CHAMP V封隔器在超高压气井钻杆测试中的应用

对于超高压油气井,测试封隔器上下压差大,常规封隔器因简单的设计结构,在超高压极端工况下密封稳定性及坐解封能力不足,难以满足作业需求。该文介绍了一种CHAMP V超高压机械坐封封隔器,可承受15000 psi工作压差,最高耐温达204℃,且自带旁通,能广泛应用于酸化压裂、高含盐、高含硫和二氧化碳的气体环境中。通过在各种工况下对管柱进行受力分析,选择合适的密封材质、坐封压重及控制参数可保证封隔器的稳定密封性能,该封隔器在一超四高(超高压、高温、高产、高含硫、高含二氧化碳)的X-10气井的测试作业进行了5次应用,成功率100%,具有非常高的可靠性。为类似超高压气井及特殊工艺测试提供了借鉴,具有重要的参考价值。

CHAMP星载加速度计数据(0.1Hz)处理与分析

对 2 0 0 2年第 0 0 1d到第 10 0d的加速度计数据进行了处理 ,并将其由加速度计轴系坐标系 (IFX)转换到协议惯性系 (CIS) ,分析了观测数据的质量及相关改正的效果 ,针对加速度计应用于地球重力场研究进行了讨论 。

中国及邻近地区CHAMP卫星磁异常的分布特征

本文利用CHAMP卫星磁测资料建立的新一代高阶地磁场模型POMME-4.2S,计算中国及邻区400 km高度的卫星磁异常及其垂直梯度,给出7个磁场分量的分布图,比较了截断水平对磁异常分布的影响,初步分析了磁异常与岩石圈构造的关系.主要结果表明,在四川盆地、塔里木盆地和松辽盆地等主要磁异常区,△Z异常中心的南北两边出现△X的异常中心,东西两边出现△Y的异常中心.在球谐模型为90阶时,磁异常分布的基本形态已经确定,更高的模型阶数对磁异常只有微小调整.在磁异常较强的地区,磁异常及其垂直梯度同步变化.卫星磁异常与地形变化、断裂带分布、莫霍面深度和岩石圈厚度没有直接的对应关系,而与居里等温面深度、磁性层厚度有明显的相关性.居里等温面深、磁性层较厚的地区显示正磁异常,居里等温面浅、磁性层较薄的地区显示负磁异常.

用PANDA对GPS和CHAMP卫星精密定轨

介绍了武汉大学自主研制的卫星导航系统综合处理软件PANDA;利用全球45个IGS站以及CHAMP卫星星载GPS数据,在不同条件下分别实现了GPS卫星的精密定轨,以及CHAMP卫星和GPS导航星座联合精密定轨。结果与IGS的最终精密星历以及GFZ提供的CHAMP卫星精密轨道的比较说明:PANDA软件求解的GPS导航星座和CHAMP卫星轨道精度处于同等水平。

基于CHAMP卫星与三维Taylor多项式模型的区域地磁建模研究

利用CHAMP卫星矢量和标量地磁测量数据,通过三维Taylor多项式模型建立了2010.0年中国及邻近地区在300km高度附近的X、Y、Z和F分量的三维磁场模型.为了比较验证所建模型,分析了其与Taylor多项式模型(二维模型)不同截断阶数所对应的均方偏差(RMSE)、残差及分布等.结果表明,三维模型每一阶的RMSE和残差绝对值的平均值均要比二维模型的小约45%.由于采用了系数完全展开的建模方式,三维模型的系数数量约为二维模型的2倍,三维模型较低的截断阶数可以反映更多的地磁信息.本研究中的5阶三维Taylor模型基本可达到8阶Taylor模型的精度.两种模型绘制的地磁场及残差分布有较好的一致性.

利用SLR检核CHAMP卫星轨道

初步研究了利用SLR检核CHAMP卫星轨道的方法。采用 2 0 0 2年 1月 1日到 16日的SLR观测数据对GFZ提供的事后科学轨道进行了检核实验 ,实验结果表明 ,GFZ事后科学轨道没有明显的系统偏差 ,其精度优于 10cm。

CHAMP卫星cm级精密定轨

在卫星定位导航数据综合处理软件（PANDA软件）的基础上，解算了2002年年积日126～131d CHAMP卫星的精密轨道，并通过与GFZ精密轨道的比较、GPS观测值的验后残差和SLR观测值检验等3种方式进行了轨道精度的评估。结果显示，本文的轨道精度在径向为4～5cm，切向和法向为6～8cm。

CHAMP卫星的纯几何定轨及动力平滑中的动力模型补偿研究

探讨了利用CHAMP卫星星载GPS数据实现纯几何PPP定轨的方法 ,对该几何轨道的动力平滑过程进行了分析 ,提出了增加非参数项吸收动力模型误差的半参数动力平滑方法。

2003年11月超强磁暴热层大气密度扰动及其与焦耳加热和环电流指数的关系——CHAMP卫星观测

本文利用CHAMP卫星加速度仪测量数据,计算和分析2003年11月20～21日大磁暴期间大气质量密度扰动的全球分布特征;研究暴时变化与极区大尺度对流引起的全球焦耳加热总功率及环电流指数SYM-H之间的关系.结果表明,磁暴期间400km高度上热层大气质量密度大幅度上升,NRLMSISE-00模式预测值与此相比有很大差别;暴时大气密度的增大存在昼/夜半球不对称性:白天强于夜晚,且白天随纬度的分布呈现出比较复杂的图像,在赤道附近和南半球中低纬区(10°N～50°S)大气密度增大较强,并呈双峰分布,两个峰分别位于0°和45°S,另外在极区也出现大气密度扰动的局部极大,而在夜晚,大气密度变化南北半球比较对称,在赤道低纬区大气密度增大较强;互相关分析表明,中低纬区大气密度变化滞后于全球焦耳加热总功率3～7h,滞后于环电流指数(SYM-H)0～3h,与二者存在很强的相关,表明极区焦耳加热和赤道环电流过程对暴时热层大气密度扰动有重要影响.

基于CHAMP短弧长动力学轨道的地球重力场模型

讨论了基于CHAMP卫星动力学轨道数据以及加速度计数据推求地球重力场模型的动力学法,推导了将加速度计观测数据的尺度和偏差以及卫星初始状态向量与地球重力场位系数一起求解的数学模型.采用CHAMP卫星120天的动力学轨道数据和加速度数据解算出50阶次的地球重力场模型TJCHAMP01S,并利用各种方法对该模型进行了检核,结果表明:TJCHAMP01S模型精度优于相同阶次的EGM96和EIGEN-1S模型.

由星载GPS双差相位数据进行CHAMP卫星动力学定轨

为了确定CHAMP卫星的轨道,由星载GPS数据和IGS跟踪站的GPS数据构造星地相位双差观测量,利用EOP、SGO、时间等数据,对GPS数据进行预处理,包括钟差改正、模糊度解算和周跳探测、卫星姿态改正、天线偏差和相位中心改正等,采用CHAMP卫星受力摄动模型,根据动力学原理,对CHAMP卫星进行实际定轨。与德国GFZ定轨结果PSO相比,本方法定轨结果径向精度为0.285 7 m。对于1 d的重叠轨道,径向轨道差异的RMS为0.095 8 m。对于轨道端点比较,径向轨道差异平均为0.066 6 m。

上海天文台CHAMP掩星资料处理结果的统计分析

随着GPS全球定位系统的发展,已经有可能使用GPS掩星技术反演精确的大气温度,压强和湿度剖面．在概要地描述上海天文台(SHAO)开发的GPS掩星数据资料反演地球大气流程模块以后,分析了2002年8月1日至2002年8月17日期间2700多次CHAMP掩星数据资料的结果,并且与欧洲中尺度天气预报分析(ECMWF)资料进行比较和统计分析,讨论了CHAMP掩星数据的质量,并分析了CHAMP掩星数据的观测误差和ECMWF的分析模型误差．提出了一种优化的统计分析方法,它能更客观地反映GPS掩星技术的外部符合．统计分析结果表明GPS掩星数据将有可能成为数值天气预报和长期监测地球气候的非常有价值的数据资料．

基于CHAMP卫星与地面矢量数据联合建立中国地磁模型

首先对地面台站以及CHAMP卫星的矢量磁测数据进行预处理,结合12个子午工程台站最新的磁测数据,并利用第十二代国际地磁参考场模型(IGRF12)对不同数据归算至统一时间点,再结合第四代地磁场综合模型(CM4)计算并移除主磁场、磁层磁场、电离层磁场、感应磁场及较为微弱的环形场,最后通过球冠谐(SCH)模型联合建立了中国地区岩石圈磁场(地磁要素X、Y、Z和总强度F)的球冠谐模型(SCH2000),结合IGRF12得到了中国地磁模型(CGRF2000).建模同时考虑了测点数据海拔高度的影响,并讨论了截断阶数的选取以及边界效应的控制问题.通过比较均方偏差(RMS),认为8阶SCH2000模型可较好地反映中国地区岩石圈磁场,其分布与SCH1936、CM4以及Taylor多项式模型具有一定的相似性.从位置和强度来看,SCH2000模型所反映的岩石圈磁场更为准确,而与CM4存在一定差异,除了测点不同,截断阶数也是原因之一.通过验证,SCH2000模型各要素随高度的变化与CM4模型较为一致,所建立的CGRF2000与IGRF12模型的分布也较为相似.

利用CHAMP科学轨道数据和星载加速度计数据反演地球重力场

基于卫星动力学理论,采用德国地球科学中心GFZ提供的CHAMP精密轨道数据和星载加速度计数据,反演了36阶地球重力场模型CDS01S。用不同模型之间的位系数差比较模型CDS01S、EIGEN3P、EIGEN1S及EGM96,表明CDS01S模型的位系数最接近于EIGEN3P;比较上述几种模型的位系数精度,表明CDS01S模型的位系数精度高于EGM96;用CDS01S和GGM01C的前30阶位系数分别计算全球2°×2°网格的大地水准面起伏,两者之间的标准偏差为4.7 cm。

CHAMP观测资料的振幅反演初步结果

在几何光学和薄相位屏的假设下,给出GPS／LEO无线电掩星反演地球大气技 术中振幅反演的计算方法.从产生接收信号振幅变化的机制出发,提出产生信号振幅变化 的几何衰减和物理衰减两个不同的源.利用CHAMP卫星观测资料的个例,用观测信噪 比序列进行了大气弯曲角、大气折射率、压力、温度剖面的反演;并与相位反演结果进行 比较和讨论.

利用CHAMP卫星星历及加速度计数据推求地球重力场模型

讨论基于CHAMP卫星星历和加速度计数据推求地球重力场模型的数值微分算法。首先利用牛顿内插公式,根据CHAMP卫星星历观测值求解卫星运动加速度。在计算卫星加速度时,建议采用速度数据内插加速度。扣除其他非地球引力摄动加速度后,基于牛顿运动定律建立观测方程。利用GFZ数据中心提供的24天CHAMP星历数据和加速度计数据解算出50×50阶地球重力场模型,并与EGM96模型进行比较,结果表明两者在低阶位系数上有较好的一致性。

基于CHAMP卫星观测数据对热层大气密度的经验正交分析

对2003年(太阳活动较高年)至2007年(太阳活动低年)CHAMP卫星的热层大气密度观测数据进行了经验正交函数(EOF)分析,得到了400 km高度上白天平均大气密度ρ的太阳活动周变化与年度变化等不同变化分量.研究结果表明,ρ受太阳活动影响较大,其太阳周变化分量与F_(10.7)指数变化之间的相关系数可高达94.5%;ρ的太阳周变化分量随纬度增加而减小,且在中高纬地区,南半球的值明显大于北半球的值,在低纬地区则出现基本对称的双峰分布,即赤道质量密度异常(EMA)结构.在ρ的年变化中,呈现出明显的季节变化,即夏季低冬季高;同时ρ的年变化幅度随太阳活动增加而增强,随纬度增加而增强.将本文结果与经验模式NRLMSISEOO在观测条件下的输出数据进行对比,发现两者的太阳周变化与年变化分量基本一致,但本文观测数据的太阳周成分随纬度变化略小,年变化幅度略大,且NRLMSISEOO模式不能再现EMA结构.研究结果对揭示热层气候学变化特征具有重要意义.

亚暴期间电离层场向电流的分布特征--CHAMP卫星观测

场向电流在不同的等离子体区之间传递能量、动量和质量,是磁层与电离层之间的关键耦合过程.本文利用CHAMP卫星高精度的空间磁场测量数据,研究亚暴期间极区电离层场向电流的统计学分布特征.研究表明场向电流的大小与所在位置呈现明显的日夜和晨昏不对称性,具体为:(1)场向电流的大小与亚暴极光电急流指数(AL)密切相连,AL愈大,电流愈强,亚暴期间电流强度相对平静期来说可增加约5倍,昏侧和夜侧电流强度与AL指数的相关性较好,晨侧和白天侧两者相关性较差;(2)电流的峰值密度所在位置与AL指数的相关性不高,昏侧电流所处纬度低于晨侧,而夜晚电流所处纬度低于白天侧.

CHAMP卫星快速科学轨道数据的使用及精度评定

指出了德国GFZ数据中心提供的CHAMP卫星快速科学轨道数据存在的两个问题 ,即 :1)轨道数据文件开始、结束段精度较低 ;2 )轨道数据中存在粗差。针对这些问题 ,给出了CHAMP卫星快速科学轨道数据的拼接及粗差探测方法。利用德国慕尼黑技术大学提供的精密约化动力法轨道对CHAMP卫星快速轨道数据的精度进行了评估。结果表明 :CHAMP卫星快速科学轨道的位置精度在 10～ 2 0cm左右 ,速度精度为 0 .3～ 0 .5mm/s。

由CHAMP星载GPS相位双差数据解算地球引力场模型

利用7 d的CHAMP星载GPS相位观测数据和48个IGS跟踪站的观测数据,构造星地双差相位观测量,进行GPS数据预处理;利用CowellⅡ数值法进行轨道积分和分块Bayes最小二乘参数估计,解算了地球引力场位系数。该模型与EGM96相比(70阶次),大地水准面起伏差异最大为2.872 m,差异精度为0.522m,平均差异为-0.003 m,这说明本文解算的地球重力场模型与EGM96没有系统性差异。