基于变分模态分解的地震随机噪声压制方法

针对经验模态分解（EMD）方法中递归迭代式筛选过程耗时过长、分解精度不高等问题,提出了基于频率域内全局自适应的变分模态分解（VMD）的地震随机噪声压制方法。与EMD类方法的迭代筛选模式不同,VMD方法的分解过程可转换至变分泛函最优求解过程,以每个带限窄带（BIMF）分量的估计带宽之和最小为约束,通过增广Lagrange目标函数将变分问题由约束性变为非约束性,采用交替方向乘子（ADMM）算法寻求变分泛函的最优解达到信号自适应分解的目的。ADMM中频率中心及带宽交替更新对偶上升,使两者同时达到最优趋势,并生成所有BIMF分量,具有更高的时间效率。同时,各模态分量在频谱上均具有带限特性,可实现信号频带的高分辨率、自适应剖分。实验结果表明,基于VMD的地震随机噪声压制方法具有优异噪声压制、幅值保持性能的同时,还具备较高的计算效率,可满足高维大尺度地震数据的处理要求。     

自适应变分模态分解同态反褶积方法

地震波在地层传播过程中会受到大地低通滤波的影响,分辨率显著降低。反褶积处理可以提高地震资料的分辨率,同态反褶积方法对子波相位没有要求,具有更强的适用性,但在实际应用中,同态域子波与反射系数不易彻底分离。针对这一问题,提出在同态域使用变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)方法分离子波与反射系数信息,提高了同态反褶积的抗噪能力。首先,对地震记录进行同态变换,获得同态域地震记录;然后,对同态变换后的结果做VMD,并对分解结果进行选择性重构,消除子波的影响;最后,对重构结果进行同态反变换,提取反射系数序列。针对VMD无法直接确定分解层数的问题,提出基于重构数据与原始数据能量差自动确定分解层数的方法,显著改善了VMD方法的使用效果。理论合成资料实验表明,在时变子波和信噪比较低的情况下,该方法仍可以获得理想的计算结果。对实际地震资料处理并进行地震属性提取,该算法能够有效提高实际资料的横向分辨率,取得较好的应用效果。     

浮式风机支撑结构在气动载荷和波浪载荷联合作用下的运动响应研究

海上漂浮式风机支撑结构具有良好的稳定性,是支撑风机正常工作的重要因素之一,而风机正常工作时叶轮旋转产生巨大气动载荷会对浮式支撑结构产生影响。目前,对风机浮式支撑结构动态响应的研究主要集中在极端海况下浮式风机支撑结构的运动响应,而考虑气动载荷影响的研究则较少。采用流体动力学理论和空气动力学理论并结合有限元方法对某三浮体式风机支撑结构在风、浪、流戴荷联合作用下的运动响应进行分析,其中风载荷将分为考虑气动载荷、不考虑气动载荷、将气动戢荷简化为固定载荷三种情况。研究结果表明:风机正常工作时支撑结构的运动响应主要受气动载荷影响;支撑结构的运动响应主要表现在纵荡,垂荡和纵摇方向;考虑气动载荷时,支撑结构在纵荡和垂荡方向上的运动响应均小于将气动戢荷简化为固定载荷的情况。因此,考虑气动戢荷对支撑结构的影响在工程实践中具有较大意义,为海上风机支撑结构的稳定性研究提供了理论依据。     

时频域变分模态分解地震资料去噪方法

强噪声干扰、信噪比过低是造成深层地震资料成像不佳的主要因素。为此,提出在时频域内将变分模态分解算法应用于分频地震资料的噪声压制处理的新思路。首先,通过希尔伯特-黄变换（HHT）构建地震数据的解析信号,将地震数据转换到时频域,在时频域进行分频变分模态分解;随后,分析有效信号与噪声在时频切片上的能量分布,在此基础上优选出有效信号模态分量重构时频切片;最后反变换回时空域,达到噪声压制的目的。应用模型数据分析了关键参数对去噪效果的影响;实际资料的应用结果表明该算法可有效压制较强的随机背景噪声,同时对陡倾角的线性干扰也有明显的压制作用。     

基于优化变分模态分解和互相关的钻井液脉冲信号处理方法

随着油气勘探开发不断深入,钻井技术逐渐向深井、超深井和小井眼方向发展,对钻井液脉冲信号处理提出了更高的要求。通过分析脉冲位置调制编码的基本原理,提出了一种基于优化变分模态分解和互相关的钻井液脉冲信号处理方法,并利用在苏北地区某页岩油井采集的钻井液脉冲信号验证了该方法的可行性。基于优化变分模态分解算法,实现了在低信噪比条件下有用信号的有效提取;基于同步头相关器对去噪后的信号进行互相关处理,实现了数据帧起始位置的可靠计算;基于数据块相关器对数据块内波形进行互相关处理,实现了码值的准确获取。与传统的钻井液脉冲信号处理方法相比,上述方法具有可靠性高和误码率低的特点,能够很好地满足复杂井眼环境下钻井液脉冲信号处理的需求。     

变分模态分解与包络导数算子结合的时频分析方法及溶洞储层预测

深层缝洞型碳酸盐岩储层空间分布散乱且内部结构差异大,利用希尔伯特—黄变换、集合经验模态分解、完备集合经验模态分解等时频分析方法描述储层时存在模态混叠、端点效应等问题.为此,提出了一种联合变分模态分解(VMD)与包络导数能量算子(EDO)的高精度时频分析方法(VMD-EDO).VMD能够将地震信号自适应、非递归地分解为一...     

冲击载荷作用下埋地长输管道动力响应研究

由于土体的离散性较大,所以从理论上求解埋地管道在冲击载荷作用下的动力响应比较困难,且目前国内外关于埋地长输管道的试验研究也比较缺乏。鉴于此,从试验测试和数值模拟两方面出发,通过制作土箱-管道缩尺模型,进行埋地管道的冲击载荷试验,分析了埋地管道振动加速度的传播规律和应力应变分布情况。研究结果表明:随着距振源距离的增加,管道竖向方向振动加速度逐渐减小;通过试验研究和有限元数值模拟,可以得到在冲击载荷作用下管道竖向方向的振动加速度沿水平方向传播的近似关系式;在冲击载荷作用下,随着冲击高度的增加,管道应变峰值逐渐增大,且管道中部区域应变峰值最大,管道上、下表面应变呈反对称,沿管道两端方向,管道应变峰值逐渐减小;冲击载荷作用下埋地管道动力响应的有限元模拟结果与试验结果很接近。研究结果可为复杂工况下埋地管道抗冲击设计规范的制订提供参考。     

优化变分模态分解方法消除强反射影响——以东营凹陷沙四段滩坝砂目标处理为例

东营凹陷沙四段纯上与纯下亚段之间的分界面为强地震反射,受其屏蔽作用,纯下亚段滩坝砂储层地震反射弱。为了有效压制强反射屏蔽层影响,应用优化变分模态分解(VMD)技术,将目标层地震信号分解成多频带、不同波形特征的分量。强屏蔽层信息能量强、频率低,多集中在第一分量。对强信号分量进行剥离,再重构余量信息,可凸显下伏储层有效信号。理论模型测试与实际资料应用表明,与传统的经验模态分解方法(EMD)相比,该方法具有分辨率高、分解完备、避免模态混叠效应等优点,在相似条件地区具有一定的推广价值。     

考虑多场耦合的碰撞载荷下半潜式风机动力响应

以DeepCwind浮式风机为研究对象,确定典型碰撞事故场景,提出一种风-浪-系泊耦合场景下船舶-浮式风机碰撞动态响应数值分析方法。基于FAST程序获得不同海况下半潜式风机的气动推力、水动力参数和系泊张力,再利用LS-DYNA中的Subroutine Loadud子程序完成加载以实时更新计算水动力载荷,同时考虑系泊载荷和气动载荷的耦合作用。在此基础上,基于LS-DYNA软件开展多场耦合的碰撞载荷作用下浮式风机动力响应研究,分析船舶撞击对浮式风机动力响应的影响。结果显示：撞击船的动能大部分转化为浮式风机的动能,风机浮筒所产生的应力应变主要分布于浮筒的撞击区域,且浮筒的结构应力呈现先增大后减小的趋势。     

基于气动-水动-结构耦合模型的半潜风机动力响应分析

针对我国海洋环境条件,提出一种新型半潜式浮式基础,用于支撑5 MW海上风机。针对该新型浮式风机系统,采用叶素动量理论计算风轮所受气动载荷,采用三维势流理论计算基础水动力性能,分别采用杆单元和梁单元模型,基于有限元方法计算柔性体的动力响应。建立气动-水动-结构耦合的动力学分析模型,针对切入、额定和切出海况,在时域内计算风机的动力响应特性。计算结果表明：在不同作业海况下,新型半潜浮式风机基础运动性能良好,且系泊缆张力满足安全要求;风机叶片在风轮旋转平面外的变形显著大于风轮平面内的变形,且在额定海况下变形更大。     

基于离散模块梁单元理论的超大型浮体在非稳态载荷下的水弹性响应

使用离散模块梁单元(Discrete-Module-Beam, DMB)理论计算超大型浮体在非稳态载荷下的水弹性,包括位移响应和结构力响应。使用三维势流理论进行水动力分析,并基于Cummins方程将DMB方法扩展至时域;使用子梁法进行位移响应还原。在求解结构力响应时,结构被视作无支持、两端自由的无质量梁,将其所受外载荷按沿结构纵向分布是否已知划分为2类。对于已知分布的外载荷,直接对其进行积分即可获得结构力分布;对于未知分布的外载荷,使用改进后的三次曲线插值法求解结构力分布。计算定点货物移动和飞机降落工况下的水弹性响应。采用DMB方法可准确计算结构位移响应,也可给出非稳态加载过程中初始阶段的弯矩分布,并体现由集中力作用引起的弯矩突变。