基于虚拟现实的测井作业过程模拟仿真系统的开发

测井作业是油气田勘探开发过程中的重要环节,熟悉测井作业过程是相关工科专业学生的必备教学环节。但由于各种原因,导致目前学生很难有机会去油田现场进行测井作业过程的生产实习。本研究首先利用3D MAX软件建立了井场设备和井场环境的模型;依据常规测井流程,运用虚化引擎软件制作了测井仪器工作原理及测井作业操作流程的3D动画;利用虚拟现实技术还原了井场环境,模拟了测井人员的工作过程。最后利用现场的测井数据,调用测井解释软件,绘制了测井解释曲线,实现了对储层的评价。该系统为生产实习提供了一种沉浸式模拟教学手段。

基于非接触式电阻抗层析成像图像融合方法

电学层析成像技术中的不适定问题和非线性问题影响了图像重建的质量。为提高重建图像的精度,提出一种可变阈值的改进滤波器图像融合算法。通过非接触阻抗传感器提取输出电压的实部、虚部和相位分量,使用Landweber算法分别对这三种分量进行图像重建,运用可变阈值的改进滤波器图像融合算法对三种图像进行图像融合,并通过仿真及实测分析了水相电导率对成像效果的影响。实验结果表明:随着水相电导率的增加,实部图像、虚部图像和相位图像的精度呈下降趋势;而使用图像融合后重建的图像轮廓更加清晰,介质分布、形状及大小均与原图较为接近,图像重建精度更高。

流体流速对超声波流量测量精度的影响及校准

采用超声波时差法进行流量测量时,流体流速会使超声波折射角发生变化,但测量计算中超声波折射角仍按固定值处理,就会影响流量测量精度。首先分析流体流速对超声波沿顺流或逆流传播时间和传播位移水平分量的影响,得出超声波传播时间和传播位移水平分量分别与流速呈反比和正比关系,而且其变化趋势逆流比顺流更加明显。其次通过对超声波在流动介质中传播特性的分析,分别获得了流体流速与超声波传播时间及超声波传播位移水平分量的关系,上述关系都间接反映出流体流速使超声波传播轨迹发生了超声波偏移。最后根据超声波偏移会改变超声波折射角的结论,利用折射角正切值与超声波传播时间的曲线关系对流量测量值进行了校准。校准后流量测量精度可提高0.1729%~1.6233%,平均可提高0.6471%,且流速越高,校准效果越好。

一种提高超声波多普勒流量计测量精度的方法

由于强噪声背景下的多普勒超声波回波信号属于微弱信号,传统谱分析方法对微小多普勒偏移量的测量误差较大,使得现有的超声多普勒流量计在应用范围和测量精度上受到限制,因此提出采用Zoom FFT结合卡尔曼滤波来提高多普勒流量计的测量精度。文中首先采用Zoom FFT来提高多普勒回波信号的频率分辨率,然后通过卡尔曼滤波器递推跟踪频率偏移值,最后在Matlab环境下实现了Zoom FFT算法和卡尔曼滤波算法。现场测试结果表明:采用Zoom FFT结合卡尔曼滤波可以提高流量测量精度。

构造基于WEB的远程测控网络模型

本文提出了一个基于 WEB的远程测控网络模型 ,并基于这种模型研制了一个面向以太网 (Ethernet)的远程虚拟仪器实验室。该系统采用浏览器 /服务器 (Browser/Server,简称 B/S)组网模式。客户端只需安装浏览器 ,就可在网上学习和使用带有各种工业标准总线的仪器。虚拟仪器的开发采用 VISA规范 ,因此当更换系统中的硬件设备时 ,不用重新编写仪器的驱动软件 。

基于点源的救援井探测模型分析与仿真

钻救援井是目前控制井喷事故的有效方法。为了研究救援井电磁探测方法,采用井地电流注入法,构建了基于点源的救援井探测模型,并利用有限元软件,分析了电极布局方式、电流大小、事故井与电极间距、套管长度对事故井套管汇聚电流密度的影响。研究结果表明:接地电极置于套管处更利于事故井套管的电流汇聚;电极与套管的间距越大则汇聚电流密度越小,且注入电流大小与套管的汇聚电流密度大小呈线性关系;汇聚电流密度大小随套管长度的增加而增大,但增大的幅度随着套管长度的增加而减小。验证了事故井套管汇聚电流模型的有效性与可行性,为研制救援井连通测量工具提供了一定的理论依据。

基于WWW的虚拟仪器实验室的研制

开发的一个基于WWW的虚拟仪器实验室 ,主要是帮助学生通过网络来学习各种仪器的功能 ,熟悉各种信号处理的方法 ,从而改变以理论为主的实验教学模式。在文中对基于WWW的虚拟仪器实验室的拓扑结构、设计方法以及设计要点做了详细介绍。本系统采用浏览器 /服务器组网模式 ,因此用户端只需安装InternetExplorer浏览器 。

原油含水率自校准方法研究

原油含水率是评价油井产能的一项重要指标,但其易受矿化度、温度、流体状态、流体速度等参数的影响。针对基于电导法的原油含水率检测模型,通过室内外试验,得出了原油含水率的主要影响因素,建立了基于最小二乘法支持向量机的自校准模型。利用Matlab编写了自校准程序,运用10倍交叉验证的方法确定了最小二乘法支持向量机的优化参数,然后把达到预期拟合效果的自校准程序下载到DSP处理器中运行,实现了在一次仪表中对原油含水率测量结果的自校准。试验结果表明,原油含水率的影响因素与原油含水率之间呈非线性关系,自校准算法消除了主要干扰量对原油含水率的影响,实现了测量结果的自标定。和目前油田计量部门使用的蒸馏法相比,基于最小二乘法支持向量机的原油含水率检测模型不仅可以实现实时测量与校准,且原油含水率的相对误差比采用最小二乘法时有所减小。

一种改进型超声波流量计及其电磁兼容性设计

针对超声波多普勒法测流量时,在流速较小情况下频率差不易获取、信号处理算法复杂的问题,提出一种改进型超声波流量检测方法。采用以中频变压器为核心的超声波驱动电路,提高了超声波的驱动电压;在超声波接收电路设计中,首先对接收的小信号进行频率选择、阻抗匹配、放大和滤波,然后采用锁相环实现频率差与直流控制电压的线性转换;针对仪器的电磁兼容性问题,测试了影响仪器正常工作的电源传导干扰,给出了电磁兼容性整改措施。测试结果表明:由于采用了交流电源滤波器,流量的最大相对误差控制在6%以内。

基于OBE理念的工程应用类课程目标达成度评价方法

工程教育专业认证体系的核心问题是把以学生为中心、成果导向、持续改进这三大OBE理念落实到教学环节中。工程应用类课程教学主要是引导学生运用所学知识去解决相关领域中的复杂工程问题,但是对这类课程的评价一直没有足够有效的方法。该文首先按照OBE体系结构,以虚拟仪器课程为例,分析了该课程要支撑的毕业要求指标点以及课程目标,最后以某届学生虚拟仪器课程目标的达成情况为例,介绍了其评分方法及评价结果。研究结果表明,基于OBE理念的课程目标达成度评价可找出课堂教学中的问题,为持续改进提供依据,是提高教育教学质量的有效途径。

基于BP神经网络的分布式传感器网络的可靠性分析

针对分布式传感器中的故障点多、导致估计系统可靠性参数困难的特点,提出了一种基于BP三层神经网络的Markov可靠性模型。仿真结果表明,神经网络收敛时的可用度与Markov模型计算值的相对误差的数量级为10-4,从而验证了神经网络模型的正确性;另一方面与用两层神经网络的可靠性计算相比,其收敛速度加快。

计算机与数字化测量

分析了仪器发展的几个阶段 ,探讨了网络化时代的虚拟仪器体系结构 ,并对数字化测量作了详细的介绍。

基于锁相环的相位差测量仪

相位差的测量是研究网络相频特性的一个重要方面。如何快速准确地测量出相位差也是生产科研中重要的研究课题。开发了一种基于锁相环的相位测量原理而设计的虚拟相位差测量仪,并给出了该系统对数据采集设备的主要要求。实验结果表明,采用这种方法后,其相位差测量准确度小于0.01°,完全可以满足目前工业现场对相位差测量的要求。

射频法原油含水率测量中的幅度检波方法分析

原油含水率的测量是监测油井储层特性和评价强化开采效果的重要参数,也是油田生产的重要参数。射频法测量原油含水率是根据不同比例的含水原油呈现出不同的介电损耗,不同的介电损耗对射频信号幅度产生不同程度的衰减。为此本文提出接收天线与发射天线共同作用的双天线结构模型,推导了不同比例含水原油中接收天线上电压幅度。测试结果显示:理论推导的电压幅度与实际测得的电压幅度一致性较好;且双天线结构相比传统的单根天线或单个检测电阻对原油含水率测量具有更明显的区分度。双天线上电压经幅度检测模块解调成直流电压,根据本文拟合的公式,可实现对原油含水率的测量。

切割海上废弃套管的完整性监测方法

在探井任务结束后,必须把海上废弃套管从泥线以下4 m左右切割回收到地面,以清除泥线上的残留物。高压磨料射流切割系统属于目前较常用的海上废弃套管切割工具,但对该工具切割套管的完整性监测还未有成熟的方法,导致无法确定废弃套管的上提时间,这就造成了切割时间的延长和成本的增加。提出采用非接触式声发射的方法来检测套管切割信号,并采用谱峭度法来判断套管切割的完整性。在谱峭度法判别过程中,通过跟踪全频段中套管切割信号的快速谱峭度图,确定了峭度最大时的带通滤波器参数;对经过滤波的套管切割信号作ZOOM FFT运算,可得出套管在某一个角度是否被完全切透。某油田的室内外试验表明,该方法可实现360°范围内的废弃套管切割状态实时判断,提升了磨料切割的效率,降低了切割成本。所提出的方法适用于相关领域振动信号的检测与故障诊断。

IVI-COM技术在EMC测试软件开发中的应用

构建EMC自动测试系统时,软件主要用于描述测试项的数据处理算法和仪器程控方法。由于数据处理算法大多是由相关标准规定好的,因此,开发EMC自动测试系统的核心内容是设计程控仪器的配置策略,以提高软件的通用性和仪器硬件的可互换性。提出了基于IVI-COM技术的仪器驱动模型,阐述了仪器驱动组件的设计思路,以及在Visual C++环境下的实现方法,通过实例分析,验证了该方法的可行性和有效性。实验结果表明,增加EMC测试项时,简化了对仪器控制部分的程序设计,且更换同类仪器也无需改动EMC测试软件,降低了系统在使用寿命周期的维护费用,有效保护了用户投资。

非接触式超声波流量计收发电路的设计与性能分析

增大信噪比是提高非接触式超声波流量计测量精度的有效措施。但通过提高发射电压来增大信噪比,会损坏超声波传感器与接收电路,也会加剧收发电路的相互干扰。设计了一种针对复合管道流量测量用的超声波收发电路:在发射电路中以中轴变压器替代阻尼电阻,在接收电路中采用限幅桥电路来保护接收电路,并基于匹配电阻法来平衡收发电路。实验结果表明,设计的发射电路能够提高发射电压、减小放电时间,空载时对输出电压可放大13.85倍,带载时对输出电压可放大4.5倍,同时,接收电路能够有效抑制收发电路的相互干扰,并提高接收支路功率,接收电路对5 V以下信号的传输效率超过了90%。把该电路应该到非接触式超声波流量计中,对难于穿透的复合管道中的流体进行多次重复测量,测试结果表明,该流量计的线性度和重复性都满足实际流量测量要求。

典型参数对超声波流量测量精度的影响与校准

超声波流量计既可用于大管径介质流量测量也可以用于不易接触和观察的介质流量测量。但是对气液两相流来说,由于受气相比例的影响,利用超声波流量计进行流量测量时其精度低于质量流量计。为提高气液两相流的流量测量精度,文中针对超声波气液两相流流量检测模型中的关键因素,利用Comsol Multiphysics仿真软件分析超声波在不同流速、管径、发射频率和气相比的流体中的传播特性,以及超声波在不同含气率的气液两相流中的混合声速;并给出超声波流量测量误差的校准方法。结果表明:流体流动速度对超声波信号的传播无明显影响;随着发射频率的增加,超声波瞬时信号强度的幅值不断增大;随着气相比的增加,超声波信号的衰减幅度不断增大,当气相比达到90%时,气液两相流流量测量的最大绝对误差为0.005 m3/s。

注水井井下涡轮发电机参数设计与试验分析

针对智能分层注水测调技术中电缆或电池供电存在的可靠性和成本等问题,设计了一种用于注水井井下设备供电的涡轮发电机。根据注水井井下实际工况和空间的要求,通过电磁计算分析,得出了涡轮发电机的结构参数和几何尺寸,设计了涡轮发电机的主体结构,建立了发电机的数值模拟模型,并对涡轮发电机进行了电磁场仿真,得出了发电机的磁通密度分布特性,试制了发电机样机。试验与仿真结果对比表明,所设计的涡轮发电机参数可以满足注水井井下设备的供电需求。

测控装备检测点信息远程传输模型设计

测控装备通常放置在不同的地域,一旦在试验过程中出现故障,一般采用专家亲赴现场的方式进行维修。针对这一问题,提出了一种测控装备检测点信息的远程传输模型。分别采用数据绑定的方式和远程面板技术实现系统配置信息的传输和实时波形信息的采集;利用数据抽取法来压缩原始测试数据,降低网络带宽的占用率。同时基于远程传输模型开发了远程故障诊断系统。该系统可实现对测控装备故障的精确定位,检测点信息的网络响应时间在2 s之内,故障的误报率和漏报率均小于1%。