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.     

旋转导向系统中非接触电能与信号一体化传输技术

旋转导向系统可有效提高钻井速度、安全性和井眼轨迹控制精度,是油气行业尤其是复杂环境下油气勘探开发的核心设备之一.非接触电能和信号传输单元是旋转导向系统中将电能和信号从旋转主轴传输至非旋转外套的重要单元.为了保证高温下大负载时电压输出的稳定性以及信号同步传输的可靠性,本文提出一种载波调制式电能与信号一体化的传输方法,在信号并联注入并联拾取的同步传输拓扑结构基础上,增加隔离电感与谐振电容,对新的拓扑结构进行数学建模,对电压增益、电流增益以及效率进行仿真,并通过仿真结果选择最优电路参数.实验验证该电路拓扑和传输方法在175℃环境温度下带载可到150 W,在150 W动态带载下输出电压的变化幅值小于输入电压的8%、传输速率115200 bps(bit per second,比特率)且误码率低于百万分之一.     

大闭环伺服控制随钻智能导向钻井方法

深层油气资源量巨大,是全球油气开发的重要方向.随着钻井朝着深层(＞4500 m)和超深层(＞6000 m)发展,地质条件更加复杂,深层钻井泥浆信号传输速率受限,井下随钻测井等数据传输延迟,增加了钻井事故的频率及钻出储层的风险.当前井场智能决策钻井的方法不适用,井下自主智能钻进是未来深层超深层高效钻进的发展方向.本文借鉴无人驾驶汽车的理论技术架构,提出了一种大闭环伺服控制随钻智能导向钻井方法,集旋转导向、地质导向、随钻地震、电磁前探、随钻测量、信号传输、自动钻机等技术于一体,利用"边钻边学"的人工智能评价与决策方法,智能识别钻头前方油气藏甜点,智能决策钻进方向和钻速,并利用大闭环伺服控制实现井下钻头的自主智能导向和钻进.大闭环伺服控制随钻智能导向钻井架构包括钻进感知、智能决策与大闭环控制3个部分.钻进感知部分通过随钻测井数据获取钻头定位信息、井周地层及钻头前方特性参数,智能决策部分依据钻进感知部分获取的信息通过人工智能决策模型修正轨道和优化钻进策略,大闭环控制部分根据智能决策指令调整钻进方向和速度.本文在钻进感知部分采用支持向量机算法利用随钻测井数据进行岩性智能识别,优选随机森林算法和长短期记忆(Long Short Term Memory,LSTM)循环神经网络对孔隙度、渗透率、饱和度和泥质含量进行评价.在智能决策部分优选随机森林算法对机械钻速进行预测与优化,均获得了高准确率.     

井下非接触电能传输耦合器仿真与优化

旋转导向钻井是一项尖端的自动化钻井技术,提升旋转导向工具中两个相对转动件之间能量传输装置的可靠性是其核心和关键．为解决传统接触式滑环方法安装不便、旋转时易失效、易受钻井液及泥浆等液体腐蚀、可靠性不高等缺点,国内外学者相继提出非接触电能传输方式．为分析非接触电能传输方式的,本文建立非接触电能传输系统模型,对非接触电能传输的技术核心——非接触松耦合变压器进行实物试验和数值仿真．通过分析片状磁芯、环状磁芯在不同磁芯占比、初级与次级回路在不同间隙下电感及效率的变化趋势来研究耦合器结构的选用,并通过仿真内外部磁芯安装位置变化获取内外磁芯安装轴向偏差允许的范围．研究展现了非接触电能传输耦合器磁芯不同结构设计、间隙大小和安装位置的结果,为其参数选择提供了理论依据．     

智能导钻技术体系与相关理论研发进展

为满足国家高效低成本开发深层/超深层(埋深4500～9000 m)油气资源的战略需求,亟待发展适合我国地质禀赋的深层/超深层石油地质理论,创新支撑深层/超深层油气勘探开发的智能导钻技术体系.依托中国科学院A类战略性先导科技专项“智能导钻技术装备体系与相关理论研究”(简称智能导钻系统),面向深层/超深层系统性开展了油气成藏理论、旋转导向和地质导向钻进技术、远程决策系统和装备试验平台研究.深层/超深层特有的高温、高压环境和水的加氢作用能显著提高油气资源潜力,多类型优质规模储集体形成的主控因素为“先天基础、后期改造、深埋保持”,多期成藏改造过程控制了深层/超深层油气藏类型和分布的差异性.围绕智能导钻技术体系的旋转导向(钻)、地质导向(测)、高速传输(传)、地面控制(控)四大子系统,突破了旋转导向高精度动态测量与控制、非接触高效电能与信号传输,随钻方位电磁波测井全对称抗干扰天线系、高温高压仪器设计与封装,井地数据传输非线性流体负载高精度伺服控制、强畸变信道微弱信号提取等关键技术.研制了旋转导向、地质导向、井地传输等10余支井下仪器,实现了“钻-测-传-控”一体化智能导钻系统的集成总装.目前正在...     

井下振动环境分析与模拟

智能导钻井下工具及仪器在钻进过程中产生复杂的振动,剧烈或长时间振动会造成井下仪器的电路故障与钻具机械疲劳破坏,引发钻井事故,增加钻井成本.为了验证井下仪器的振动环境适应性与可靠性,需要开展破坏机理、井下工况数据采集与分析、测试与试验的体系化研究,在实验室充分发现仪器潜在的故障,不断迭代升级,提升仪器可靠性.本文通过自主研制的井下振动冲击记录仪器在实钻井中采集真实的振动环境数据,对数据进行处理分析后,制定了三个方向的振动试验条件;定制研制了国内首台专门用于井下仪器测试的双台并激振动试验系统,研究了基于双台振动设备的并激振动试验与测试方法,实现了实验室条件下真实模拟井下振动环境,构建的系统化井下振动试验平台有效支撑了井下工具及仪器的高质量研发.     

依据断层摩擦准则估算的地壳主应力量值关系式及其参数分析

基于Zoback(1992b)提出的估算地壳构造应力量值的思路和2个假设,考虑了3个主应力分别为垂直主应力(对应3种构造应力类型)的情况,比较系统地建立了依据应力形因子和断层摩擦强度估算构造主应力量值的关系式。讨论了摩擦系数、孔隙压力系数和应力形因子对构造主应力量值的影响:在最大主应力为近水平的情况下(应力类型为走滑型或逆断型),最大主应力量值(或随深度线性增加的斜率)随摩擦系数取值的增大而增大,随孔隙压力系数取值的增大而减小。在最小主应力为近水平的情况下(应力类型为走滑型或正断型),最小主应力量值(或随深度线性增加的斜率)随摩擦系数取值的增大而减小,随孔隙压力系数的增大而增大。并且,3个参数对主应力量值估算的影响很大,如果摩擦系数取值较大,同时孔隙压力系数取值较小,最大主应力随深度增加的斜率与最小主应力随深度增加的斜率之间的差异就大,有可能导致不合理的结果出现。该方法只是对地壳岩石发生脆性破裂或摩擦滑动时的构造应力量值进行近似估算,估算结果并不是地壳稳定状态下的构造应力量值。     

不同生长型沉水植物配置对生物量积累和水质净化效果的影响

种植水生植物,尤其是沉水植物,是目前广泛应用于受损水体的最主要的生态修复方法之一.研究不同生长型沉水植物组合对水体理化因子的影响及营养物质的去除效率可为受损水生生态系统修复提供重要的科学依据.本研究以我国水体修复中常用的3种不同生长型沉水植物苦草(Vallisneria natans)、黑藻(Hydrilla vertiillata)和穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)为研究对象,采用1种生长型种植和2种生长型及3种生长型混种模式,研究不同生长型沉水植物组合及其不同生长阶段对实验系统水质指标及氮、磷等营养物质去除率的影响.结果表明,所有植物组合处理均显著提高了系统中总氮、总磷和氨氮去除率;在实验前中期总氮、总磷和氨氮去除率最高.从本实验受试物种组合来看,1种和2种生长型组合比3种生长型组合具有更高的生物量累积量和总氮去除率.Pearson相关性分析显示,实验系统中的pH、DO浓度与植物总生物量呈显著正相关,总氮、总磷、氨氮浓度均与植物总生物量呈显著负相关.建议在受损浅水水生态系统修复过程中,根据生态修复不同阶段考虑不同生活型、生长型和功能群的水生植物组合;在生态修...     

在水平钻探前利用多分量剪切波地面地震作为前兆预测白垩统破裂强度的横向变化

多分量多源剪切波解释方法,在方位各向异性介质中用Alford旋转输出办法可把叠加在一起的快速和低速质点运动分离开来,在打水平钻井前作出横向破裂强度变化的定性预测。如果垂向排列的裂隙是剪切波分裂的源,那么,该方法正是利用两种质点运动叠加时的基本差异。快速剪切波(S1)对破裂强度的横向变化不敏感,因为它的质点运动平行于裂隙组,因此sl共深点叠加剖面上的反射率应当对裂隙组也不敏感.而低速剪切波(s2)质点运动垂直于破裂面,所以横向破裂强度的变化将影响速度和反射率.对一条地震侧线的两个剖面上的反射率的检测揭示了研究区内奥斯汀白里统(研究层)sl剖面上的反射强度横向一致,而同一层的52剖面上的反射强度则不一致.52剖面上的反射模糊可用破裂强度最大来解释,水平钻井证实了破裂方位和强度的预测结果,并得出此周围的钻井具有更高的原始烃生产量的结论.     

最小相位地震仪及其相频特性的确定

本文根据最小相位系统判据,对目前我国地震台站普遍使用的几种类型地震仪做了分析指出,这些仪器都是最小相位系统;最小相位系统的相频特性可由其幅频特性计算出来.作者按照地震台站观测规范规定,标定了 DD-1型、DK-1型和基式地震仪的幅频特性.然后,用希尔伯特(Hilbert)变换由实测幅频特性计算了它们的相频特性.并把计算结果与用相位特性测试仪器实测的结果做了比较:对于 DD-1型地震仪,在从0.0125秒到12.5秒的周期范围内,最大误差小于5;对于 DK-1地震仪,在从0.05秒到100秒的周期内,最大误差小于5;对于基式地震仪,在从0.01秒到100秒的周期范围内,最大误差小于1.5.这种方法可以解决台站仪器相频特性的标定问题.标定精度比快速傅里叶变换(FFT)方法和用近似解析表达式计算方法要高.应用这种方法的关键是能对被测系统幅频特性曲线高频段和低频段的斜率做出正确的判断.这种方法的误差取决于幅频特性曲线的标定精度.用插值方法计算,计算的尾差和截断误差可以不必考虑.      

广东流溪河水库后生浮游动物生物量谱时空异质性

于2001年4月至2002年12月调查了流溪河水库后生浮游动物,建立后生浮游动物乍物量谱并分析了其时空分布特征．后生浮游动物Sheldon型生物量谱并不是平谱,生物量随着浮游动物粒径(等效球体直径,ESD)的增大而增大．轮虫在粒径大小范围为50-160μm内生物量随着粒径的增大而减少;枝角类(100-512μm ESD)的生物量谱呈‘单峰型’．最大生物量出现在中等大小的粒径组(200-256μm)．桡足类的生物量大约占总后生浮游动物生物量的60％,为水库后生浮游动物最重要的组成部分;粒径分布范围较宽,覆盖了轮虫和枝角类．总体而言,桡足类生物量随着粒径的增大而逐渐增大．河流区后生浮游动物标准生物量谱斜率为-0．75;湖泊区标准生物量谱斜率为-0．58在河流区．后生浮游动物生物量中轮虫和无节幼体所占的比例要高于湖泊区,而湖泊区温中剑水蚤和舌状叶镖水蚤的成体和晚期桡足幼体所占的比例高于河流区．由于河流区小个体的优势度大于湖泊区,因此河流区后生浮游动物标准谱的斜率小于湖泊区.从后生浮游动物大小分布的季节性变化看,湖泊区季节性变化不明显;河流区则变化显著,丰水期标准化谱的斜率大于-0．75．枯水期小于-0.75,斜率的变化与水位波动呈正相关关系．水库库盆的形状及水动力学的时空差异可能是影响浮游动物大小分布时空差异的重要非生物因素之一．     

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.     

超深层目标随钻测井引导的动态地震成像

超深层油气储层目标上覆巨厚的复杂介质,基于地面观测数据估计的地震波传播速度存在误差,将导致地震成像结果不准确,增加深井钻探风险或勘探成本.随钻测井提供的地层速度信息可用于提高偏移速度模型的精度,从而通过叠前深度偏移重处理减小井震闭合误差,及时地重新定位深层的钻探目标,并为钻井轨迹调整提供科学依据.为此,本文提出一种随钻测井引导的动态地震成像方法.它在相对地质年代信息约束下,将测井资料处理获得的层速度用于修正井孔周围一定范围内的偏移速度模型,结合波动方程基准面延拓实现局部三维叠前深度偏移处理,利用图形处理单元(GPU)加速以便更新钻头前方的地震图像.基于实际地震与测井资料的仿真试验表明该方法技术具有可行性,预期可为面向深储层的智能导向钻井提供有力支撑.     

太阳自转每隔11年受到行星系统反方向旋转切向力的作用

基于创建的行星会合指数(K)运动学方程,得到太阳绕太阳系质心绕转的真正周期为准22.1826年.在整个太阳系角动量守恒前提下,根据K指数所指代的太阳绕太阳系质心运动轨迹推出:太阳绕转和太阳自转各自角动量虽不守恒,但二者角动量之和守恒.当行星系统处于最大相背离状态,太阳自转角动量增加,太阳自转受到逆时针方向旋转切向力的作用;当行星系统处于最大会合状态,太阳自转角动量减小,太阳自转受到顺时针方向旋转切向力的作用.行星系统远日4颗大质量行星和近日4颗小质量行星对太阳引力的合力沿太阳绕转轨道半径垂直方向的分力,具有准22年周期变化,而且该力的方向就是沿太阳旋转运动轨迹的切向方向.该分力11年与太阳自转方向同向,另11年与太阳自转方向反向,且分别对应太阳自转角动量11年增大和11年减小的变化.这为研究太阳22年磁周期动力学机制探寻到一种新的思想方法.     

一种基于投影变换的旋转型CL重建算法

相对于传统计算机断层成像(CT),计算机层析成像(CL)对于扁平状物体的检测具有独特的优势。旋转型CL不严格满足滤波反投影(FBP)算法的条件,针对这一问题本文提出了一种基于投影变换的旋转型CL FBP重建算法。首先介绍了旋转型CL的扫描结构;然后阐述了该结构下投影的生成方法及基于投影变换的投影数据重构方法;最后利用重构后投影数据进行滤波反投影,并通过仿真重建实验验证了算法的有效性。      

基于地震属性优化组合微断裂识别技术及应用

本文以断裂精细解释技术和地震属性分析技术为基础,通过对断裂具有响应特征的地震属性进行优化组合,有效刻画了研究区大级别断裂和微断裂的平面组合以及交切关系。工作流程首先以基于导向的相干体属性控制断裂展布趋势,然后优选融合凸显局部细节的倾角体、方位角体和曲率体等地震属性体精细刻画三、四级断裂和微断裂的空间展布特征,通过该方法有效识别出研究区断裂的5种平面组合样式(梳状、反梳状、岔Ⅰ型、岔Ⅱ型、帚状),7种剖面组合关系(反Y字、Y字、复Y字、X型、帚状、阶梯状和叉状)。该技术方法对复杂断裂的识别具有一定的借鉴意义。      

水深梯度对苦草(Vallisneria natans)光合荧光特性的影响

为研究水深梯度对苦草(Vallisneria natans)光合荧光特性的影响,实验设置0.6、1.3、2.0 m 3个水深条件,利用水下饱和脉冲荧光仪测定3种水深处理下苦草叶片的荧光参数和快速光响应曲线.结果表明:(1)随着水深增加,无性系分株数、叶片数、根系总长度、根系表面积等形态指标显著降低,而最大叶长、平均叶长、最大叶宽没有显著变化,2.0 m处苦草生长受到抑制;(2)不同水深对苦草叶片初始荧光F0和最大荧光Fm没有显著影响,而最大量子产率Fv/Fm和荧光参数Fv/F0随着水深增加显著增加,叶片光合系统Ⅱ光化学效率亦显著提高;(3)0.6 m处苦草的相对电子传递速率显著低于2.0 m处;(4)通过拟合光响应曲线所得的光响应曲线初始斜率、光抑制参数、最大电子传递速率以及半饱和光强在不同的水深处理间均差异显著;(5)2.0 m处苦草叶片的叶绿素a(Chl.a)、叶绿素b(Chl.b)、类胡萝卜素(Car)以及Chl.a+Chl.b含量均显著高于0.6 m处,而Chl.a/Chl.b和Car/Chl.a的差异则不显著.综上所述,0.6 m处苦草的光合能力较弱、保护机制强,而2.0 m则相反,从而说明苦草通过调节自身光合生理来适应不同水深环境.     

随钻电磁波传播方位电阻率仪地质导向关键技术

随钻电磁波传播方位电阻率仪器在钻井过程中可以提供地层边界的方位及距离信息,因此在地质导向应用中发挥着重要作用,是提高油气资源开采率的重要手段.该技术是国外近十年来发展起来的前沿技术,在国内尚属空白.本文首次构思并实现了一种应用"交联天线"的随钻电磁波传播方位电阻率仪器,并从天线结构,测量原理,数据处理以及地层电阻率成像及解释等几个方面详细阐述.交联天线由极化方向正交的线圈串绕组成,同时具有方位探测和地层背景电阻率测量的功能.通过分析交联天线的电压在仪器旋转过程中的变化规律,可以计算出仪器所在地层的电阻率,判断地层边界的方位以及估算地层边界相距仪器的距离.该随钻电磁波传播方位电阻率仪器还包括用于常规电磁波传播电阻率测试的多频多测距补偿天线结构.结合地层电阻率测量及其在方位上的相对变化,可以实现对地层电阻率的全方位成像.该仪器在国内油田进行了多次实井测试,测试结果证明仪器能够在水平井地质导向中准确提供仪器所在地层的电阻率,以及地层边界方位和距离信息.已有实井测试结果表明仪器在油层(100Ωm)和泥岩(5Ωm)中的地层边界探测深度分别为2.2m和1.6m,平均误差在0.2m以内.     

南沙深海区近10 Ma来浮游有孔虫群及海水温跃层演变

ODP184航次1143站位的浮游有孔虫组合变化反映了南沙海区近10Ma来上部水体结构的变化.以Neogloboquadrina等为代表的深水型浮游有孔虫在中中新世晚期(约10.6～7.7Ma)总含量较低,反映该时期海区的温跃层较深,是印度尼西亚海道关闭、赤道暖流加强的结果.经历了晚中新世(7.4～6.4Ma)深水型浮游有孔虫含量增高、海水温跃层变浅之后,深水型浮游有孔虫含量自中新世末(6.4Ma)至上新世逐渐降低,反映了南沙海区海水温跃层又逐步变深.1143井记录的海水温跃层深浅变化,应是西太平洋“暖池”盛衰的标志.     

基于拟合随钻声波时差曲线的地震导向水平井技术

松辽盆地北部扶余油层是近几年致密油勘探的热点领域.针对平面展布窄小、厚度超薄储层的地震导向水平井问题,提出了基于拟合随钻声波时差曲线的地震导向水平井技术.其实现过程可概括为:(1)钻前利用已知直井拟合声波时差曲线,在此基础上开展纵波阻抗地质统计学反演,提高储层预测精度,优化井位轨迹设计;(2)钻探过程中目的层上方钻遇标志层(青山口组三套油页岩)时,调整时深转换参数,重新设计井轨迹;(3)钻头进入扶余油层,利用随钻伽马曲线阶段性拟合声波时差曲线,在此基础上开展动态拟纵波阻抗地质统计学反演储层及深度预测,指导井轨迹调整.通过对水平井Z的模拟分析,证明该方法可以有效导向水平井入靶、指导水平井钻进的同时,也能满足钻井现场的时效性要求.