井中永置式套管外三分量光纤MEMS地震检波器研究

针对非常规油气井套管外永置式微振动监测,研制了一种基于光纤法布里帕罗(F-P)干涉原理和微机电(MEMS)技术的三分量光纤MEMS地震检波器,将微地震信号转化为F-P腔长的变化,通过超快光谱探测技术和动态白光干涉解调技术实现高速解调。设计并理论仿真了μm/g量级的高灵敏度MEMS加速度芯片,突破大深度双面套刻工艺完成芯片样品制造。采用高集成度小型化结构设计、无胶封装工艺设计和陶瓷微加工工艺实现25 mm微型外径,满足套管外永置式安装要求,提高了高温检测精度。在实验室完成了检波器与标准电学加速度计的性能对比测试,结果表明:检波器可耐受175 MPa高压和180℃高温,灵敏度分别为1.2382,1.2590,1.0862μm/g,工作频带为0~350 Hz,量程为±5 g,线性度误差<0.01%,抗横向串扰能力<5%。研制的检波器耐高温高压、尺寸小巧、灵敏度高、线性度良好,在非常规油气井储层压裂改造和采油气生产过程中,永置式套管外的三分量光纤MEMS地震检波器可以发挥重要的监测作用。

三分量光纤布喇格光栅地震检波器

为了实现地震波的三维采集,设计了一种三分量光纤布喇格光栅(FBG)地震检波器,理论推导了该检波器的固有频率和灵敏度,先后使用Matlab软件、COMSOL软件对检波器进行结构参数优化和模态分析,测试了检波器的幅频响应、横向抗干扰性能和灵敏度响应。实验结果表明:检波器的平坦区为0.6~50 Hz;一阶、二阶和三阶的固有频率分别为56 Hz、59 Hz和63 Hz,x、y和z方向上灵敏度分别为218.22 pm/g、284.76 pm/g和249.67 pm/g;每个方向上的横向抗干扰度均小于5%,可实现低频信号的三分量检测。

干涉型光纤水听器三路输出解调方案研究

M-Z干涉型光纤水听器三路输出解调方案中用隔直器去除信号中平均光强的方法似乎更简便,然而结果却与原方法有较大出入.为此对此过程进行了深入的理论分析,并对分析的结论进行了仿真验证,结果表明用隔直器去除平均光强的方法存在原理上的缺陷,应根据实际情况慎重选用.

光纤干涉式海底地震海啸监测系统的研制与布放

研制了基于光纤干涉技术的海底地震海啸监测系统,并布放在海南省万宁市的国家海洋局乌场海洋环境监测站附近海域。研制的三分量光纤干涉地震计谐振频率大约250 Hz,灵敏度达到57 dB(0 dB代表1 rad/g),工作频率范围0.005~50 Hz,最小可探测振动加速度43.4 ng/√Hz;光纤干涉水位计测量精度达到±1 cm,测量范围0~110 m。系统自2017年10月完成布放,已经连续工作超过4年,并在长期运行过程中记录地震和实时水位数据。从2018年1月到2021年12月,在系统运行期间,东北亚地区发生里氏6.0级以上地震共计60余次,其中39次被系统成功监测,例如,给出了印度尼西亚苏拉威西附近海域发生的里氏6.8级以上地震的详细测量结果。文中报告了与这项工作相关的规划、设计、制造、实验室测试、海上安装、观测、数据采集和分析。介绍了系统布放过程,描述了地震计和水位计的工作原理,给出并分析了典型的地震记录和同期的水位监测记录。

基于TMS320VC5410的三分量全光纤加速度检波器数字信号处理系统

介绍了用于地震勘探工作中的三分量全光纤加速度检波器数字信号处理系统。该系统以高性能的TMS320VC5410为核心,辅以必要的外围电路,实现了对加速度信号的高精度检测。测试结果表明,检波器数字信号处理系统在共振频率以上有较好的频率响应,输入信号与输出信号吻合较好。

空心顺变柱体型三分量全光纤加速度地震检波器

设计了介绍一种新型空心顺变柱体型三分量全光纤加速度地震检波器。该检波器作为加速度检测设备,采用3个迈克尔逊光纤干涉仪光路,用6个空心顺变柱体共同支撑1个质量块构成三维简谐振子系统。对实验样机进行的模拟实验测试表明:共振频率为308Hz,工作频带向低频移动,频响特性曲线与理论计算相符。加速度灵敏度的理论计算值为15.7×103rad/g,能满足大多数场合下对加速度精确测量的要求。

新疆油田井下光纤压裂裂缝监测技术试验成功

井下微地震压裂裂缝监测技术对改进致密储层压裂设计、提高压裂效果具有重要作用。传统的井下微地震监测技术主要依赖进口的电子式监测仪器，存在价格昂贵、不耐高温等局限。而光纤监测技术具有灵敏度高、动态范围宽、耐高温等优点。为此，新疆油田与清华大学合作开展了井下光纤压裂裂缝监测技术攻关研究，研制出多芯纤高温光电复合缆和光纤三分量检波器、推靠装置等关键仪器和装置，形成了井下微地震压裂裂缝监测技术。

三分量光纤激光检波器阵列及其实验研究

采用波分/空分混合复用的方案,构建了基于分布反馈光纤激光器(DFBFL)的两级三分量地震检波器阵列,通过相干探测技术实现高分辨率的波长解调,并对检波器进行了测试。结果表明,阵列中传感器的本底噪声小于70ng/√Hz,对微弱振动信号的探测能力优于传统动圈检波器,三分量检波器的交叉灵敏度小于-20dB,通道间串扰小于-80dB,为多维多分量地震勘探提供了一种新的技术途径。