基于停泵压降数据的页岩气井单段裂缝参数反演——以长宁N209井区页岩气井为例

水平井多级分段多簇压裂是页岩气藏有效开发的关键技术,准确评价缝网参数是开展压裂效果评估、压裂工艺优化和压后产能预测等工作的重要前提.传统页岩气井压裂裂缝参数表征主要采用裂缝扩展模拟与现场监测等手段,对压裂施工停泵压降曲线的信息挖掘与利用不足.采用数字滤波方法消除停泵压降数据的水锤波动,利用分形裂缝表征页岩气井压裂缝网,结合数值试井分析实现了单段裂缝参数反演,建立了一套基于停泵压降数据的缝网参数反演工作流程.该成果在长宁公司N209井区压裂井成功应用,并对裂缝参数评价结果与一体化压裂模拟和产气剖面测试等反演结果进行了验证.结果表明,基于停泵阶段压降数据的单段裂缝参数反演结果显著提升了参数解释精度,有助于揭示页岩气井段间产气能力差异的原因;气井产能与裂缝总长和裂缝表面积的相关性明显高于利用广域电磁法确定的压裂改造体积,其中,早期日产气量与总缝长相关性最高;预计最终回收率与裂缝表面积相关性最高;缝网总长与单簇压裂液规模强线性相关,反映了长宁区块页岩气井压裂工艺2.0的技术先进性.获取页岩气井单段裂缝参数可为产能主控因素分析和压裂效果评价提供更加有效的分析指标.

利用弹性参数反演预测潮汕坳陷目标构造的含油气性

【研究目的】潮汕坳陷构造隆起部位受砂岩储层发育程度和构造条件的双重控制,其侧翼洼陷为其提供烃源,是油气聚集最有利区。利用地震反演的弹性参数进行含油气性预测的潮汕坳陷中生界砂岩储层具有明显的低密度特征,而其他岩性的密度偏高。【研究方法】利用叠前地震全道集资料直接反演密度、泊松比等弹性参数,通过密度反演成果预测砂岩储层发育情况和烃类分布,实现对中生界含油气性的预测。【研究结果】泊松比对烃类比较敏感,储层含烃后具有明显的低泊松比特征。【结论】利用地震反演的弹性参数进行含油气性预测表明,烃类异常特征明显,预测构造隆起部位具有较好的含油气性。叠前弹性参数反演技术使无井区域储层预测的多解性与不确定性大大降低,提高了反演结果的准确性和可靠性,这项技术的应用对于类似研究新区的储层预测和烃类检测工作,具有很好的应用推广价值。

基于地震信号的滚石定位及动力参数反演研究

基于滚石诱发地震信号可快速准确地获取滚石灾害信息,对灾情评估至关重要。开展了滚石冲击坡面地震动监测现场原位试验,揭示了滚石冲击地震信号时频域特征规律,分析了到时法与极化法的震源定位性能,并基于量纲分析法建立了滚石体积与冲击速度反演模型。结果表明:滚石冲击坡面(弹跳阶段)产生的地震信号表现为短持时、宽频带的三角状脉冲特征;结合到时法和极化法震源定位理论,实现了滚石冲击坡面的空间定位,得出到时法是更为优良的滚石冲击震源定位方法,其平均相对定位误差不超过10%;基于无量纲反演模型预测的滚石体积、冲击速度与实际结果吻合较好,平均预测误差均低于20%。研究成果可为滚石灾害动力学参数的快速获取提供理论与技术支持。

基于SVR的飓风海况下海浪多参数反演方法研究

针对卫星在飓风海况下观测海浪信息单一且准确性低的问题,利用哨兵1号卫星干涉宽刈幅模式合成孔径雷达(SAR)数据,通过分析SAR特征与海浪参数间的影响关系,筛选出26个特征作为输入变量,基于支持向量回归(SVR)建立海浪多参数反演模型。将该模型得到的有效波高、平均波周期、风涌浪波高、风涌浪波周期和平均波向与欧洲中期天气预报中心第5代全球气候再分析数据、国家浮标数据中心浮标数据以及传统MPI方法的结果进行对比。结果表明,基于SVR的海浪多参数反演模型能有效反演海浪多参数,且与理论方法相比,显著提高了飓风海况下海浪参数反演的准确性。

基于改进麻雀搜索算法的水质模型多参数反演

水质模型参数取值对模型的模拟精度影响很大,为提高BOD-DO水质模型参数反演精度,首先在DobbinsCamp BOD-DO水质模型的基础上,以BOD和DO浓度计算值与实测值之差的加权平方和最小为目标函数,构建了Dobbins-Camp BOD-DO水质多参数反演模型;然后针对麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)求解精度低、稳定性不足和易陷入局部最优等问题,引入Sine混沌映射和对立学习、转移概率以及差分变异3个策略,分别从提高初始种群多样性、扩大搜索空间以及增强种群跳出局部最优的能力三方面对SSA算法进行改进,提出了一种多策略改进的麻雀搜索算法(Multi-strategy Improved Sparrow Search Algorithm,MISSA),并将其应用于Dobbins-Camp BOD-DO水质多参数反演模型的求解;最后通过数值实验将得到的反演结果与SSA算法、模拟退火算法、粒子群算法、遗传算法四种优化算法进行对比,并探讨了参数初值选取和观测噪声水平对反演结果的影响。结果表明:MISSA算法的计算性能明显优于对照组中的4种算法,且能显著降低初值选取对BOD-DO水质模型参数反演结果的影响,当观测数据的噪声水平不超过5%时,MISSA算法可有效提高反演结果的稳定性。该结果验证了MISSA算法在反演Dobbins-Camp BOD-DO水质模型参数的有效性,为水质模型参数求解提供有益参考。

基于升降轨SAR数据的地下核爆参数反演与3D形变监测方法

以朝鲜第6次地下核试验为例,基于升降轨ALOS-2 SAR数据,首先利用D-InSAR技术获取核试验场的视线向形变,以此为基础,基于贝叶斯反演方法确定核爆参数,然后引入POT技术测量核试验场方位向和距离向形变,最后,融合D-InSAR与POT结果计算核试验地表三维形变场.研究发现,核爆位于朝鲜丰溪里试验场万塔山下,其坐标为东经129.0792°,北纬41.3026°,深度约为550 m,核爆导致发生水平方向位移约3 m,垂直方向位移约1 m.结果表明天基SAR遥感技术,特别是长波段SAR,在地下核试验监测中具有重要的应用价值,可为地下核试验监测提供新思路.

双参数地基横向受荷长桩参数反演方法研究

为了获取mz+C双参数地基模型下横向受荷长桩参数,基于m法原理,在地基系数等于零的位置建立坐标系,将地面以上桩身视为虚拟段。考虑剪力和弯矩共同作用时的情形,根据荷载效应等效原理,将地面处荷载简化到桩顶,建立了横向受荷长桩双参数计算模型。将桩土相对刚度和z0作为未知参数,提出了地基参数反演模型。该反演模型考虑了土抗力对荷载作用形式、地面处桩身位移和转角的影响。根据桩在地面处的位移和转角实测值反演地基参数,并结合算例通过桩身最大弯矩和地面处土抗力验证了反演方法的可行性。结果表明:本研究方法能够保证桩在地面处位移和转角理论值与实测值相符,最大弯矩及其位置误差很小;与m法相比,地面处土抗力变大对桩身弯矩影响程度沿深度先增大后减小,主要影响范围位于最大弯矩位置附近;桩身抗弯刚度与最大弯矩、地面处土体抗力均成线性关系,对二者影响较大且呈反向变化;根据最大弯矩和地面处土抗力实测值可以求得抗弯刚度的合理取值范围,考虑抗弯刚度随着桩顶荷载或位移的变化能够更好地模拟桩土的实际工作状况,可以提高mz+C双参数地基模型计算精度。

基于谱方法和单纯形算法的一类偏微分方程参数反演研究

根据观测数据反演偏微分方程参数具有重要的应用价值。通过基于快速傅立叶变换的谱方法实现对偏微分方程快速高精度求解,与观测数据结合建立待优化的目标函数,再用带边界约束的Nelder-Mead单纯形优化方法进行参数反演。通过算例证实了算法的有效性。

重构震源振幅谱一致性的吸收参数反演方法

谱比法和质心频移法是两种工业应用较为广泛的品质因子Q反演方法,它们主要依靠地震振幅谱的某个单一属性(对数谱比斜率或者质心频率)对地层吸收参数进行估算和反演,因而反演结果很容易受到地震噪声和波场干涉等因素的影响。为此,提出一种基于重构震源振幅谱一致性的地层吸收参数反演方法。其核心思想是将地震信号沿射线路径向震源位置反向传播,并进行吸收补偿,然后利用地震信号在震源位置重构的振幅谱一致性进行地层吸收参数反演。该方法既不需要已知震源子波,也不需要提取地震信号振幅谱的某个特定属性,具有提高地层吸收参数反演精度的潜力。模型实验表明:相较于谱比法和质心频移法,该方法具有更高的反演精度和更强的抗噪性。M区块应用结果表明:该方法能够为后续的吸收补偿提供高精度的吸收结构模型,有较好的工业应用前景。

基于聚类和随机搜索优化的核反应堆数字孪生参数反演模型

为了实现对核反应堆内置传感器的大量数据的高效存储、传输和分析,本文结合聚类算法与随机搜索优化的人工神经网络,对空间热离子反应堆的数字孪生系统搭建了一个参数反演模型,实现在热管失效工况下的堆芯温度数据的反演。使用20%热管失效工况下空间热离子反应堆堆芯4个区域的温度数据,通过K-means聚类与轮廓系数指标提取各区域的特征温度参数,通过随机配置优化的全连接人工神经网络(ANN)完成特征参数到其他参数的反演,并对反演效果进行验证。研究结果表明,运用该方法对燃料、发射极、接收极、冷却剂4个区域进行参数反演,温度反演值的相对误差均方根分别为0.55%、0.41%、0.19%、0.18%,其中用于反演的特征参数占总参数比例均不超过8%。因此本研究建立的参数反演模型能够获取特征参数的物理含义,并对空间热离子反应堆堆芯温度参数进行较高精度的反演。

考虑监测数据时序特征和空间分布的堆石坝参数反演研究

随着安全监测技术的发展,柔性智能位移计、管道机器人等新型监测技术逐步被用于堆石坝的安全监测。高堆石坝在其生命期内中积累了海量的监测数据,充分利用这些数据,开展参数反演分析,可以提高堆石坝数值模拟的准确性,有助于合理评估堆石坝安全性态。论文基于时间序列聚类从海量监测数据选择有代表性、多样性的测点组合,提取时序特征构造目标函数,反映堆石坝变形的时空演化特性,采用多目标优化算法进行堆石坝各分区的材料参数反演。与现有参数反演方法相比,本文方法能合理利用堆石坝大量监测数据,充分反映其在填筑、蓄水和运行过程中的变形发展和空间分布特性,基于反演分析的材料参数其计算沉降值与实测值吻合良好,能够显著提升参数反演的精度。

参数反演法在聚丙烯蜂窝板多层热解数值模拟中的应用

为模拟聚丙烯蜂窝板在锥形量热仪中的热解燃烧过程,研究应用参数反演法,融合微尺度动力学模型和小尺寸热解模型,成功构建了蜂窝板一维多层热解模型。首先,建立基于热重、微燃量热和锥形量热不同试验结果和不同材料结构的模型框架;其次,根据提出的自适应混沌粒子群优化算法和火灾动力学模拟器(Fire Dynamics Simulator,FDS)相结合的参数反演法,求解模型参数;最后,讨论不同模型框架对模型准确性的影响。结果显示:多层材料模型框架比单层材料模型框架可以更准确地预测蜂窝板的热解过程;通过应用微尺度动力学模型,参数反演法可以较准确地求解模型热物性参数;动力学参数和热物性参数之间存在补偿效应,预先获取动力学参数可以提高参数反演准确性。

基于PINNs算法的一维潜水流方程的渗流参数反演

在地下水领域中,渗流参数反演有助于了解地下水流动的性质,帮助确定地下水资源的分布、移动和质量,这对于地下水资源管理、水文模型开发和地下水补给的可持续性非常重要.近年来,神经网络方法快速发展,然而其针对潜水流渗流参数反演的研究较少.基于此,首次将物理信息神经网络(Physics-Informed Neural Networks,PINNs)方法结合软硬约束设置来解决潜水含水层渗透系数反演问题,以一维稳态非均质潜水流以及非稳态均质潜水流(含溶质运移)的渗透系数反演为例,对比了不同问题中PINNs软约束方法(PINNs-S)和硬约束方法(PINNs-H)反演渗透系数的表现.PINNs算例结果表明,PINNs算法反演渗透系数具有较高的计算精度.此外,PINNs硬约束算法和软约束算法各有优劣,在实际应用中应根据具体问题和实验效果来合理选择.

基于MTSVR-ISAO的混凝土重力坝参数反演方法

混凝土坝参数识别是评价其运行状态的关键。为进一步提高参数识别的效率和精度,提出一种基于多输出孪生支持向量机(MTSVR)和改进雪消融优化器(ISAO)的混凝土坝参数反演方法。通过训练MTSVR模型模拟待反演参数与位移静水压分量之间的非线性关系以代替复杂的有限元计算。采用ISAO对目标参数进行寻优反演。工程实例分析表明,代理模型计算结果与有限元计算结果基本一致。与传统元启发优化相比,ISAO寻优收敛速度更快,准确度更高,单次参数反演用时更少。结果说明构建的反演方法可在保持计算精度前提下有效提高计算效率,方法具有有效性和实用性,为工程真实参数辨识提供参考。

基于JEC-FDTD等效循环神经网络的电磁建模和等离子体参数反演

磁化等离子体中的电磁波传播是重要的研究课题,针对特定场景下的电磁等离子耦合问题,进行有效且准确的方程建模与参数求解具有极强的研究价值和挑战性,这是探究电磁波与等离子体复杂非线性相互作用机制的关键。文中设计了一种可用于电磁等离子体正逆向建模的循环神经网络(recurrent neural network,RNN),该网络正向传播过程等价于任意磁倾角情况下的电流密度卷积时域有限差分(current density convolution finite-difference time-domain,JEC-FDTD)方法,因此可以求解给定的电磁建模问题,并易于大规模并行计算。通过构建前向可微模拟过程,JEC-FDTD方法可以使用自动微分技术准确且高效地计算梯度,然后通过训练网络来解决反问题。因此,该方法可以有效利用观测到的时域散射场信号反演重要的等离子体参数。JEC-FDTD方法和RNN相结合,形成了较强的协同效应,使得模型具有可解释性和高效的计算效率,受益于深度学习提供的优化策略和专用硬件支持,可以适用于不同仿真场景下的电磁建模和等离子体参数反演。

深层页岩气井气水两相缝网参数反演方法

深层页岩气藏的开发离不开大规模的体积压裂技术,而缝网参数反演方法是压裂效果评价、产能动态分析的一种重要手段。现有的缝网参数反演方法忽略了支撑剂不均匀分布和气水两相渗流对深层页岩气藏开发的影响,导致参数反演误差较大,且难以区分“近井支撑裂缝”和“远井未支撑裂缝”对产能的贡献。针对这一问题,基于动态分析方法,建立了考虑多重非线性流动机理和未完全支撑裂缝的深层页岩储层气水两相缝网参数反演方法。反演方法建立过程中基于线性流模型假设,将压后的复杂裂缝网络等效为支撑裂缝区、压裂改造内区、未支撑裂缝区和压裂改造外区4个区域,采用变量替换、摄动变换、逐次替换等手段处理气体高压物性参数、超临界吸附、应力敏感、非达西渗流和气水两相渗流引起的非线性。利用数值模拟模型验证了本文方法的可靠性,并选取四川盆地4口深层页岩气井进行了应用分析。结果表明,建立的深层页岩气水两相缝网参数反演方法考虑了气液同产对产能预测和参数反演的影响,实现了支撑与未支撑裂缝半长和渗透率等参数的定量区分,为准确计算深层页岩气产量、评价压裂效果提供了理论指导。

基于三维全参数反演的煤矿采空区形变提取方法研究

准确提取地表形变信息对于预防和控制煤矿开采导致的地质灾害至关重要。以山东郭屯煤矿某工作面为例,首先获取了工作面开采时间段内(2017年7月31日至2018年5月3日)的18景Sen-tinel-1A卫星影像,基于SBAS-InSAR技术处理得到工作面采空区地表形变。在InSAR观测数据的驱动下,通过推导概率积分法与SBAS-InSAR视线向形变三维参数之间的函数映射关系,提出了一种基于随机误差消除遗传算法的三维全参数反演模型。基于该方法,准确反演了研究区地表沉降参数,通过与现场经验值对比,各参数的偏差均小于3%,拟合精度较高。最后,基于反演参数与概率积分法获得了采空区全盆地沉降形变信息,其中A测线与F测线的均方根误差分别为0.083 m和0.102 m,平均绝对误差分别为0.068 m和0.089 m,预计结果与实测水准测量数据高度一致,表明所提出的三维全参数反演模型能够以低成本的方式有效获取煤矿采空区全盆地沉降信息。

障碍物特性曲线参数反演及车辆碰撞性评估

城市有轨电车多采用混合路权,即有轨电车与地面交通车辆、行人等共享路权。由于运营的特殊性,有轨电车发生碰撞事故概率较大,对其被动安全防护研究具有重要意义。EN 15227—2020标准针对C-IV类有轨电车增加了城市道路交通7.5 t障碍物碰撞工况,为得到符合标准的障碍物模型,对障碍物特性曲线进行参数反演,并应用符合标准的障碍物对车辆耐撞性进行评估。首先应用Hyper-Mesh软件建立城市道路交通7.5t障碍物有限元模型;然后应用Isight集成Pam-Crash软件对材料弹性模量及应力-应变曲线进行参数反演,得到符合标准的障碍物特性曲线;最后分别将障碍物标准曲线缩放至0.75及1.25倍,分析3种不同标准曲线下障碍物模型对有轨电车耐撞性评估的影响。结果表明:参数反演后得到的障碍物模型符合标准要求,可较好地对车辆耐撞性进行评估。相比于1.0倍标准曲线的障碍物模型,采用1.25倍标准曲线的障碍物模型,碰撞后障碍物吸能减少10.9%,撞击时冲击力峰值增加34.4%,列车司机室生存空间压缩量增大9.1%,1.25倍标准曲线下列车耐撞性指标偏保守;采用0.75倍标准曲线的障碍物模型,碰撞后障碍物吸能增加24.9%,撞击时冲击力峰值减少6.5%,列车司机室生存空间压缩量减少39.3%,0.75倍标准曲线下列车耐撞性指标偏高。

基于m法的横向受荷长桩三参数模型参数反演方法

为了提高m法在试桩计算中的精度,提出了基于m法的横向受荷长桩三参数模型参数反演方法。假定地面处桩侧土抗力不为零、地基系数沿深度线性增加,将桩土相对刚度、桩的抗弯刚度、z_(0)作为参数,建立了横向受荷长桩三参数理论计算模型。假定αz_(0),根据桩在地面处位移和转角实测值计算桩土相对刚度、桩的抗弯刚度和桩身最大弯矩。基于桩身最大弯矩计算值接近于实测值条件确定桩土参数,进而通过桩土参数计算桩身弯矩和土抗力并通过其分布情况验证反演方法的可行性。基于理论计算模型分析了剪力作用下αz_(0)变化对其他参数的影响,结果表明:随着αz_(0)的增大,桩土相对刚度、桩的抗弯刚度、桩身最大弯矩以及m值均减小,地面处土抗力和C值均增大,最大土抗力先减小后增大。算例分析表明:反演方法能够保证桩在地面处位移、转角、桩身最大弯矩及最大土抗力位置计算值与实测值相符。与现场试验实测值相比,土抗力最大误差在15%以内;与室内模型试验实测值相比,最大土抗力误差在5%以内;桩身弯矩和土抗力沿深度分布较m法合理。考虑地面处的土体抗力并将桩的抗弯刚度作为待定参数,能够更好地分析桩土的实际工作状况。

基于DE-MCMC方法的滑坡堆积体土壤水力参数反演研究

极端降雨条件下,入渗可急剧增大滑坡体中软弱结构面上的土壤含水量和孔隙水压力,是触发滑坡的重要因素。因此,土壤水动力模拟是滑坡预警系统的核心,其模拟结果的准确与否取决于土壤渗透特性的参数化。该文以汶川地震扰动区的银洞子滑坡堆积体为例,以土壤含水量野外观测数据为基础,基于Richards方程构建入渗模型,利用自适应差分演化算法的马尔科夫链蒙特卡罗方法(Differential Evolution Markov chain Monte Carlo,简称DE-MCMC)反演van Genuchten土壤水力参数。通过比较土壤含水量的模拟值与实测值的拟合程度,评估DEMCMC算法在土壤水动力模拟中的适用性。结果表明,基于DE-MCMC算法反演的后验参数极大降低了先验参数分布的不确定性,并显著提升土壤含水量的模拟精度。将DE-MCMC方法应用于滑坡水文,可有效率定土壤渗透特性参数,为降雨型滑坡预警提供更为可靠的土壤水动力模拟结果。