基于科教融合的地震波数值模拟综合实验设计

将地震数值模拟科学研究转化为地球物理学综合实验,对比研究低速层和水层地质模型情况下地震响应特征的差异。通过“引导—启发—设计—指导”逐层递进式实验教学方法,引导学生大胆提出科学问题,鼓励学生自主设计模型加以对比,并得出结论。教学实践表明,在验证性实验的基础上,开设“科教融合”综合实验,有助于培养学生的科学创新思维,有利于提高学生的自主学习能力和分析解决问题能力,为后续开展毕业设计和科研工作奠定良好基础。

非对称声源多极子随钻声波测井实验室测量研究

现有的随钻声波测井通常采用三种测量方式:单极子、偶极子及四极子测量模式.分别采用单极子源、偶极子源和四极子源激发单极子、偶极子和四极子信号对地层速度信息进行测量.由于随钻测井环境比较复杂,钻杆在井孔中占据大部分空间,钻杆速度高于地层速度,导致接收到的信号中仪器波能量占主导,无法有效地提取地层的纵横波速度信息.本文探讨一种采用非对称偏心的点声源,一次激发,利用方位分布的四个接收器接收,经过合成后同时分别得到单极子、偶极子和四极子模式波信号的测量方法,为建立同时利用多极模式波信号测量地层纵横波速度的随钻声波测井实用技术提供基础.本文利用1∶12的缩比模型在实验室对该方法进行了考察,实验结果证明,可以通过非对称点声源得到有效的地层单极子、偶极子和四极子模式波信号.通过分析和对比实测数据和理论模拟的频散曲线,本文进一步提出利用三种模式波的频散曲线联合反演确定地层横波速度的方法.

方位远探测声波测井仪数据采集控制软件设计

方位远探测声波测井技术在近年来得到了快速发展。数据采集控制软件是测井仪器系统的重要功能模块,其主要功能是完成地面采集控制平台与井下仪器的实时命令控制与数据传输。方位远探测声波测井仪数据采集控制软件模块以仪器库的形式挂接到成像测井系统,软件主要由仪器初始化、数据采集、数据分析及处理、仪器参数设置、下发命令封装、文件操作、实时波形绘图显示、实时波形处理、数据回放、帮助系统等部分组成。在程序设计中采用了多线程编程技术,提高与测井主控平台进行交互的时效性以及程序的响应速度。实验室及现场测试表明,方位远探测声波测井仪数据采集控制软件的总体及各个功能模块运行稳定,能够完成现场应用过程中对仪器的控制、数据读取、数据分析及处理、文件记录以及与现场测井采集控制平台的数据接口等需求,为仪器的进一步功能优化升级和现场应用提供了基础。

基于声波垂直入射于井壁的随钻远探测方法及初步数值模拟

目前随钻声波远探测测井技术受到大振幅井孔模式波的干扰、声源斜入射于井壁的影响,导致回波传播路径长,来自井旁异常体的回波信号的信噪比往往很低。针对上述不足,提出了一种由相控线阵声波辐射器及其邻近的柱面阵声波接收器组成的随钻声波远探测测井方案。井下相控线阵声波辐射器辐射的声波近乎垂直入射于井壁,能够在地层中产生尽可能多的纵波。声波接收器离发射器很近,可以接收沿较小的声学路径传播的井旁异常体回波信号,从而提高回波信号的信噪比。此外,应用柱面阵声波接收器可以获得准确的方位测量结果。采用三维有限差分方法对新方法进行初步数值模拟,结果表明井内声源在井旁地层中产生纵波和横波,其中纵波主要沿垂直于井轴的方向传播,横波主要沿井眼上下侧向传播,这说明纵波更有利于探测距离井轴较远的井旁异常体;来自井旁地层界面的PP回波的到时与方位呈现出近似的正弦关系,不同方位接收的波形极性相同、幅度不同,具有相似性;最靠近地层界面所在方位的接收单元接收的PP回波到时最早,振幅最强;随着地层界面越来越远,PP回波到时越来越晚,振幅越来越小。将新方法与现有方法进行对比,结果表明该方法能够同时压制井孔模式波和增强井外地层中的纵波能量,从而有效增强随钻声波远探测测井回波信号的信噪比。该研究为随钻远探测装置设计和后续的实验研究提供了理论依据。

基于HGML的地球灾害事件可视化表达平台快速加载技术研究

针对目前地球上各种灾害事件可视化表达存在的问题,提出一种基于HGML(超地理标记语言)的地球灾害事件可视化表达的方式,并进行可视化表达平台的快速加载技术研究。首先分析HGML以及World Wind,通过HGML进行数据组织、整合和管理;其次,在World Wind基础上构建可视化表达平台,分析客户端和服务器端的瓦片请求调度策略,研究瓦片快速加载技术;最后,通过性能测试和结果分析,验证其正确性和有效性。

声电测井探测器主要干扰成因分析

声波类测井仪器通常有数千伏的激励高压,高压脉冲形成的电磁干扰可影响测井仪器的功能部件和正常测量,降低信噪比。由于声电测井探测器采集的声电转换波信号极其微弱,易受电磁干扰,这就决定了声电测井探测器对电磁兼容性有更高的要求。结合探测器的结构和电磁兼容三要素研究了声电测井探测器的电磁干扰特性。分析了作为敏感源的电极测量回路特征,通过干扰测试明确了高压脉冲源是主要干扰源,并分析了电磁干扰耦合路径的形成机理。以定性的电耦合模型、定量的高斯电场定律和电耦合实验研究相结合的方式对探测器的电磁干扰特性进行系统分析与验证,还原探测器的主要干扰特征,揭示高压脉冲的电耦合是探测器的主要干扰成因,并提出减小耦合干扰的方法。测试结果表明,该方法能够有效改善声电测井仪器的电磁兼容特性,提高对声电转换波弱信号的探测能力。

不同偏振方向的偶极子声源在HTI地层井孔中激发声场的实验研究

本文首先制作了TI地层模型井,对模型井的速度、密度等物理参数进行了测量,通过快速模拟退火算法得到了该介质的五个TI刚性系数,然后采用缩尺的偶极子探头在HTI地层井孔内进行超声测量实验模拟了实际的偶极子声波测井,并结合数值模拟的结果,研究了不同偏振方向的声源在HTI地层井孔中进行偶极子声波测井的响应特征.模拟结果表明,弯曲波的幅度和速度随声源的偏振方向不同而不同.正交分量的波形幅度在声源偏振方向平行或垂直于快横波面方位时最小,在与快横波面方位呈一定夹角时较大;同向分量波形幅度随声源的偏振方向的变化规律同正交分量相反.弯曲波速度在声源的偏振方向与快横波面方位的夹角小于30°或者大于60°时,分别接近于快弯曲波和慢弯曲波的速度,对于夹角的变化不敏感;当夹角在30°和60°之间时,弯曲波的速度对该夹角变化非常敏感,由接近快弯曲波速度快速变化到接近慢弯曲波速度.

多极子阵列声波测井技术在煤层气储层评价中的应用

介绍多极子阵列声波测井仪器(MPAL)的声系结构和测量数据。MPAL仪器提供了丰富的煤层气地层声学参数。通过处理MPAL在煤层气储层的声波测量数据得到了滑行纵波、偶极横波和斯通利波的速度,衰减以及横波速度各向异性,地层渗透率等信息。在分析上述信息与煤层气储层特性关系的基础上,研究了煤层气储层的多极子阵列声波测井评价的步骤和方法。MPAL测得的纵、横波速度及衰减能够用于煤层识别和煤层厚度计算;从斯通利波数据中提取的渗透率信息可以评价煤层气储层的渗透性能;结合地层密度数据可得到地层弹性信息,能够为钻井、水力压裂等工程提供重要的参考数据。

利用地球物理测井资料识别我国的煤阶类型

以中石油廊坊分院煤层气岩石物理实验室的煤阶类型分类标准为前提,分析了我国现有煤阶类型的识别方法,并阐述了实验测量法、统计法(岩芯刻度测井)和测井资料交会图法的适用条件。从实际应用上认为,测井资料交会图法从机理上考虑了煤化作用演化过程中H/C、O/C含量、水分和煤大分子结构芳香性程度的变化对地球物理测井的影响,综合我国鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、松辽盆地和沁水盆地4个盆地6个井区的煤层气井的测井资料,在井眼条件较好,煤层较厚的情况下建立了相应的煤阶类型识别图版。通过对沁水盆地中部和恩洪盆地两个井区的实际资料处理发现,这套煤阶类型的识别图版与实验室分析的结果符合率在95%以上,证实了该套方法建立的煤阶类型识别图版应用在这些地区的准确性和可行性。

电缆地层测试技术的发展及其在地层和油藏评价中的角色演变

分析了电缆地层测试技术的现状和发展,探讨其在国内外的应用前景和我国电缆地层测试技术的发展目标。电缆地层测试器(WFT)可以完成地层流体取样、储层压力以及地层压力梯度测试、确定储层油水界面以及进行储层渗透率解释和产能评价,能够将测井评价提升到油藏评价。井底流体分析仪器(DAF)可以实时测量井下流体详细的组分、pH值、温度压力和密度黏度等;人工神经网络(ANN)、NMR测井和实验室PVT测量同井底流体分析(DAF)技术结合可以得到更准确更详细的地下流体的信息;双封隔器的改进可以使得2个流体进入口同时监测流体污染情况,以便快速取得较纯净地层流体;管线过滤器可以有效阻止细小颗粒进入仪器管线,避免了探针阻塞和仪器毁坏;探针形状的改进增加了测试区域,提高了测试的成功率。新的测试方法及其应用可以在一些当前认为比较复杂的储层如碳酸盐储层、裂缝性储层和薄互层等进行测试。新的方法和技术节省了时间和成本,其测量精度也明显提高。

基于主成分分析技术计算蚀变地层孔隙度的新方法

根据岩石薄片和测井响应特征发现准噶尔盆地X1、X2等井区夏子街组存在热液成因的蚀变地层。提出基于主成分分析技术提取岩石骨架参数计算地层孔隙度的新方法。通过薄片分析资料,基本掌握热液蚀变地层矿物学总体特征,将白云岩、石灰岩、砂岩、典型泥岩段和连续热液蚀变地层的等效弹性模量、中子-密度视石灰岩孔隙度差异值和骨架中子值经主成分分析技术可有效提取岩石骨架参数。在此基础上,应用补偿岩性和流体的孔隙度计算方程能提高计算精度,避免了区分岩性后再分别建立孔隙度模型的繁琐步骤。

泥岩墙成像的关键处理技术

泥岩墙是一种特殊岩性构造,具有纵向构造幅度小、条带分布窄等特点,是块状岩性储层的典型代表。为了准确刻画泥岩墙横向边界和纵向厚度,要求地震资料具有较高的纵、横向分辨率和保真度。一般岩性处理方法的关键在于保幅保真,但往往造成分辨率较低;而高分辨率地震处理方法在提高分辨率的同时,又损失了振幅保真性。本文在分析地震资料处理中影响振幅保真性和分辨率的主要处理技术基础上,从地表一致性振幅处理、CRP道集调谐反褶积和弯曲射线叠前时间偏移等关键技术入手,通过地球物理模型分析不同技术对岩性处理结果的影响,并结合实际地震资料处理,探索出适用于泥岩墙等薄互层成像的岩性处理技术。

动电效应测井探测器电子系统设计

介绍了动电效应测井探测器电子系统的设计。该电子系统由主控电路、声激励电路、电激励电路和电、声信号处理及采集电路组成,各功能电路通过自定义高速仪器控制总线互联,形成分布式架构。该电子系统广泛使用CPLD/FPGA实现总线协议和子系统控制功能,并在电、声信号处理及采集电路中运行NIOS系统,完成本地数据采集控制和数据处理的功能。主控电路运行μC/OS-II嵌入式操作系统,实现系统实时控制。整个电子系统经过实验室高温测试和水池实验及现场测井实验,得到了良好的测试数据,系统运行稳定可靠。

声波测井压电振子温度性能一致性实验研究

新一代声波测井技术采用了相控圆弧阵作为声波辐射器,构成圆弧阵的压电振子的耐高温性能一致性是一项重要的技术指标。以相控圆弧阵所使用的阵元为例实验研究了压电振子的耐高温性能以及阻抗特性一致性随温度的变化。测试结果表明,压电振子的谐振频率和静态电容随着温度的升高而增大,而最大电导和脉冲响应幅度随着温度的升高而降低;压电振子的阻抗特性一致性随着温度的升高相对下降,150℃下相对变化量可控制在4%以内。将压电振子从高温环境冷却至常温27℃后,压电振子的阻抗特性具有可恢复性。经测试的压电振子的耐温指标能够达到150℃左右,且高温下阻抗特性一致性较好,能够满足井下高温环境的应用要求。

基于数字地球平台的三维虚拟数字校园建设

以虚拟成都理工大学为例,论述了一种高效、低成本的网络虚拟校园建设方法,即利用数字地球平台的基础地理框架和遥感底图,使用建模工具进行三维建筑群模型建立,经过投影和坐标变换处理,实现网络虚拟校园的建设与实施。实验证明,数字地球平台凭借其在丰富资源、网络传输、三维显示等方面的优势,是包括虚拟校园在内的数字工程建设的有效工具。

使用KML实现多细节层次技术

介绍了KML的功能和LOD技术原理及其优势,论述使用KML实现多细节层次(level of detail,LOD)技术,避免了复杂算法的实现,提高了数据在Google Earth中的加载速度。同时把LOD技术应用到数字九寨沟演示系统中。

一种光纤传感式油气探测地震检波器探头

高灵敏度波动和振动传感器是目前油气探测急需的关键技术之一.本文设计了一种光纤Bragg光栅(FBG)型波动和振动传感探头,分析了其工作参数和传感优势,给出了这种新型地震检波器探头结构的有限元分析结果和实验室振动测试结果.结果表明,这种检波器探头有较好的频率响应,测试性能稳定,此结构具有很高的灵敏度放大作用.

超宽带探地雷达探测性能研究

研究了超宽带探地雷达的探测性能问题。在介质品质因子为常数的假设条件下,定义了超宽带信号的平均损耗,对超宽带探地雷达的探测深度和分辨率进行了定量研究,分别指出了其与百分带宽的关系,分析比较了具有相同带宽、不同百分带宽信号的探测深度。研究结果表明,超宽带探地雷达在探测深度及分辨率方面具有一定的优势,其应用将会越来越广泛。

方位远探测声波测井仪电子系统设计

为解决现有声波测井仪探测深度浅、方位分辨率有限的问题,研制了方位远探测声波测井仪,该仪器的关键技术之一是有源发射声系和有源接收声系的结构设计,配套的电子系统是实现这种声系结构的关键部件。采用阵列化传感器与多通道电子系统一体化的设计技术,设计了由主控电路、多节点接收采集电路、相控激励电路构成的仪器电子系统。基于主节点和多个子节点的模式实现仪器电子系统互联,将主控电路设计为主节点,其他电路设计为多个数字化功能子节点,通过专用的仪器模块互联总线实现仪器内部各节点互联。现场实验测量得到的波形信噪比高,波形特征清楚,单极方位模式在实验中的探测深度约为40 m。方位远探测声波测井仪电子系统实现了声波远探测大动态范围信号的采集,能够满足方位远探测声波仪器的测量要求,为仪器在多方位大探测深度测量模式下提供可靠且高信噪比的测量数据。

测井仪器调试台架供电监测技术研究

在测井仪器的制造和维修过程中,调试台架可以提高检测、故障诊断的科学性和工作效率。为了保证被测试单元处于安全的供电环境中,调试台架需要对低压电源的输出进行监测和控制。基于ARM7+μClinux的嵌入式架构,设计了低压电源管理模块;采用了FPGA+STM32单片机的分布式采集控制系统,实现了对各电源的电压和电流的采集以及同时输出的通断控制;上位机软件通过超压、限流设置,实时显示电压和电流等策略,实现了供电模块的安全监控。将该系统应用到调试台架中,对仪器的不同单元进行调试,能够满足安全调试的需求。