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。

宽频拖曳式地震检波器的面波精细化探测成像

传统的主动源面波仪采用锥形速度型检波器,具有频带窄、纵向分辨率低的缺点。传统装置移动测点需人工手动逐一移动检波器,无法低成本快速采集高密度面波数据,横向分辨率低。文中提出适应于硬化路面的拖曳式地震面波数据采集方法,设计重力耦合加速度检波器,线性、阵列拖曳式检波器串结构,提出高采样以提高面波探测精度的方法,实现高密度、小道距、高采样率、宽频数据采集。分析模型数据和实测数据在不同采样率时的结果表明,高采样能压制噪声干扰增强低频能量,保证足够的探测深度;检波器采集的面波数据,能保证在足够的深度范围内精细地刻画速度层的变化,查明潜在的塌陷位置。将拖曳式地震检波器应用于城市道路塌陷探测,体现高效采集、精细探测的优势。

常用模拟地震检波器接收效果对比

自从地震勘探技术问世以来,地震检波器的接收效果就始终是行业内技术人员持续关注的技术问题。客观、全面、准确评价检波器的接收效果是地震勘探项目设备选型的基础,也是提高地震资料品质的关键。本文主要针对目前行业内常见的一些模拟检波器芯体在同源激励条件下的响应情况进行了幅值、相位和频谱等方面的对比和分析。

对3种典型检波器及其数据的几点看法

动圈式检波器与压电式检波器是当前石油地震勘探中应用最为广泛的两类检波器,典型代表包括动圈式速度检波器、水中压电式压力检波器以及陆上压电式加速度检波器。分析了3种检波器的物理结构、力学模型、等效电路以及传输函数,实际数据证明动圈式检波器拾取的地表振动速度与陆地压电检波器拾取的地表振动加速度在主要频带内是等效的,但后者一致性稍差。水中压电式检波器(简称水检)是压力型检波器,不是加速度型检波器,其与动圈式速度检波器或者MEMS加速度检波器(简称陆检)是组成双检海底电缆(OBC)与海底节点(OBN)施工、采用双检合并技术消除水层鸣震的装备基础。当前双检合并技术的几个假设前提,如地震波场是平面波场,检波器距离海底非常近但二者并不接触,不考虑耦合效应,不考虑检波系统的机电效应等,在实际生产中并不满足。因此,提高双检合并技术的实用性需要对以上假设条件进行更深入的研究并采取相应的工程措施。考虑到检波器的主要功能是“忠实地记录大地振动”,野外经由电路提频的做法不应提倡。此外,对比了容易混淆的两种检波器分类方法并清晰地展示了检波器的分类标准及其对数据的影响。

基于轴承式杠杆机构的光纤光栅高频地震检波器设计

针对目前高频段信号波的研究相对薄弱的问题,设计了一种基于轴承式杠杆机构的光纤光栅高频地震检波器。该检波器以杠杆机构和其中的轴承支点为创新点,使用仿真软件对检波器模型进行了静态结构分析、模态分析和谐波响应分析。仿真结果表明:该地震检波器的仿真灵敏度为64.588 pm/g,仿真固有频率为1638.5 Hz;调整杠杆放大机构动力臂与阻力臂长度比例和摆线铰链的切割半径,得到检波器的仿真固有频率为1204.4 Hz,仿真灵敏度为75.56 pm/g。

基于宽频子波的检波组合目标函数优化方法

传统用于设计检波器组合参数的目标函数常以单频简谐波为研究对象,考察零点位置、压制带等局部信息,不符合地震子波的实际频率构成和空间连续性分布特点。以宽频带子波的组合能量响应为基础,利用干扰波与地震反射信号的主体连续分布在空间不同区域的性质,建立了具有统计意义的4种目标函数,4种函数在噪声压制和有效信号保护层面各有侧重点。通过理论分析、数值模拟和实际数据试算,比较了不同目标函数在噪声压制、反射信号损伤、信号频谱变化及AVO畸变方面的差异,分析认为,优先保护有效信号的目标函数能够降低组合低通滤波效应,尤其对远道的AVO畸变影响较小,更加具有优势。

四川盆地地震采集检波器体耦合埋置技术

1.目的。随着四川盆地油气勘探目标向隐蔽性地质目标转移,对地震资料保真度和分辨率提出更高要求。地震检波器是油气地震勘探关键设备之一,直接关系到地震资料品质的优劣。理想条件下,检波器接收到的信号反映了表土真实的机械振动情况,但实际的地震波接收过程受检波器自身性能及检波器表土耦合问题的制约,会影响接收到的地震波动力学特征信号。因此,笔者基于外界噪声投射原理、检波器与表土耦合响应影响因子分析,提出了四川盆地地震采集检波器“体耦合”埋置技术。

混频信号数字检波方法在阵列侧向测井中的应用

阵列侧向测井已经成为目前电法测井领域研究的热点。准确、快速地提取出混频信号中每个频率点处的信号幅值是最终准确计算地层视电阻率的关键。数字相敏检波(DPSD)与快速傅里叶变换(FFT)是侧向仪器常用的两种数字检波方法。传统基-2 FFT采用雷德算法进行倒位序使得整体运行速度较慢,本文针对此问题进行了优化。测试结果表明:DPSD运算速度为传统基-2 FFT的7倍左右,改进算法的运算速度较原来提高了近1倍;精度方面,当待测信号与标准信号无相位差时,DPSD计算精度略高于FFT,但当相移增大时,DPSD误差显著增加,而FFT的计算误差则不受相位差影响。两种方法在阵列侧向仪器的应用实例表明:与DPSD相比,使用FFT所测得的电阻率曲线一致性更好,并且可测出视电阻率值高达45000Ω·m的高阻地层,仪器测量精度更高,为准确识别油气层提供了更加可靠的资料。

检波器测试仪示值误差的测量不确定度评定

检波器测试仪是测量地震检波器直流电阻、阻尼系数、自然频率、灵敏度、失真度、绝缘电阻六项综合参数的石油物探专用计量仪器。为确保检波器测试仪测得值的准确可靠,本文按照JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》和SY/T 6639-2012《检波器测试仪校准方法》要求,对检波器测试仪自然频率示值误差的测量不确定度进行评定,且评定过程适用于其他五项参数,为研发和使用人员提供了参考。

顺变柱体式光纤微地震检波器研制及实验

为满足油气勘探开发微地震监测的需求,基于非平衡迈克尔逊干涉仪设计了一种新型弹性顺变柱体式光纤加速度微地震检波器,建立了检波器特征参数力学分析理论模型。通过与标准压电式光纤加速度检波器进行室内振动模拟对比测试,该新型光纤检波器的灵敏度> 40 dB、谐振频率>1.2 kHz,实验测试数据与理论模型计算结果具有很好的吻合度,结合水力压裂射孔信号现场探测效果,表明所研制的光纤检波器在探测油气勘探开发弱震级、高频微地震信号方面具备可行性。

利用折射波的海底节点地震三分量检波器重定向方法

在海底节点(Ocean Bottom Nodes,OBN)地震中,因为水下检波器实际姿态的任意性,三分量检波器的重定向成为OBN勘探需解决的首要问题。为此,提出一种根据折射波偏振特性进行OBN三分量检波器重定向的方法。首先,引入三个欧拉角描述坐标系的旋转,给出检波点两侧炮点产生折射波偏振矢量的三种特性,并根据该三种特性建立误差函数以描述检波器姿态与设计姿态的偏差;然后,利用不同欧拉角对原始地震记录进行旋转,每次旋转后求取检波点两侧炮点产生折射波的偏振矢量,并计算相应的误差函数,误差函数最小的欧拉角即为姿态校正角;最后,利用求取的校正角对原始地震记录进行校正,即可实现检波器重新定向,从而将实际采集信号校正到检波器沿设计方位放置时应有的地震记录。模型试验和实际数据处理结果表明,该方法易于实现且计算精度高,可用于未安装罗经姿态传感器的OBN地震数据校正。

EAST离子回旋加热高频检波器设计与校准

高频检波器在EAST离子回旋加热系统(ICRH)功率测量中是必不可少的。为了解决高频检波器在ICRH系统中的应用问题,设计了适用于该系统的高频检波器,并测试了高频检波器的性能。首先,使用NI Multisim 14.0软件对其电路结构进行了仿真分析。然后,利用LABVIEW编写了自动标定程序,以测试高频检波器在实际工作环境下的响应时间、幅值区域线性度和可靠稳定性。试验结果表明,高频检波器可在0~10 V工作环境内运行,并且其线性区域符合系统的宽频要求,确保了数据测量的可靠性与准确性。此外,高频检波器也表现出良好的稳定性,能够满足在高频噪声与强电磁干扰环境下长期使用的需求。试验结果证明高频检波器可成功用于EAST离子回旋加热系统中的数据测量。

W波段十二通道直接检波式辐射计前端设计

文中研制了一种W波段十二通道直接检波式辐射计前端,该辐射计前端将矩形喇叭天线、低噪声放大器、检波器以及积分放大电路集成在一个模块,整个模块体积为66 mm×67 mm×49 mm,具有高集成度和小型化的特点。该辐射计前端在积分放大部分通过调整各支路的放大倍数,使得每个通道最终输出电压相对稳定和一致,输出电压范围为4.11 V~4.36 V。同时,各通道检波器灵敏度在75 GHz~100 GHz范围内最高达1200 mV/mW,辐射计温度灵敏度达0.39 K。该多通道辐射计具有宽带高灵敏度、高集成度、低功耗等特点。

调频多普勒引信EMD数字包络检波算法

针对传统的数字检波算法无法对调频多普勒引信系统中的谐波信号进行检波这一问题,对谐波信号进行特性分析,提出一种基于经验模式分解(EMD)的数字检波算法,通过获取信号的极值点信息并做最小二乘曲线拟合来实现数字检波。传统的数字检波算法适用于受到幅度调制的单频正弦波,而EMD数字包络检波算法对于待检波信号表达式没有严格要求,对调频多普勒引信系统中谐波信号可以正常实现检波功能。

动圈式检波器的频响测试分析

动圈式检波器是石油地震勘探中大量使用的振动传感部件,主要评价参数包括直流电阻、阻尼系数、自然频率、灵敏度及谐波失真度。由于检波器是工作在一定频带范围的传感器件,其动态频率特性对于地震数据采集质量更具现实意义。本文对SG-5和30DX-10两种型号检波器的幅频、相频特性进行了测试,分析了检波器参数性能与地震信号接收效果的内在联系,对于科学认知和评判检波器品质具有一定帮助。

SNT-200检波器测试仪

检波器测试仪是一种用于检波器直流电阻、自然频率、阻尼系数、灵敏度、失真度、极性等关键指标检测的物探专用计量仪器,其性能优劣直接影响地震采集数据的准确性。本文主要介绍了SNT-200这一新型检波器测试仪的设计原理、硬件组成、系统菜单;并通过与国内外多种型号检波器测试仪的技术指标、物理参数及测试性能进行对比,表明SNT-200检波器测试仪是检波器生产制造及野外检波器串参数测试的有效仪器。

气体绝缘组合电器局部放电特高频包络检波装置设计

文章设计了一款用于气体绝缘组合电器局部放电的特高频包络检波装置。分析了气体绝缘组合电器局部放电产生原因,介绍了这种局部放电特高频包络检波装置设计方法,采用该特高频包络检波装置对绝缘缺陷模型局部放电信号进行检测和分析。结果表明该装置可以有效提取输入信号的峰值包络,检测气体绝缘组合电器局部放电信号,避免电气设备运行过程中故障的发生。

地震检波器检测实验教学设计

地震检波器性能测试是地震数据采集前的一项重要而基础性的实验工作。为了进一步完善我校地震勘探原理、工程物探及相关课程的实习实训内容,不断提高地质类专业人才培养的质量,开发了地震检波器检测实验项目,并设计出圆(弧)形观测系统和线性观测系统两种检波器检测实验方案。通过该实验项目的实施,以期使学生熟练掌握地震数据采集方法原理及技术的同时,进一步夯实地质类专业学生的地球物理勘探专业技能和素养。

隧道超前地质预报检波器耦合介质理论及试验研究

隧道超前地质预报是隧道施工中的重要部分,其准确性影响着隧道施工安全。为提高隧道超前地质预报的准确性,对隧道超前地质探测中检波器耦合介质开展针对性研究具有重要意义。本文通过对隧道检波器耦合结构开展理论建模,探讨了耦合介质在检波器与围岩耦合过程中发挥的作用。在此基础上,选用工业黄油、石蜡、石膏、环氧树脂以及黏质土5种耦合介质进行了现场耦合试验。最后,根据理论建模结果采用数值模拟手段对不同耦合介质的耦合过程进行了分析,并就介质厚度对耦合效果的影响进行了探讨。结果表明:材料的耦合效果与其固化强度呈正相关关系,基于理论公式的数值模拟结果很好地验证了试验结论;耦合介质厚度影响耦合效果的主要因素在于厚度过大会引起地震波损耗,厚度过小会产生较大的谐振现象。研究成果可服务于工程实际应用,进一步提高隧道超前地质预报的准确性。

Ka频段高灵敏度检波器研制

介绍了一种高电压灵敏度、低切线灵敏度检波器的设计方法。在建立检波二极管简化物理模型的基础上,进行了检波二极管Ka频段阻抗参数的提取,再根据提取的阻抗参数,通过仿真优化了射频匹配网络,使得检波器能够较好地工作在23~34 GHz。实测表明,在1.2 kHz视频带宽下,当输入功率为-30 dBm时,23~34 GHz范围内电压灵敏度高于6000 mV/mW,切线灵敏度优于-56 dBm,对应等效噪声功率(Noise Equivalent Power,NEP)估算为11.5~36 pW/Hz 1/2。对比实测与仿真结果较为一致,证明了阻抗参数提取的有效性。