合观测技术在世界各国大陆、大洋科学钻探工程中的应用,展示了各国井下综合观测技术上的成果,并分析比较了各种技术的特点,最后对深井高温高压环境、多测项集成技术和井下安装检测工艺等关键问题进行了分析和总结.在我国,井下综合观测仍属于技术创新项目,虽然第一批井下综合观测系统已成功研制出来,并在500m以内的钻孔中进行了小规模的实验,但成功经验较少,与技术领先的发达国家相比仍有不小的差距.     

海底管道最大允许悬跨长度计算

海底悬跨管道在自身重量、内部流体重量、外部环境荷载作用下,将可能发生静力破坏及动力破坏。海底管道悬跨管段的长度是决定管道静力破坏与动力破坏的关键因素,因此确定了海底管道最大允许悬跨长度,就能够避免管道因悬跨长度过大而发生破坏。本文把避免出现涡激振动作为控制条件,提出了管道在顺流向振动下的最大允许悬跨长度公式,推导了不同边界条件下的管道自振频率公式,计算了管道在垂直流向振动下的最大允许悬跨长度。结果表明,支撑情况对管道最大允许跨长有很大的影响,在固端约束条件下的最大允许悬跨长度比简支约束下的长度大。     

基于压缩感知的随钻测井编码传输方法

随钻测井是一种能在钻头钻进过程中通过安装在钻头附近的传感器实时获取和传输测井数据的技术.实时可靠高效的传输测井数据是随钻测井研究领域的关键问题.目前随钻测井系统普遍使用的测井数据传输方式是钻井液压力脉冲遥测传输.钻井液信道是一种长时延极低速单向无反馈删除信道,因此利用传统的差错控制方法无法在保障测井数据传输实时性的同时纠正信道噪声引起的实时测井数据传输错误.为此本文提出了一种基于压缩感知理论的随钻测井数据信道编码传输方法,该方法具有短码长线性编译码复杂度的优点.地面接收端通过压缩感知重构算法恢复井下测井数据,在保障测井数据传输实时性的同时使得地面施工人员能在随机删除信道条件下正确的获得全部井下实时测井数据.钻井现场真实测井数据编码实验表明,本文所提方法在不影响测井数据传输实时性的前提下大大提高了测井数据的抗信道删除能力,降低了由于信道删除带来的测井数据丢包率,而且允许测井施工人员根据实际钻井液信道状态灵活调整发送码率,以实现不同删除概率信道下的测井数据可靠传输.     

地裂缝-隧道-围岩动力相互作用模型试验研究

为了研究在地铁列车振动荷载情况下盾构隧道-地裂缝-围岩相互耦合作用下的场地灾害效应,从西安地裂缝地质环境和西安地铁2号线的实际工程背景出发,采用相似理论设计了相似比例尺为1∶5的物理模型试验,对盾构隧道、围岩材料、地裂缝等进行了合理设计。基于偏心块的振动原理,课题组自主研发了列车激振器来模拟地铁列车荷载,激振方式采用移动荷载激振方式,分析在不同列车车速和激振频率下地裂缝两侧土体的加速度变化情况,以此来研究地铁隧道-地裂缝-围岩系统在地铁振动荷载作用下的动力响应规律。结果表明,列车振动向下传播时振动衰减的幅度要小于向上传播衰减的幅度,由此为实际工程中减少地铁振动灾害效应技术的发展提供了理论支撑。