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.     

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...     

475型静态推靠式旋转导向钻具组合的弯曲应力分布规律

旋转导向钻井系统(RSS)是定向钻井的核心装备.经过多年攻关,中海油田服务股份有限公司(简称中海油服)研制出了475型旋转导向钻井系统.为了降低该系统在高造斜率井段的疲劳失效风险,本文采用纵横弯曲梁理论建立了475型静态推靠式旋转导向钻具组合(RSBHA)力学分析模型,模拟分析了RSBHA的弯曲应力总体分布规律、最大弯曲应力影响因素及变化规律.研究表明,限定导向头结构参数条件下,适当加长挠性短节并合理调控钻压和导向合力有助于获得较高造斜率并降低BHA(Bottom-Hole Assembly,底部钻具组合)最大曲率和弯曲应力,最终降低挠性短节疲劳失效风险.研究成果能够为提升该系统的工作能力和安全可靠性提供支持.     

海底地震观测的非接触连接器设计及试验

为了将有缆式海底地震仪连接到海底观测网,以便向地震仪提供电能并传输数据,提出一种非接触式水下连接器设计,并对该设计进行功能验证。非接触式连接器利用电磁耦合原理,采用特殊电磁线圈传输电能和信号,通过控制电能和信号传输的频谱分布来避免二者传输时的相互干扰。实验给出连接器的电磁线圈设计以及硬件电路设计,并通过实验测试来验证设计的正确性及可靠性。     

湛江数字地震台DDN与卫星传输对比分析

为解决湛江数字地震台自2000年1月正式投入运行以来一直存在的丢数、断记、误码率和故障率较高的问题,2002年该台站架设了卫星小站,并于2003年6月15日开始进行DDN传输与卫星传输的对比,通过139天的对比表明,DDN信号仍然很差,运行率只有96．50％;而卫星信号则无误码,中断较少,运行率高达99．65％。完全可利用卫星传输方式来替代DDN传输方式。     

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.     

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.     

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.     

用于航磁测量的多旋翼无人机磁干扰测试研究

在无人机航磁测量工作前期,全面评价无人机相关磁干扰源及其特征,可为后期磁力仪安装位置与方式的确定、数据降噪措施的选择等提供依据.本文以多旋翼无人机为例,分别进行了本底磁特征测试、异常部位不同状态下的噪声测试、电机干扰信号的时频分析、以及动态飞行时的干扰影响距离测试和研究.识别出电机、电流为主要干扰源;电流的产生和传输既会改变已有的静态干扰强度,又会产生新的动态震荡噪声;电机旋转所产生的震荡干扰信号是集合了与电机旋转速度、内部转子和定子数量等有函数关系的多频率复合信号;磁力仪所记录的干扰信号强度,随其与干扰源之间距离的增大而衰减.本文测试方法可作为无人机相关磁干扰测试的参考,测试结果可用于指导磁力仪安装和数据降噪.     

医用CT在三维椭球颗粒随机堆积结构研究中的应用

颗粒随机堆积问题是物理和工程领域的热门问题。椭球颗粒随机堆积体系作为球形体系的拓展,增加了旋转自由度,从而表现出更复杂的性质,由于椭球颗粒比球形颗粒更类似于自然界中普遍存在的非规则颗粒,因此其研究具有重要的实用价值。研究三维颗粒堆积结构问题一般需要CT成像技术,本文介绍了如何利用医用CT对三维椭球随机堆积体系进行成像研究的技术细节,包括如何通过图像处理的方法获取椭球颗粒的空间位置、取向和体积,如何利用接触数标度函数拟合的方法得到近邻颗粒间的接触信息等。本文的研究内容和方法为利用各种X射线CT成像方法研究三维颗粒体系提供了技术参考。      

钻头随钻地震技术综述

钻头随钻地震技术是利用钻井过程中钻头冲击地层产生的振动作为震源的井中勘探技术．它凭借不中断钻井作业这一特点,可以实现连续的逆垂直地震剖面（Reverse Vertical Seismic Profile,RVSP）测量,以达到实时监测钻头位置、预测钻头前方地层地质参数、前瞻成像等目的．钻头随钻地震的本质是RVSP技术,因此本文通过常规RVSP技术引出钻头随钻地震,对钻头随钻地震的基本原理、采集技术和处理技术的优化进行重点介绍,并简单介绍部分应用实例．最后结合钻头随钻地震的优势和局限对其未来的发展方向做出展望．     

广东地震台网台站数据传输质量对比分析

根据广东地震台网(下简称广东台网)台站数据传输采用多种方式的现状,统计和分析了2009年1月1日至2014年12月31日期间44个台站的数据传输质量。阐述了6种传输方式的基本原理,分析了各种传输方式的质量和产生断记的原因,提出如何解决传输过程中所遇到的各种问题。从信号的传输质量、运维成本、地震速报和未来地震预警需求等多方面着手,分析总结了各种传输方式的优劣,为提高台网运行率和台站数据传输质量,提出了"以SDH为主、多种传输方式并存"传输方式。     

闪电电场变化测量仪研究

分析了现有闪电电场变化测量仪存在的不足之处,提出了采用一台测量仪同时获得闪电电场快、慢变化特性的技术方案,通过对测量仪天线、电路、传输方式的优化,大大降低了系统的复杂程度,提高了可靠性;采用全介质光缆传输信号,可避免在信号传输过程中因电磁耦合带来的干扰;采用系统函数逆变换反演被测电场时域特性,既可省去一套专测电场慢变化的仪器,且弥补了以往"电场慢变化测量仪"性能的不足.测量结果表明,快变化测量系统的测量带宽为80 Hz~87.5 MHz.采用研制成的电场变化测量仪对自然闪电进行多次测量后,将反演运算得到的波形与实测波形对比,验证了所提方案的可行性和技术上的先进性.     

基于信噪比质控的优化迭代反演非规则数据重构方法

压缩感知地震勘探技术可以在相同成本投入的情况下,增加地震数据道密度,有利于提升地震成像质量,越来越受到业界的关注．非规则数据重构是压缩感知地震勘探技术的核心．本文优化了常规基于稀疏域迭代反演的非规则地震数据重构方法,通过引入信噪比质控因子,设计了基于信噪比质控的优化迭代反演非规则数据重构方法．该方法可以针对不同信噪比数据采取不同的信噪比质控因子进行数据重构．在低信噪比地区,该方法可以在重构缺失数据的同时提高地震数据的信噪比．在高信噪比地区,该方法在恢复缺失数据的同时可以保护有效信号的能量．通过数据测试验证了该方法的有效性．     

采用薄圆筒模体和Hough变换自动确定工业CT中心的方法

确认旋转中心是工业CT系统必然遇到的问题。本文提出对薄圆筒模体的切片图像自动识别,通过随机Hough变换识别薄圆筒模体的圆心位置和半径,从而计算出当前圆心与实际圆心的差别,据此可以计算出需要矫正的尺寸,减少确认旋转中心的复杂度并增加可靠性。     

一种地震计固定装置

为了避免地震计由强振动引起的不同程度的位移、偏转或倾倒,研制出1套地震计固定装置,该装置使地震计能够经受强烈振动.与其他类似装置不同的是,该装置是通过地震计的3个底脚进行固定的,不与地震计其他位置接触,这有效避免了混入其他噪声.通过测试试验发现,在安装固定底座后,地震计运行和产出的波形均正常,噪声略有变小,平均信噪比变...     

多种传输方式在青海数字地震台网中的应用

如何保障数据实时、连续的传输是数字地震台网运行的重要工作,本文就青海省数字地震台网所采用的几种传输方式进行了简单说明。经过近2年的运行,说明这几种传输方式在青海数字地震台网运行过程中经受住了考验,保证了台网的正常运行,同时也为以后的数据传输方式积累了经验。     

新疆数字地震观测网络测震系统的构建

介绍了新疆测震系统中的各类台站在当地特殊的地理环境、自然条件及通信条件下的科学构建,固定台站、和田台阵及流动台网采用了不同的数据采集和传输系统,台网中心对采用各类传输方式的数据进行实时接收、存储、共享分发以及分析处理.     

前兆远程子台CDMA传输故障诊断及排除

本文简要介绍了CDMA传输技术及其在地震前兆远程子台的应用,之后以天津市地震局宝坻地震台的远程子台为实例,对地震前兆远程子台CDMA传输中的故障原因进行了研究,指出导致CDMA传输故障的原因主要有:仪器通讯部分故障、资费余额不足、路由器"假死"、路由器死机、路由器内部故障(特别是SIM卡接触不良)、CDMA信号强度不够、交换机故障、传输硬件连接断路等。在此基础上提出了一套行之有效的故障诊断流程,并对常见故障原因的判定和排除方法做了归纳整理。本文对使用CDMA传输方式或其他无线传输方式的地震前兆远程子台的维护管理人员有一定的参考意义。     

核磁共振坑道水探测中的激发场研究

研究利用线圈在地下坑道中进行涌水超前探测的激发场计算方法,分析了地磁场倾角和线圈朝向对激发场计算的影响,推演出了线圈在任意地磁场倾角、任意水平朝向、任意垂直朝向、任意线圈半径和匝数时辐射空间内任意点激发场的计算方法;推演出了距离线圈不同位置点激发场数值随线圈旋转角度的变化规律.通过比较1m半径圆形线圈超前探测50m深度与100m边长方形平铺线圈向下探测100m深度的激发场,计算出了探测50m深度时,1m半径圆形线圈顺时针旋转时不同位置处激发场的大小,得出了线圈匝数的设计方法.仿真结果可为实际应用中根据线圈摆放角度与探测深度设计匝数提供参考.