北极海冰融池垂向温度剖面观测系统研发与应用

【目的】北极海冰融池演化包括水平方向的形态变化与垂直方向的结构演化,目前缺乏海冰融池内部垂向结构的观测设备,针对北极海冰融池观测存在的问题,设计了北极海冰融池垂向温度剖面自动观测系统。【方法】该系统由观测模块、供电模块、数采模块、数传模块以及辅助模块组成,可量化海冰、积雪、融池内部的热传导通量,估算融池内部融水的热库效应,还可以反演融池深度与海冰厚度的连续变化,量化融池水分配情况,与融池表面形态演化观测结果互相补充。【结果】系统实现大气、积雪、海冰、融池以及海洋连续自动观测,为海冰融池模式结果验证提供现场数据,提升我国对北极海冰快速变化的观测能力,具有重要的工程应用价值。

海上注水井温度剖面预测模型研究

由于目前对海上注水井温度剖面影响规律认识不足,使基于分布式光纤温度监测(DTS)定量诊断海上注水井吸水剖面仍十分困难。本文建立了考虑微量热效应和储层非等温渗流的海上注水井温度剖面预测模型,模拟分析了注水量变化对注水井温度剖面的影响规律,并通过正交试验分析评价出不同因素对注水井温度剖面的影响程度,依次为:注水温度>注水时间>注水速度>井筒直径>地层导热系数>井眼轨迹>注入层渗透率(T_(inj)>t>Q_(inj)>D>K_(t)>θ>k),明确了影响注水井温度剖面的主控因素为注水温度、注水时间和注水速度。本文研究成果为海上注水井吸水剖面定量解释及注水优化奠定了模型基础。

致密油水平井温度剖面影响规律研究

由于目前缺乏可靠的致密油水平井温度剖面预测模型、对致密油水平井温度剖面影响规律认识不清,导致基于分布式光纤的致密油水平井产出剖面定量评价仍是一项技术难题。鉴于此,创建了考虑多种微热效应的致密油水平井温度剖面预测模型,探究了井筒温度剖面受不同单因素变化的影响,通过正交试验,确定不同因素的敏感性由强到弱依次为:产量、裂缝半长、储层渗透率、井筒直径、水平倾角、裂缝导流能力、储层总导热系数(Q>x_(f)>K>D>θ>F_(CD)>K_(t)),明确了影响致密油水平井温度剖面的主控因素为裂缝半长和储层渗透率。研究成果为定量分析致密油水平井井筒流动剖面、人工裂缝等参数提供了可用温度模型和理论支撑。

气藏直定井温度剖面影响规律分析

由于对气藏直定井温度剖面影响规律认识不清,导致基于分布式光纤温度监测(distributed temperature sensing,DTS)定量评价气藏直定井产出剖面仍十分困难。鉴于此,通过建立考虑多种微量热效应和非等温渗流的多产层气藏直定井温度剖面预测模型,模拟分析了多个单因素对多产层气藏直定井温度剖面的影响规律,通过正交试验分析,评价出了各单因素对多产层气藏直定井温度剖面的影响程度依次为:渗透率>产量>含水饱和度>井筒倾斜角>天然气相对密度>储层导热系数>井筒半径,确定了影响多产层气藏直定井温度剖面的主导因素为渗透率、产量和含水饱和度。建立的温度剖面预测模型及温度剖面主控因素的确定,为实现基于DTS定量解释气藏直定井产出剖面奠定了理论基础。

多产层油藏直定井温度剖面影响规律

由于缺乏可靠的温度剖面预测模型导致多产层油藏直定井温度剖面影响规律认识不清,使得基于分布式光纤温度监测(distributed temperature sensing,DTS)定量解释多产层油藏直定井产出剖面仍十分困难。鉴于此,通过建立考虑多种微量热效应和非等温渗流的多产层油藏直定井温度剖面预测模型,模拟分析了不同单因素变化对多产层油藏直定井温度剖面的影响规律,并通过正交试验分析评价了油藏直定井温度剖面对各影响因素的敏感性程度,依次为:单井产量>渗透率>含水饱和度>井筒直径>原油密度>井筒倾斜角>储层导热系数,确定了影响油藏直定井温度剖面的主导因素为单井产量、渗透率和含水饱和度。研究结果为实现基于DTS数据定量解释多产层油藏直定井产出剖面、储层特征参数等奠定了理论基础。

定深温度约束下的南海海域温度剖面反演

为快速获取大范围、准实时的海洋内部结构,海面遥感数据被广泛应用于构建温度剖面垂直结构,但卫星遥感仅能获得较为准确的海洋表面或者近表层数据。为了提高全海深温度剖面的反演精度,本文以水下固定深度处温度为约束,通过径向基函数神经网络生成海表面温度和海平面高度异常等海表遥感数据与温度剖面之间的非线性映射,并对约束深度选取的理论依据进行讨论。南海海域温度剖面的反演结果表明,第1阶经验正交函数系数可以表征温跃层的垂直位移,而第1阶经验正交函数基函数极值点对应深度处的温度与第1阶经验正交函数系数之间具有强相关性。当增加该深度处温度为约束时,温跃层的反演精度比仅使用海面遥感数据约提高0.35℃,反演温度剖面的平均均方根误差约为0.33℃。

海表浅层水体温度剖面测量设备研发与实现

海表水体温度是海洋的一个重要特征,为了得到海表浅层水体即海面以下0~10 m深度范围内水体的垂直温度剖面,本文设计了一种基于红外测温原理的接触式测量方式的海表浅层水体温度剖面测量设备。该设备使用红外热像仪测量与水体接触的导温片的温度来间接得到海水温度,并通过排布较为密集的导温片得到垂直分辨率较小的水体温度剖面,最小测温点间距可达2 cm。设备内部使用了校正黑体进行实时校正,得到较为精确的导温片温度。设备在实验室进行了黑体定标实验及实验室水槽模拟实验,测温精度可达±0.1℃。实验结果表明,该设备测量水体温度具有较好精度,且容易部署,可得到测量范围内海水垂直分辨率较小的温度剖面。该设备在一定程度上可以提高海水温度剖面垂直分辨率,可以为卫星观测海温的误差修正提供实地测量参考。

基于DTS的注水井吸水剖面解释方法

针对注水井分层注水量诊断技术难题,提出基于分布式光纤温度传感(Distributed Temperature Sensing,DTS)的注水井吸水剖面解释方法。建立考虑微量热效应的注水井温度剖面预测模型,模拟分析注水量、注水时间、储层导热系数等7个因素对温度剖面的影响规律。通过正交试验模拟分析,确定不同因素对注水井温度剖面的影响程度从强到弱分别为注入水温度、注水时间、注水量、井筒半径、储层导热系数、井筒倾斜角度、注水层渗透率,明确影响注水井温度剖面的主控因素为注入水温度、注水时间和注入量。采用模拟退火(Simulated Annealing,SA)算法建立注水井DTS数据反演模型,对一口注水井现场实测DTS数据进行反演,获得较为准确的吸水剖面,单层最大吸水量误差百分比14.25%,平均误差11.09%,验证该反演方法的可靠性。通过DTS数据反演可以实现注水井吸水剖面定量解释,为注水效果评价提供直接依据。

船载拖曳式光纤温度剖面测量系统研究

针对海洋温度剖面高时空分辨率、实时连续测量的要求,提出了船载拖曳与全光纤温度链相结合的新型测量系统。通过对光纤光栅的特殊封装和标定测试,FBG温度传感器的灵敏度和响应时间分别达到28.5 pm/℃和214.8 ms,满足浅表层海域的测试要求。设计并制备200 m长的温度拖曳阵,配合甲板单元的解调设备和绞车系统,于黄海部分海域完成水深70 m的拖曳试验。分析温度剖面测试结果,温度传感器与SBE56(标准传感器,美国海鸟生产)具有高度一致性,同时测量精度优于0.1℃,具有较高的实用价值。

HALT试验高效率温度剖面图的建立

HALT是一项崭新的可靠性试验技术,具体实施还缺乏系统的理论指导。以在电子设备可靠性中起重要作用的焊点为研究对象,采用非线性有限元方法,分析了有引脚PQFP和无引脚EBGA两类典型器件的焊点在热循环载荷作用下的应力应变特点,研究了热循环试验温度剖面参数包括高低温端点温度、高低温保持时间、温变速率对这两种典型焊点的弹性应变范围、塑性应变累积、疲劳寿命和试验效率的影响,归纳了电子设备HALT可靠性试验优化温度剖面图的建立方法。

海洋垂直温度剖面实时监测系统

本文介绍海洋垂直温度剖面实时监测系统的用途、电原理框图、工作原理，并给出温度检定数据和在海上实际使用的结果。这种仪器具有测温精度高、结构简单、使用方便的优点。

普通克里金法在海水温度剖面插值中的应用

海水温度剖面在水声学领域扮演着重要的角色,而目前大面积实时温度剖面测量能力尚存不足,因此对于海水温度剖面的网格插值研究就有一定的意义。基于普通克里金法对某海域获得的剖面样本进行插值,通过逐点逐面的拟合最终得到该海域三维温度场。通过拟合温度剖面和部分样本剖面的对比,证实普通克里金法对于海水温度剖面拟合具有很好的效果,具有应用的可行性。

机载抛弃式温度剖面仪系统设计

抛弃式温度剖面测量系统(Expendable Bathy Thermograph,XBT)是一种可在测量船航行状态下进行海洋温度剖面测量的测量仪器,它具有实时、快速和低成本的特点,广泛地应用于大洋科学考察和海洋物理特性研究。基于时分多址原理设计了机载抛弃式温度剖面测量系统(Airborne Expendable Bathy Thermograph,AXBT),该系统允许8个AXBT浮标同时工作,可以大幅度提高测量效率。给出了AXBT机载单元和AXBT浮标的硬件设计,并根据AXBT浮标温度测量的特点给出了通信时隙分配方案和数据冗余编码方案。最后给出了AXBT系统湖上试验结果,试验结果表明AXBT系统工作稳定可靠。

温度循环应力剖面对QFP焊点热疲劳寿命的影响

采用统一型粘塑性Anand本构方程描述了QFP(四方扁平封装)焊点的粘塑性力学行为,利用有限元分析软件建立组装在印制电路板上QFP的有限元模型,通过研究焊点内部总应变范围的变化进而研究温度循环应力剖面各个参数对焊点热疲劳寿命的影响,为设计合理的温度循环应力剖面提供了理论依据。

焊点热应力应变分析与HALT热循环温度剖面图优化

以统一型粘塑性Anand本构方程为基础,采用非线性有限元方法研究了热循环试验过程中高低温端点温度、温度升降速率、高低温保持时间对Sn63Pb37焊点应力分布和塑性应变的影响,并结合基于塑性应变的疲劳寿命预测Coffin-Masson公式,分析了热循环试验效率与这些参数之间的关系,为建立优化的HALT(Highlyacceleratedlifetest)和其它可靠性热循环试验温度剖面图提供有价值的参考。

海洋表层温度剖面数值模拟

遥感测量海水表面温度(SST)需用海表面以下实测温度资料加以校正,由于长时间大范围进行海洋表层海水垂向温度剖面野外观测非常困难,建立经有限资料验证的数值模型十分重要。文章基于美国加利福尼亚湾3组船载光学实验的气象及海温资料,考虑太阳热辐射作用与海表面冷温层效应,建立了一个海表下20m深度范围内水温剖面演变的数值模型。通过冷温层计算合理加密了表层网格,使数值模型更准确地估计海表散热作用。计算结果与野外实测海温资料对比显示,海表剖面测试仪(SkinDeEP)未能准确定位和捕捉海表冷温层,实验方法有待改进。整合模型能准确描述海温剖面的演变趋势,在近海表20cm深度内,特别是与遥感SST相关的近海表1cm深度内,模拟结果优于无本皮肤层模型的计算结果。

海洋温度剖面最优插值及其效果分析

声纳探测距离受海洋声速梯度影响很大,而温度是影响声速梯度的重要因素。为了更真实地反映海洋环境,尤其是声场分布,对海温进行同化研究就显得十分必要。文章提出了一种评估同化算法效果的方法,并分别用最优插值、反距离加权、Kriging插值3种算法对垂直温度剖面进行同化处理。仿真结果表明,最优插值算法的同化结果更接近真实数据,对温度剖面的最优插值有助于预测声纳探测距离。

水平井温度剖面测试找水技术研究与应用——以河南油田稠油热采区块为例

针对稠油热采水平井“水平段长、隔夹层薄”找水困难的问题,根据水平井找水技术原理及工艺组成特点,研制了一种水平井温度剖面测试仪,该技术作为一种动态温度剖面测试找水方法,能实时监测、记录油井抽汲排液生产过程中的温度异常,根据监测数据分析判断出水位置。矿场应用表明,该技术实现了准确找水,对指导稠油热采井的科学开发具有重要作用。

气藏压裂水平井温度剖面物理模拟实验

针对气藏压裂水平井各级裂缝参数差异较大所导致的温度剖面无规律、产出剖面解释困难等问题,设计了一套基于分布式光纤传感(distributed temperature sensing,DTS)技术的水平井物理模拟实验装置,开展了温度剖面物理模拟实验研究,探究了裂缝导流能力对温度剖面的影响规律。实验结果表明:随着裂缝导流能力的增大,产量增大,温度剖面整体下降,裂缝位置处的温降与对应裂缝的导流能力基本呈正相关;气藏储层渗透率增大时,温度剖面整体下降。据此还提出了一种基于DTS温度剖面实验数据实现快速定位、识别高产裂缝的方法。为实现基于DTS的气藏压裂水平井裂缝诊断及产出剖面解释提供实验依据。

基于遥感数据的温度剖面预报研究

为了提高温度剖面的预报精度,提出了一种基于遥感数据的温度剖面预报方法。文中使用27个实测温度剖面和遥感SST、SSHA数据实现了对温度剖面的预报,并用该点的ARGO数据进行了检验。实验结果表明,将遥感数据同化到温度剖面的预报中是可行的,并能有效的提高温度剖面的预报精度。