利用时域叠加的声学成像法定位埋地PE管道

针对现有埋地管道探测技术难以确定聚乙烯(PE)管道埋深且通常对管线走向的探测误差较大的问题,提出了优化的时域叠加声学成像法。利用该方法对仿真信号进行直达波与表面波消除、反射波提取和成像定位处理,验证了方法的可行性。最后,对埋深0.4 m和1.0 m的PE管进行定位测试实验,最大管线平面定位误差分别为0.179 m和0.240 m,说明该方法基本满足较好埋地条件PE管道探测的需求。

基于井下环空参数的溢流智能预警技术研究

随着油气勘探开发向复杂地层发展,钻井过程中发生井喷的风险增加,而溢流是井喷的前兆,所以早期溢流预警是实现安全井控预防的关键方向。针对传统预测算法在基于地面参数进行溢流预警时未分析溢流严重程度以及预测准确度不高的问题,通过对溢流征兆及溢流发生机理的研究,在利用环空电磁流量系统及其他系统直接测量井下近钻头处的环空流量和其他环空参数的基础上,建立了一种基于人工智能算法——随机森林的溢流智能预警模型来对溢流严重程度进行分类预测。为了验证该预警模型的可行性,通过搭建模拟实验平台进行测试,并与常规的BP神经网络相比较,结果显示该方法正确率高达92.68%,其分类预测的准确性明显高于BP神经网络。研究结果验证了随机森林模型进行井下溢流预警的可靠性,很好地实现了溢流的早期预警,为钻井提供了安全技术保证,具有较好的应用前景。

气泡对电磁流量测量的影响特性研究

电磁流量计在工业生产过程中扮演着重要角色,但易受流体中气泡的影响导致测量结果出现波动进而影响测量精度。定量分析气泡在电磁流量计测量过程中产生影响的规律对提高电磁流量测量精度和实现气液两相流测量具有重要工程意义。针对上述问题,首先从权重函数角度入手,采用解析法建立了气泡尺寸、气泡偏心以及气泡数量对电磁流量测量影响的理论模型;其次,通过仿真和实验研究了管径为100 mm,圆形点电极半径为5 mm的电磁流量系统受气泡不同状态的影响,并采用输出电压灵敏度分析了气泡不同状态下对电磁流量测量的影响规律。研究结果表明,随着气泡尺寸增加其影响大小随之增加,气泡尺寸变化过程中影响在0.3%~5%范围内变化,最大为5%;气泡(直径为10 mm)沿电极方向偏心产生的影响在0.25%~0.6%范围内,且随偏心距离的增加而增加;气泡沿垂直电极方向偏心距离增加产生的影响微小,在-0.2%~0.2%范围内波动;同时,在气泡流动过程中,气泡越靠近电极截面影响越大并在电极截面位置产生影响最大值,单气泡最大值分别为0.18%、0.22%、-0.20%,随着气泡数量增加产生的影响逐渐增加,3气泡和6气泡影响最大值分别为0.36%和2.3%。本研究补充和完善了电磁法测量气液两相流权重函数相关理论,得出气液两相流中气泡不同状态对电磁流量测量系统的影响规律,为提高电磁流量测量检测精度和实现气液两相流电磁测量提供技术支持。

分布式光纤的沙漠埋地油气管道入侵信号识别

针对沙漠埋地油气管道服役环境、破坏情况和威胁管道安全的第三方入侵情况,容易引起入侵振动信号的有效特征提取和准确分类识别困难的问题,提出一种沙漠埋地油气管道入侵信号特征识别方法。该方法首先利用分布式光纤采集管道沿线入侵振动信号;然后通过改进的总体平均经验模态分解(MEEMD)法分解振动信号得到信号的固有模态函数(IMF)分量;进而提取IMF分量的能量以及MEEMD能量熵组成特征向量;最后将该特征向量输入到极限学习机(ELM)分类识别模型。实验结果表明,该方法能够实现敲击管道、人工挖掘、机械施工和沙暴天气4类事件识别,并与BP神经网络和支持向量机识别模型进行对比,该方法总识别准确率达到了94%,识别速度更快。所提方法对分布式光纤沙漠埋地油气管道监测具有重要参考意义。

基于新型正八边形励磁线圈的高精度电磁流量测量技术研究

电磁流量计作为一种高效、精确和便捷的流量测量仪表,被广泛的应用于工业流体测量、油田钻井液的测量和血液测量等导电流体的测量。受外界扰动和流速分布的影响,电磁流量计在进行流量测量过程中仍然存在测量精度不高的问题,改进电磁流量计励磁线圈结构是提高精度的重要手段之一。本文基于新型正八边形励磁线圈实现了电磁流量测量精度的提高。首先,在研究权重函数优化原理的基础上,通过分析正八边形线圈的磁场理论模型得出了基于均匀磁场理论的电磁流量计优化思路;其次,基于有限元分析软件建立了正八边形励磁线圈电磁流量计的仿真模型,确定了正八边形励磁线圈磁场分布最优的结构参数,并通过对比圆形和方形线圈同等条件下的权重函数分布,证明了正八边形线圈权重函数分布均匀性优势;最后,搭建实验平台,通过磁场测试实验和流体测试实验进行验证。磁场测试结果表明,正八边形线圈电磁流量计磁感应强度在管道中心区域能够维持在2.063 mT左右,总体磁感应强度波动范围在0.11 mT以内,说明正八边形线圈磁场具有良好的均匀性;流体测试结果表明,当流量在0.743~2.582 m/s时,单点相对示值误差最大仅为0.950%,系统重复性误差在1.034%以下,经过优化后的系统提升了测量精度,这对后续电磁流量测量计的励磁线圈设计具有指导意义。

基于时域叠加的声学埋地PE管道定位新方法

聚乙烯(PE)管道凭借耐腐蚀、使用年限长等优点在城镇中、低压埋地燃气管网建设中被广泛应用,但由于管道信息系统不完善,且已有的埋地PE管道定位技术还不成熟,导致管道位置不明确,易造成施工建设中对管道的损伤和破坏。为此,基于弹性波反射原理,建立了弹性波在土壤—PE管道介质中的传播理论模型,提出了基于时域叠加的埋地PE管道定位新方法,并通过有限元仿真分析和现场管道定位测试验证了该定位方法的可行性。研究结果表明:(1)土壤中传播的声波可分为纵波和横波,其在土壤—PE管道分界面将发生反射、透射以及波形转换,其中反射回地面的弹性波含有地下管道位置信息,因此可利用反射回波信号来定位埋地PE管道;(2)使用时域叠加法对仿真得到的6路检波器信号进行处理并对定位区域成像,由成像图可较准确地定位出埋地PE管道,图中颜色最亮的单元几何中心点表示的是埋地PE管道的顶点;(3)分别进行了埋深为0.5 m、1.0 m、1.5 m的PE管道定位测试,最大定位误差依次为0.090 m、0.243 m、0.304 m,即管道埋深越大,定位误差越大。结论认为,该方法计算得到的定位精度可以满足现场定位埋地PE管道的需要,研究成果可用于指导声学埋地PE管道探测定位装备的研发。

气侵对井下环空流量电磁测量系统的影响研究

井下环空流量电磁测量系统可以实时获取井下环空流量信息,但环空流道侵入的气体会对其测量结果产生影响,导致测量系统无法准确对钻井过程中出现的溢流和井喷问题进行预警。针对环空流量电磁测量系统受气侵影响的问题,研究首先通过建立气侵对环空流量电磁测量系统影响的理论模型,获得了环空流量电磁测量系统虚电流密度函数;其次,采用有限元仿真软件对侵入气体的不同存在状态进行动态模拟,分析环空流量电磁测量系统的虚电流分布规律;最后,搭建模拟实验平台进行不同两相混合流量下的含气率影响实验。实验结果表明,随着环空流道内两相混合流体含气率在0%~5%范围内增加,不同两相混合流量下的环空流量电磁测量系统输出电压均呈现下降趋势,采用二次函数拟合不同两相混合流量下环空流量电磁测量系统输出电压与含气率关系,可决系数R~2在0.98以上,拟合残差e小于0.011;最终通过归一化的输出电压与含气率关系式校正环空测量流量。研究成果可用于降低气侵对测量结果的影响,提高井下环空流量电磁测量系统的测量精度。

埋地非金属管道雷达探测成像定位方法研究

非金属管道在地下管网建设中得到广泛应用。探地雷达法作为地下公共设施主要检测方法之一,常被用于地下非金属管线探测中。由于探测过程中存在非金属管道回波信号微弱、地下结构复杂、波速难以精确估算等问题,使雷达探测成像及定位成为难题。针对上述问题,研究了适用于埋地非金属管道的波速估算和回波信号处理方法,提出了空间频域插值成像和二值化定位算法;通过数值仿真验证了所述成像定位方法的可行性,并进行了0.400、0.600和1.100 m埋深的非金属管道现场测试。实验结果表明,所提方法能够有效消除双曲线效应,探测区域的成像定位误差分别为0.006、0.006和0.012 m,满足埋地非金属管道定位需求。研究成果可为埋地非金属管道成像及定位提供技术支持,有益于提高探地雷达对地下非金属管线的探测精度。

基于LabVIEW的核磁测井仪器多线程优化模型研究

为了高效利用CPU资源并满足多任务调度测试和并行技术需要,以核磁测井仪器的多线程优化问题为研究对象进行建模研究。该研究首先分析了基于LabVIEW的多线程优化机理,详细分析了常用的优化机制;其次设计了核磁测井仪器的多线程优化模型,并分析了优化模型内各种线程的功能和关系;最后,通过多线程优化模型开发出高温多维核磁测井仪器软件(EMRT2.0),并与一维核磁测井仪器软件(EMRT1.0)进行对比试验测试。实验结果表明,EMRT2.0将EMRT1.0的测试周期缩短为原周期的1/2,CPU的利用率从0.4%~1.5%提升到1.4%~6.2%,MATLAB的CPU利用率和物理内存占用降至0。研究实现的多线程优化模型能高效地利用CPU资源对核磁测井仪器进行多任务调度和并行测试。

弹性波在层状地质结构中的传播特性仿真研究

利用弹性波进行地质结构探测是地球物理勘探中最主流的方法之一,其主要利用弹性波在不同地质结构中的传播特性进行探测,由于地层介质按物性具有层状结构,因此研究弹性波在不同构成的层状地下半空间的传播特性是弹性波地质勘探的基础。针对弹性波在层状地质结构中的传播问题,本文首先推导了层状地层结构中的基本波动方程,然后基于有限元仿真软件COMSOL建立几种常见的地层结构模型并进行仿真分析。结果表明,只有两层高速覆盖层地质结构和速度递减型三层地质结构,其中弹性波能量能够传播到最下层,其余类型地质结构,弹性波在分界面会发生反射,弹性波基本都集中在表面层介质。本研究能够用于指导弹性波地质探测工程实践,具备一定的工程参考价值。

探地雷达检测混凝土内含水量梯度

由于水分是引起混凝土劣化的主要原因之一,混凝土含水量的检测问题也成为近年来的研究热点。利用材料的毛细管效应设计了一个吸水试验装置来模拟混凝土中的水分传递。其主要目的是通过电磁(EM)导波监测水分在混凝土板中随时间的变化过程。混凝土的渗吸试验中使用了新的经验模型arctan(x),且以γ射线的测量结果作为试验的参考数据。结果显示,融合使用多层波导(WG)模型和探地雷达(GPR)检测,可以有效估计混凝土板的内部梯度曲线。

Acoustic location echo signal extraction of buried non-metallic pipelines based on EMD and wavelet threshold joint denoising

In the acoustic detection process of buried non-metallic pipelines,the echo signal is often interfered by a large amount of noise,which makes it extremely difficult to effectively extract useful signals.An denoising algorithm based on empirical mode decomposition(EMD)and wavelet thresholding was proposed.This method fully considered the nonlinear and non-stationary characteristics of the echo signal,making the denoising effect more significant.Its feasibility and effectiveness were verified through numerical simulation.When the input SNR(SNRin)is between-10 dB and 10 dB,the output SNR(SNRout)of the combined denoising algorithm increases by 12.0%-34.1%compared to the wavelet thresholding method and by 19.60%-56.8%compared to the EMD denoising method.Additionally,the RMSE of the combined denoising algorithm decreases by 18.1%-48.0%compared to the wavelet thresholding method and by 22.1%-48.8%compared to the EMD denoising method.These results indicated that this joint denoising algorithm could not only effectively reduce noise interference,but also significantly improve the positioning accuracy of acoustic detection.The research results could provide technical support for denoising the echo signals of buried non-metallic pipelines,which was conducive to improving the acoustic detection and positioning accuracy of underground non-metallic pipelines.