用于浅水沼泽地区的插入式高能量联合气枪

近年来,非炸药震源——气枪(PAR Air Gun),已广泛使用在海洋地震勘探。它用多枪組合法(組合数达30多只)来提高激发能量。但是,当它在浅水沼泽地区使用,由于水底与水面較近,气枪所激发的声脉冲能量輸出急剧下降。用加大枪室容积,增加气枪压力等方法,效果极不理想。本文主要叙述气枪在不改变排气口形状及激发的声脉冲波形特征情况下,增加一个带有同样排气口和加速开門活塞的第二气室,两个气室相互联合,二个活塞相互串联,构成一个串联双活塞气枪,簡称为联合气枪。由于第二气室的减压是受第一气室减压的影响,促使第二气室的开门活塞速度大大提高,贮能的高压气便得到充分有效的释放,从而达到了联合气枪的大能量声脉冲激发。为适用于浅水沼泽地区工作,现将气枪位于水中激发方式变为插入泥层中的激发方式,大大提高了声脉冲能量輸出。测量表明,联合气枪的激发能量大部分集中在10赫～80赫。主频率在35赫附近,基本符合地震勘探。在相同工作压力与容积条件下,联合气枪的激发能量比气枪大6倍以上。其地震剖面記录效果和3公斤炸药井炮相当。     

大陆架科学钻探南黄海CSDP-2井的垂直地震剖面资料采集技术

CSDP-2井位于南黄海盆地中部隆起西部,是大陆架科学钻探项目在中部隆起上实施的第一口以探查印支构造面以下海相中-古生界地层属性为目标的科学钻探井,对了解中部隆起前新生代基岩地层赋存关系具有重要意义。为了获取井孔的高精度地层速度及高信噪比地震波场特征,建立准确的地震层位与钻井地层的对应关系,对该井实施了垂直地震剖面(VSP)观测。针对观测井的地震地质条件和观测目标,采用了由4条1500in3的Bolt气枪组成的大容量气枪阵列作为地震激发震源,克服了海相地层顶界面强反射对地震波强烈阻滞的难题;通过三分量数字检波器等间距观测方法,记录传播到井中的地震波场信号。现场的初步处理结果表明,获得了高信噪比的地震波场信号,纵波和转换波信号清晰、特征突出。     

海洋地震震源有效能量的研究

海洋地震勘探和地壳研究中最常用的震源有气枪、炸药和电火花.这些震源在海水中激发地震波时,由于气泡效应,使得除了一次压力波以外,在海水中还形成二次,三次,甚至超过十次的压力波.一次压力波称为冲击波,二次和二次以上的压力波称为重复冲击,二者总称为震源波.海水和空气之间的自由表面是一个极好的反射面.当压力波从海水层入射到自由表面时,在自由表面附近,入射波和反射波的波形和强度都相同,只是相位差π.当震源深度比较小的时候,冲击波和重复冲击与它们的自由表面反射波之间相互干涉,形成复波,分别称为复冲击波和复重复冲击.     

气枪震源频谱特性测量与分析

气体震源或气枪是海洋石油勘探的一种方便和有效的震源。 近年来在海洋地震勘探中人们作了很多努力,用非炸药能源代替炸药,出现了不少新方法,如电火花发生器,气体脉冲发生器等。气体脉冲发生器通常称为气体震源或“气枪”。它是利用在大约150大气压力下容纳一定量空气的气室,使用快速启动的电磁阀门开启,气室的压缩空气向周围水中突然释放,空气的这种突然扩张便产生了地震信     

基于上/下源组合思想的立体气枪阵列数值模拟与软件集成

为了解决震源端产生的鬼波的削减问题,同时保护高低频成分,拓展带宽,采用上/下源组合的思想来设计立体气枪阵列。基于单枪、相干枪、单一子阵的数值模拟算法,延时激发与上/下源组合的理论,对海上延迟激发的立体气枪阵列进行了数值模拟,开发了"气枪阵列设计软件系统"。在数值模拟的过程中,为了避免时间域求解的重采样等问题,在频率域实现了数值模拟,提高了精度。通过与实际数据的对比,说明了算法的可行性。并且通过平面阵列与立体阵列结果的对比,再次显示了延迟激发的立体气枪阵列的优越性。     

燃烧式气枪声源

本文主要叙述並比较了燃烧式气枪声源和高压充气式气枪声源的优缺点,对燃烧式气枪声源的机械结构作了详细的描述,其枪室容积为6升(高20厘米、直径20厘米的园柱体),在枪室内充入30公斤/厘米~2的低压空气,並喷入适量的轻柴油,点火燃烧,便使低压提高到120公斤/厘米~2高温高压燃气,由指令引爆释放,即向水介质中迅速形成高温高压燃气气     

气枪组合震源模拟分析及其应用

在海洋地震勘探中,气枪组合震源得到广泛应用.目前气枪组合震源通常是采用模拟技术,得到震源的远场子波后,通过评价远场子波的参数来评价震源的性能.文章对气枪组合震源性能评价标准进行了简单叙述,对采用震源模拟软件模拟一系列震源进行评价后,优选了3 000 CI,并应用于实际地震勘探中,达到勘探地质目的,取得了良好的资料.     

汕尾市100kW波力电站空气透平与气室匹配设计

根据用1/15模型,在造波水槽中进行试验获得气室的Δ Pi- Q、ηA- Q、 NA- Q特性,以及用300mm透平模型,在1000mm活塞式往复流透平试验台进行试验获得的对称翼透平、双向固定导叶冲动透平和双向自调节导叶冲动透平的CP-、ηT-特性,进行了气室与三种空气透平的匹配设计。表明在设计波况下,采用1.025m的双向自调节导叶冲动透平时,ηT·ηA达50.43%;采用0.975m的双向自调节导叶冲动透平时,ηT·ηA达46.66%;采用0.975m的双向固定导叶冲动透平时,ηT·ηA达33.66%;采用1.45m对称翼透平时,ηT·ηA仅为29.9%。并对四种不同匹配方案进行了对比分析。     

四分量地震在琼东南盆地应用的可行性研究

岩心实验室测试结果和全波声波测井结果说明,琼东南盆地含气层的岩石体积模量、纵波速度、纵波波阻抗、纵横波速度比(Vp/Vs)、泊松比均低于非含气层(包括泥岩层).崖13-1 气田的四分量地震结果说明,气层在纵波地震高保真剖面上表现为亮点,并在纵波剖面上可见到平点.而在转换横波地震高保真剖面上,见不到亮点和平点.由四分量地震数据计算出的气层纵横波速度比和泊松比的结果表明,崖13-1 气层段的纵横波速度比和泊松比的异常明显低于其上下地层的速度比和泊松比,也明显低于同层位的含水层段.岩心实验室测试结果、全波声波测井结果和崖13-1 气田实测四分量地震结果均充分说明,四分量地震可以直接预测琼东南盆地的天然气藏,是打开该盆地天然气勘探局面的有效技术.     

振荡水柱式波能转换系统气室压强理论研究

振荡水柱式波能发电系统中波能转换主要结构气室能将入射波能转换为往复振荡的空气动能从而实现能量一次转换,该过程的气室压强研究对发电系统设计具有重要意义。因此针对"引浪板"和"引浪通道"的三维侧向开口固定式振荡水柱波能转换系统,采用三维Green函数法建立了气室内水气动力学性能的压缩空气压强理论计算模型。计算时为了满足压强与速度连续条件,响应脉动源与扰动脉动源两者在交界面上需要相互匹配;同时为了能够精确快速地求解三维Green函数,采用了多维切比雪夫(Chebyshev)多项式和渐近展开式快速近似计算方法。计算结果表明所用方法简单可靠,同时计算结果可应用于振荡水柱波能发电系统性能预测及相关问题研究。     

海陆地震联测:相邻地震台站的信号及震相特征对比

2004年作者在香港外海域进行了一次海陆地震联测实验,文章利用此次实验中的两个相邻固定台站珠海台和澳门台所记录的气枪信号数据,从波形、波谱特性和震相等方面分析了相邻地震台站对气枪信号的响应特征.结果显示,来自不同距离处的地震波波形和波谱特征在同一台站上变化不大,但在不同台站上的响应有所差别,珠海台受背景噪声影响更为强烈,其信号波形扰动大,具有较多高频成分,优势频率响应比较尖锐,而澳门台响应则比较平缓.对研究区下方速度结构进行了二维结构模拟,分析了台站附近速度结构对地震波到时的影响.珠海台PmP震相走时相对滞后,由于深圳断裂带穿过两台站之间,其引起的花岗岩基底破碎或上地壳厚度的差异都可能导致珠海台基底地震波速度的降低,这可能也是引起两台站对相同震源信号具有不同波形及波谱响应的因素之一.     

南海北部海域油气资源调查技术及其应用研究——震源子波检测及模拟分析

在野外采集中考察气枪的稳定性以及室内进行确定性子波反褶积处理,都要求能够获得气枪阵列的实时远场子波。从震源子波检测方法出发,阐述了近场子波采集、幅值转换及记录流程,并列举出实测近场子波时需要考虑解决的问题;接着介绍了震源远场子波的获取方法和主要途径;震源近场子波及远场子波的实测方案,检测震源子波所需的仪器设备和采集技术方法。文中分析了气枪子波的气泡干扰问题,虚反射与后续气泡震荡间的关系以及吸收衰减对子波的影响,并根据实测远场子波,对齐氏和范氏两种气体模型进行了模拟效果对比,结果表明:采用范氏气体模型所模拟的子波与实际子波更为吻合,模拟出的气枪的子波波形、振幅大小、气泡周期上,与业界通用的Nucleus软件的模拟结果吻合较好,在后续的使用中将继续优化。     

前墙结构对OWC气室捕能效果影响的数值研究

基于不可压缩黏性流体理论和VOF(Volume of Fluid)方法建立了二维数值波浪水槽模型,将模拟波形与波浪理论值进行对比,分析了模型可靠性,并利用该模型研究了5种不同前墙结构OWC气室在不同波高、周期时的出气口速度和气室内空气压强。基于模拟结果,从波能-动能转换效率和气室内空气压强角度分析了前墙结构对OWC气室的捕能效果的影响。结果表明:对于传统的直立型OWC气室,采用合适的前墙结构可有效提高OWC气室的捕能效果;相比三角截面(20D型,30D型)和矩形(Y型)截面前墙,采用椭圆截面(20TY型,30TY型)的前墙结构的捕能效果更优,且在周期较大(1.6和1.8 s)时其作用更显著,其波能-动能转换率相对Y型前墙结构气室平均提升37%;5种前墙结构不同的气室中,20TY型和30TY型前墙结构气室的捕能效果最优。     

半球形多向波聚合波道振荡水柱气室优化设计

为了解决振动水柱式波浪能转换装置收集多向波浪问题,本文设计了半球形多向聚合波道振荡水柱气室结构,以适合远海单点波浪能采集和发电。在规则波正向入射条件下,基于流体仿真分析软件(FLUENT)、流体动力学连续性假设和粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程(Navier-Stokes方程)建立半球形振荡气室和三维数值波浪水槽模型。仿真结果表明:增设气室后壁,合理设计波道开口角度实现多向迎波捕获波浪能,优化前壁形状可降低波浪触底反射带来的能量耗散,同时提高了气室内空气压强和出气口速度,有效提升波浪能俘获效率,为后续发电的二次能量转换提供高效的空气动力。     

珠江口岸式波力试验电站

中国第一座波力试验电站——珠江口岸式波力电站于1990年2月15日试发电成功。该电站位于珠江口大万山岛的南岸,面向浩瀚南海。设计波况H1/10=1.5m,T=6.5s.计划装机容量为8kW,第一台为3kW无刷爪极式发电机组,输出110V直流电,第二台为5kW无刷单相交流同步发电机组,输出220V交流电。目前投入试发电的是3kW机组。本文将介绍该电站气室性能模型试验,空气透平与气室性能匹配设计,岩坎爆破施工,实海条件下电站气室性能试验和发电试验结果。     

气动型波能转换装置气室输出气流功率的计算

不同波况下气室输出气流功率是气动型波能转换装置的关键数据。本文对目前采用的不考虑空气压缩性的平均速度法和考虑空气压缩性的们努利方程瞬时速度法进行了分析,提出了一种根据气室内水位算出重量流量而后求出气室输出气流功率的新方法——重量流量法。指出平均速度法只能用于粗略的定性分析,不能用来作实际计算;瞬时速度法特别适用于有阀式气室不带涡轮或带纯冲动涡轮时气室性能的计算;重量流量法特别适宜用来计算无阀式气室的性能而不管是否带涡轮。     

静水池主动式气动型波能转换模拟实验装置

本文介绍广州能源研究所建造的静水池主动式气动型波能转换模拟实验装置。在静水池中,将波能转换装置悬吊在钢索下,由一可变半径的曲柄机构带动,相对静水面上下作简谐运动,获得相对的波浪运动效果。可进行不同波况下的气室性能试验、空气涡轮性能试验和波力空气涡轮发电装置综合性能试验。该装置近似岸式或锚泊固定式气动型波能转换装置的工作过程,具有结构简单、实用、造价低的特点。文章还对国外各种波能转换模拟实验装置作了简介分析。     

裂隙充填型天然气水合物的地震各向异性数值模拟

裂隙充填型天然气水合物广泛发育在深水盆地的泥质沉积物中,呈结核状或脉状充填于近似垂直的高角度裂隙中,导致含水合物层出现明显的高电阻率各向异性异常,但是地震波传播的各向异性特征目前还不清楚。本文以印度克里希纳-戈达瓦里(K-G)盆地NGHP01-10井的速度、密度和地层倾角等测井数据为基础,建立含水合物层地质-地球物理模型,运用弹性波方程的交错网格有限差分数值分析方法,模拟了各向同性和各向异性条件下均匀和层状水合物层的地震波响应特征与传播规律。地震波正演数值模拟结果表明,对裂隙充填型水合物层,基于各向异性的地震波速度和振幅与各向同性有明显不同,不但各向异性的水合物层内部反射明显多于各向同性的情况,而且各向异性情况下,其平均速度也要高于各向同性情况下的平均速度。     

岸式振荡水柱波能装置的波浪载荷及保护措施探讨

本文对振荡水柱波能装置的水柱做了时域计算，研究了内水柱在气室处于封闭状态、有阻尼状态和无阻尼状态下的动力响应。得出了相应的波浪载荷，并对波能装置的几种保护措施作了探讨。数值结果表明，带有阻尼的气室不能有效地阻止内水柱的运动，将使结构承受危险载荷的打击；全封闭的气室能有效地阻止内水柱的运动，但可能使气室里产生高压；收缩口与破浪锥联合作用，可以消耗水柱的动能，大大地减少载荷，是一种有前途的保护措施。     

基于VOF模型的OWC气室波浪场数值分析

近年来,振荡水柱形式在波能转换装置中得到了广泛应用,由于波况不同,需对气室加以研究并对其形状参量进行优化,从而使空气流速和能量转换达到最大值.利用基于VOF模型建立二维数值波浪水槽,将数值计算的振荡水柱在气室内的升沉运动与物理模型试验进行比较,验证其正确性,并将OWC气室的研究手段予以推广.