线圈中心测量垂直磁场虚分量频域电磁法数值模拟

提出一种在近区测量磁场垂直虚分量提取视电阻率的频率域电磁测深方法,通过分析其特性并进行数值模拟研究,建立近区频率域电磁测深理论体系.通过研究线圈中心均匀大地电磁场,推导相关解析表达式,并将成熟的双频和伪随机合成电流移植到本方法中.根据一定近似条件下电磁场的理论公式,研究载流线圈中心垂直磁场虚分量提取视电阻率的方法特性,并编写相应正演程序,对2层、3层、4层等地电模型进行数值模拟,分析结果显示其对地下电性分布变化的有较高分辨力.最后根据模拟结果揭示本方法可行性及实际意义.     

井旁裂缝几何特性模拟实验研究

用实验模拟法研究了井旁地带多个平面裂缝和单个一般形状裂缝对纵波的反射 ,应用二维地震勘探中的绕射扫描偏移叠加技术对实验测量的反射波波形剖面进行了处理 ,获得了井旁介质结构的平面图像 ,确定了井旁裂缝的倾角、尺度和位置等几何特性。结果表明 ,运用绕射扫描偏移叠加技术对裂缝反射波的处理结果与实际实验中裂缝的布置结构一致。     

基于同步姿态测量的地空三分量电磁接收系统设计

针对地空三分量电磁探测对接收信号高速、同步、大量存储、同时记录线圈姿态信息的需求,提出了带有高精度同步姿态测量的全波形地空电磁探测数字接收系统。设计了针对地空电磁法的模拟信号调理电路,通过两片同步驱动的高速24位AD芯片实现三通道高速采样,由FPGA实现了大量数据的实时传输。设计了同步姿态测量装置,可实时同步存储线圈姿态数据。实测结果表示,该数字采集系统能满足三个通道全速192 k Hz的采样率采集电磁数据、以100 Hz的采样率得到同步的线圈姿态数据,并通过实地野外实验证明了该系统可以完成含姿态测量的地空电磁三分量数据采集工作。     

基于热中子探测评价裂缝的示踪剂特性研究

针对裂缝热中子示踪探测方法,从中子双组扩散理论入手结合蒙特卡洛数值模拟方法,分析压裂前后地层热中子分布影响因素,并模拟不同类型示踪剂及含量的热中子裂缝响应规律,筛选最佳示踪剂并给出其在支撑剂中含量的上、下限。结果表明:压裂前后热中子计数变化量主要受裂缝宽度和标记支撑剂中示踪剂含量的影响;钆对裂缝宽度变化反应最灵敏,钆元素是作为标记支撑剂的最佳示踪元素;随支撑剂中Gd 2O 3含量的增加,热中子计数率降低,热中子计数变化量D增加;示踪剂中氧化钆的上、下限值随裂缝宽度呈指数降低,且当裂缝宽度为1.0 cm时,Gd 2O 3的质量分数上限为0.68%,下限为0.03%。     

大斜度井多簇水力压裂裂缝扩展数值模拟

大斜度井多簇水力压裂技术是开发低渗透油气田的有效手段,但压裂过程中出现的裂缝转向、应力干扰问题使得裂缝扩展形态十分复杂。本文基于全局粘聚区模型建立大斜度井3条裂缝同时扩展的有限元数值模拟,对不同井斜角、原位应力差条件下的裂缝注入点压力、裂缝形态进行研究。研究表明：当井斜角由20°增大至80°时,裂缝起裂逐渐变难,起裂压力增幅达47.38%,且中缝受边缝的干扰程度降低;裂缝形态由初始沿射孔方向延伸逐渐转向至沿垂向应力方向,且当井斜角等于60°时3条裂缝合并成一条主裂缝。当地应力差由0 MPa增大至5 MPa时,3簇裂缝的起裂压力逐渐降低,且中缝受边缝应力干扰程度增加;裂缝形态由沿着3条初始射孔方向延伸不发生明显裂缝转向,到起裂于初始损伤区之后迅速发生裂缝转向。该有限元计算模型可对现场大斜度井多簇水力压裂施工提供一定参考。     

利用体积分方程的弱化BCGS算法模拟各向异性地层中多分量低频海洋可控源电磁响应

基于层状单轴各向异性介质的并矢Green函数和体积分方程的弱化稳定型双共轭梯度(BCGS)算法模拟各向异性背景地层中多分量低频海洋可控源电磁响应,并通过算例分析发射频率、海底背景地层各向异性和异常体埋藏深度对响应的影响特征。结果表明：发射信号的不同频率、电场强度的不同分量对海底油气藏的水平分辨能力不同;当测线沿x方向布设时,E_zz分量的分辨能力最强,E_xx分量次之,E_yy分量的水平分辨能力最低;在海底背景地层水平电导率相同的情况下,背景地层垂向电导率的变化对E_xx分量和E_zz分量的影响规律不同,而E_yy分量基本不受地层垂向电导率变化的影响;异常体埋藏深度越浅,E_xx分量和E_zz分量对异常体的水平分辨能力越高,而无论异常体埋藏深浅E_yy分量均不能对其进行分辨。     

裂缝性油藏多尺度有限元数值模拟方法研究

针对裂缝性油藏内在的复杂性,考虑到双重介质等模型的限制,同时为了更好地表征裂缝和提高计算精度,提出了裂缝性油藏等效介质模型数值模拟方法,建立了数学模型,通过无需在小尺度上精确求解即可抓住大尺度解特征的多尺度有限元数值分析方法,建立有限元数值模型,形成了基于等效介质模型的裂缝性油藏多尺度有限元数值模拟方法,最后将该方法通过实例进行检验,验证了方法的正确性。     

矿井多波多分量地震勘探超前探测原理与实验研究

为了长距离超前探测煤矿井下的地质构造情况,应用多波多分量地震勘探理论,介绍DTC-150井下长距离超前探测仪的基本原理,研究该仪器的井下测量方法与资料处理解释原则,并应用该仪器对不同的矿井进行超前预报探测实验.研究结果表明:采用DTC-150井下超前探测仪器能够较准确地探测到掘进面前方100 m内断层、围岩裂隙、岩石破碎带以及富水情况,据由该仪器获得的波速对围岩进行分类.     

瞬变电磁法对多种采空区的探测精度

由于煤矿不断向深部开采,很多煤矿出现了不同深度、不同层次的采空区,而且大部分采空区还存在积水,给煤矿的安全生产带来隐患.为了提高瞬变电磁法对各类采空区的探测精度,建立了高、低阻电性不同的双层采空区组合以及同一开采水平面相邻采空区组合的电性模型进行数值模拟,研究它们在不同层间距或不同水平距离下的电磁场响应规律.结果表明:...     

三分量阵列感应模拟装置的响应特性研究

三分量阵列感应模拟装置的水平线圈系在测量时受井眼影响比阵列感应更为严重,数值计算不能准确模拟短阵列的影响特性,须通过物理模拟装置测量修正.在开发出水罐中三分量阵列感应测井响应数值计算软件的基础上,研究了三分量阵列感应测井仪器在模拟装置中的响应特性,给出标准8in井眼中泥浆和地层电导率相等时模拟装置测量的适用条件.结果表明:水平线圈系测量误差大于垂直线圈系;装置不适合最长水平线圈系子阵列8;对于子阵列1至7,水罐中的电导率合适时,可以忽略大地电导率的影响.     

径向井排引导水力压裂裂缝扩展机理研究

为探究径向井排系统对裂缝的影响,明确水力裂缝的扩展规律,利用扩展有限元理论建立了流固耦合三维裂缝扩展模型,模拟了受径向井排引导的水力裂缝扩展过程。重点分析了3种影响因素（径向井排方位角、水平地应力差、径向井孔径）对水力裂缝的引导机理。首次提出了引导因子的概念,并将其作为有效评价径向井排引导效果的量化参数。研究发现,径向井方位角、水平地应力差、径向井井径会对水力裂缝的引导效果产生影响：较小的径向井方位角、水平地应力差以及较大的井径都使径向井排具有较强的引导能力和较好的引导效果,反之亦然。同时,较大井径对增加水力裂缝宽度有明显作用。最后,利用大尺寸真三轴水力压裂模拟试验证实了数值模拟结果具有一定的准确性。     

裂缝型低渗透油藏井网调整方式研究

依据大庆榆树林油田东16区块扶杨油层裂缝发育特征和注水开发动态特点,结合目前区块剩余油分布,分析裂缝对剩余油分布和开发效果的影响,为进行注采系统调整提供依据。针对东160和升371两个断块特点,各设计了4套加密方案,并进行开发指标预测方案优选。结果表明:东160断块裂缝方向与井排方向一致,油水井排之间不能形成有效驱替,应缩小井距,优选出的方案四,加密后东160断块形成大井距小排距的线状注水;升371断块裂缝方向与井排方向呈12.5°相交,油水井排之间能形成有效驱替,优选出的方案四,采用三角形重心加密,改变流场方向,更加有利于开采剩余油富集区。     

基于改进Wigner-Hough变换的多分量LFM信号特征提取

为了解决Wigner-Hough变换对多分量线性调频(LFM)信号特征提取受噪声困扰的问题,提出采用数字图像处理中改进的Sobel算子对含噪声信号的WVD时频图进行边缘特征检测,利用Hough变换对信号特征进行提取.通过对WHT,SPWD-Hough变换以及改进WHT 3种方法进行计算机仿真比较结果表明,改进的WHT对多分量LFM信号的特征提取效果最好.     

混凝土数值研究中裂缝模拟的新方法

混凝土是土木工程中重要的材料,其破坏过程是微裂纹萌生、扩展、贯通的过程。扩展有限元法(XFEM)是近年来发展起来的分析断裂问题的一种有效方法。本文介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了扩展有限元进行混凝土开裂及裂纹扩展的分析方法,并采用扩展有限元法模拟了混凝土试件开裂扩展过程及破坏形态,数值模拟结果与实验现象相符。研究结果表明:扩展有限元法能有效地模拟混凝土材料断裂破坏过程。     

等离子体电磁散射的多物理场研究

本文采用有限元方法对等离子体的电磁散射问题进行了多物理场分析。分析了温度场分布与电子密度分布的关系。在得到电子密度分布后,利用Drude模型得到了介电常数的空间分布。随后对圆柱的电磁散射特性进行了分析计算,给出了雷达双站散射截面的计算结果,并对结果进行了分析比较。     

基于电阻率的混凝土裂缝测量方法

基于四探针电阻率测量技术,依据试验测得的混凝土表观电阻率变化确定裂缝位置.在考虑到干燥环境、潮湿环境和输入电流方向对裂缝导电能力影响的前提下,采用数值模拟技术探讨了表观电阻率随裂缝深度的变化规律,并将实际裂缝简化为等效裂缝,进而提出裂缝等效电路和等效电阻的方法,研究了表观电阻率与裂缝密实度的关系.结果表明,依据电阻率测量方法可以准确地找出裂缝位置,裂缝深度和密实度与表观电阻率变化有较好的相关性;在干燥环境下,输入电流方向垂直于裂缝时表观电阻率随着裂缝深度或裂缝等效电阻率的增加而增大,输入电流方向平行于裂缝时表观电阻率随裂缝深度或裂缝等效电阻率的增加而减小;在潮湿环境下,输入电流方向垂直于裂缝时表观电阻率不随裂缝深度或裂缝等效电阻率的变化而改变,输入电流方向平行于裂缝时表观电阻率随裂缝深度或裂缝等效电阻率的增加而减小.     

考虑裂缝变形的地下储气库数值模拟研究

在WarrenRoot双孔模型的基础上,考虑了枯竭裂缝性油藏型储气库运行过程中,压力反复升降使介质发生不完全可逆变形对储气库孔隙度和渗透率的影响,建立考虑介质变形的枯竭裂缝性油藏型地下储气库的数学模型,应用该模型进行了实例计算。算例分析表明：随储气库运行时间的增加,考虑变形的储气库压力和注气井井底流压逐渐升高、孔隙度和渗透率逐渐降低;而未考虑变形的储气库压力在一定范围内波动,注气末井底流压基本保持不变;在模拟储气库运行4年后,考虑变形计算的储气库压力比未考虑变形储气库压力高1.2MPa,注气井井底流压高2.96MPa,孔隙度是原始孔隙度的0.96,渗透率是原始渗透率的0.87,由此可见裂缝性油气藏型地下储气库的地层变形不能忽略,建议在天然气地下储气库矿场应用和理论研究时考虑裂缝变形对储气库的影响。     

基于扩展有限元的页岩水平井压裂裂缝扩展模拟

考虑裂缝内流体流动和岩石受力变形,建立页岩水平井水力压裂裂缝扩展数学模型,采用扩展有限元方法求解该模型。分析水平主应力、岩石力学特征参数及注入速度对裂缝扩展长度的影响,并研究多条裂缝的扩展及转向规律。结果表明:岩石弹性模量越大,泊松比越小,形成的裂缝越长;最小主应力越小,压裂液注入速度越大,裂缝扩展长度越长。同时扩展的2条裂缝之间存在应力干扰使裂缝向外转,裂缝间距越近,转向越明显。3条裂缝同时扩展,中间裂缝受到左右两边裂缝的制约作用,起裂较晚,扩展受到限制;随着压裂时间的延长,中间裂缝会摆脱两边裂缝的影响,冲出应力干扰区。     

多翼裂缝垂直井的瞬态压力分析

水力压裂形成的复杂裂缝网络破坏了单个线性裂缝的流动特性,给油井的动态预测带来了极大的挑战。为了研究多翼裂缝垂直井的瞬态压力特征,基于源函数理论和叠加原理将地层系统分为两个子系统,利用离散坐标法建立了瞬态压力分析的半解析模型。通过Laplace变换及Stehfest反演算法绘制了油藏中各流动阶段的识别曲线。在此基础上,通过改变裂缝数量、裂缝长度、裂缝角度、裂缝分布形式和裂缝导流能力等参数对复杂裂缝网络进行了敏感性分析。研究结果表明,多翼裂缝垂直井的地层流动共经历了4个阶段,其中,裂缝数量及长度对地层内地层线性流影响较大;裂缝分布形式对地层内双线性流及地层线性流影响较大且复杂;裂缝导流能力对地层内的双线性流动影响较为明显;裂缝断裂角度对地层内各流动阶段的动态压力特性影响均较小。     

基于CNN的矿井富水区电磁反演研究

针对传统卷积神经网络(CNN)在电磁反演中提取数据特征时冗余信息多,导致网络反演精度降低的问题,提出一种变步长卷积神经网络电磁反演方法,将输入数据拓展为一维行向量,在各层网络中交替使用不同步长的卷积核进行卷积运算提取数据特征,利用变步长卷积方式替代传统网络的池化层,完成对冗余信息的过滤和特征信息的选择,并通过小卷积核级联的方式增大网络感受野提高网络的非线性表达能力。通过二维时域有限差分法(2D-FDTD)对不同电磁参数的富水区模型进行正演计算,并根据计算得出的电场时域响应特征建立样本数据集;将变步长卷积神经网络应用于电磁反演研究,建立适用于富水区问题的变步长卷积神经网络电磁反演模型,并验证变步长卷积神经网络电磁反演方法的精度。结果表明：该方法对坐标位置的反演平均相对误差为2.85%,对相对介电常数的反演平均相对误差为6.07%,反演结果与实际模型吻合度较高。所提方法对提高矿井富水区电磁反演的精度和效率具有一定的理论参考价值。