煤层气连通井引导技术研究

基于磁场测量进行煤层气的井眼连通过程中,建立合适的矢量距离算法一直是研究的难点,其中确定水平井与洞穴井之间的距离和偏离角是进行井眼连通的必要条件。针对矢量距离算法的关键,采用曲线拟合对计算偏离角的关系式进行了推导,论证了偏离角算法的可行性,对算法进行误差分析,用归纳的方法推导出计算磁短节中点与直井之间距离的关系式。研究结果表明偏离角算法与距离计算关系式能够确定磁短节与洞穴井之间的空间位置,对煤层气井眼连通的算法进行了改进。     

基于三电极系救援井与事故井连通探测系统

通过调研救援井与事故井连通探测系统工作原理,分析了三电极系注入地层的低频交变电流在地层及事故井套管中的传播与衰减规律,建立了事故井套管上聚集电流产生的交变磁场空间分布模型,得到了救援井与事故井间距和相对方位的计算方法。通过数值模拟与试验验证,将三电极系应用于救援井与事故井连通探测系统,提高了系统测距范围和探测精度;通过对比基于单电极救援井与事故井连通探测系统,基于三电极系的探测系统对探管灵敏度的要求更低,更有利于在实际工况中的应用,为中国自主研发救援井与事故井连通导向工具提供理论支持。     

管道漏磁检测中缺陷尺寸对漏磁信号的影响

介绍了缺陷检测及磁敏元件工作原理;分析了管道缺陷外形尺寸与形状对漏磁场的影响规律,在现场工程检测中利用得出的规律对检测数据进行判读分析和开挖验证,其分析结果能够比较真实地反映出在役管道的缺陷状况.     

基于ANSYS的油井套管感应磁场有限元仿真

测量钻井方位角时,置于套管中的磁性测斜仪易受套管磁场干扰,产生测量误差。针对该问题,提出建立套管感应磁场数学模型的方法,通过误差补偿提高测量精度。利用ANSYS软件对套管进行二维与三维有限元电磁仿真,得到了套管的感应磁场分布规律以及套管磁屏蔽系数,并建立了三维感应磁场与磁屏蔽系数之间关系的数学模型。指出沿套管径向的磁屏蔽程度较大,具体大小由套管的内、外半径和相对磁导率决定;沿套管轴向的磁屏蔽程度很小,磁感应强度衰减程度不到1%。根据求得的套管感应磁场分布规律,对测斜仪的测量数据加以补偿,可求得准确的方位角。     

偏置磁场均匀性对磁致伸缩导波传感器输出特性的影响

磁致伸缩式导波检测传感器（MsS）作为一种新型的超声波检测装置可应用于管道的健康监测,但其较低的能量转换效率却限制了其进一步的应用。为提高MsS能量转换效率,从偏置磁场均匀性角度出发,分析了偏置磁场均匀性对传感器输出特性的影响。采用有限元方法分析磁化装置个数与放置方式对管道内部磁场分布状况的影响,分析表明,适当增加磁化装置个数可以有效提高偏置磁场的均匀性;同时在磁场装置个数一定时,均布的放置方式将有助于形成均匀的偏置磁场。以有限元计算结论为基础,理论推导了偏置磁场与检测效率的关系,并通过实验研究揭示了磁场分布不均匀性对MsS输出的影响。通过改善偏置磁场的均匀性可以有效地提高磁致伸缩导波传感器的检测效率。     

两类镜象电流对的磁场

从磁场矢势出发,研究了两类镜象电流对磁场的特点,得出了这两类镜象电流对在其镜平面上激发的磁场的矢势和磁感应强度与镜平面的关系,以及其量值是一电流元激发磁场相应量的两倍的结论。进而讨论了上述结论在磁场镜象法和对称电流系统(如直螺线管和螺绕管)磁场分析中的应用。     

基于ANSYS的多层管柱电磁探伤方法研究

根据电磁探伤技术的基本原理,利用有限元分析软件ANSYS作为仿真分析工具,对不同缺陷所产生的漏磁信号进行分析,实现了常见缺陷漏磁场的模拟。基本思想是把待分析问题模型进行单元剖分,通过建立一个与电磁场矢量偏微分方程等价的能量泛函,并在一近似的函数空间内求此泛函的极小值,转化为求解以离散区域内各网络节点的未知矢量磁位为变量的代数方程组来解决。结果表明,该方法适用于多层金属管柱的损伤检测,不同缺陷所产生的漏磁信号不同,缺陷参数与其所产生的漏磁信号参数之间有一定的对应关系。     

油管磁性无损检测仪

1.工作原理及系统结构磁性检测方法检测管杆缺陷(裂纹、孔洞、磨损、锈蚀等)是用一磁场沿管杆轴向(或者周向)磁化管杆段,当管杆通过这一磁化磁场时,一旦管杆中存在缺陷,则会在管杆表面产生漏磁场,或者引起磁化管杆磁路内的磁通变化,采用磁敏感元件检测这些磁场的畸变即可获得有     

随钻核磁共振测井静磁场温度特性仿真研究

为探究随钻核磁共振测井探头中目标区域静磁场的温度特性,在现有磁体系统结构基础上,首先利用有限元仿真分析了磁体系统中各个材料对静磁场的影响,然后分别利用有限元仿真和实测得到了不同温度下同一探测点的静磁场变化规律,且有限元仿真结果和实测结果比较吻合.通过有限元仿真分析了不同温度下的核磁共振有效区域分布,分别讨论了核磁共振射频场中心频率不变和可变2种情况下有效区域的分布情况,在保证有效区域位置不变的前提下,重点分析了对应射频场中心频率的调整策略.结果表明,所建立的随钻核磁共振测井静磁场有限元仿真模型可以方便有效地给出射频场中心频率随温度的调整策略,为探头的优化设计与工程应用提供数据参考,具有实际指导作用.     

非开挖工程磁靶定位系统

为了解决非开挖工程钻井轨迹的高精度测量与控制难题,设计了一种磁靶定位系统。该定位系统的十字交叉磁靶通2 Hz交流电后,会在磁靶周围空间形成特定规律的旋转磁场分布。通过钻头位置的微弱动态磁场检测系统可测量该旋转磁场在3个正交方向磁场的分布,利用旋转磁场的轴对称特性,将近钻头三维旋转磁场转化为二维场,根据测量到的磁场矢量与场源空间位置的关系,实现钻头与微弱动态磁场采集系统之间的精确定位。地面测试结果表明:当电流为5 A时,空间场点与螺线管距离100 m处的磁场幅值可达1.53 nT,距离10～110 m范围测量误差均小于2%;在横向距离±30 m范围内相对方位测量误差小于2%;当相对方位夹角达到29.74°后,方位测量将失真,不能用于现场施工作业。研究结果对于油气管道穿越非开挖工程出土点的精确设计具有指导意义。     

核磁共振成像测井仪磁体设计方法

永久磁体是组成核磁共振成像测井仪探头的主要组成部分，其作用是对地层中氢原子产生一个纵向方向的极化磁场。永久磁铁往往被设计成梯度磁场（或均匀磁场），尤其是近几年随着成像测井技术的发展，梯度磁场已成为一种流行，也是今后核磁共振成像测井仪在二雏、三维甚至多维成像技术上的要求。目前磁体的设计国际上多采用有限元分析法（FEM），相关设计软件有OPERA、ANSYS等。可以利用有限元分析法及相关设计软件设计出更适用、更科学的二维、三维乃至多维核磁共振成像测井仪的磁体，使核磁共振成像测井仪更上一个新台阶。     

带极电渣堆焊层成型磁场控制

针对大电流带极电渣堆焊中由于平行电流元的磁收缩效应,导致焊道严重咬边的问题,提出了利用外磁场克服咬边的原理。在分析不同磁控方式使用效果的基础上,试制并应用了方便可调的通电线圈磁控装置。完成了磁极位置、磁控电流和焊接规范对磁控效果的影响试验,总结了生产中应注意的问题。     

基于二阶磁张量欧拉反褶积的磁源单点定位方法

为了从强地磁背景场下有效分离小尺度磁性体的磁异常信息,提高磁源单点定位精度,本文提出了基于二阶张量欧拉反褶积的磁源单点定位方法。在平面十字形磁梯度张量系统基础上提出了二阶张量系统概念及测量方法,利用三维欧拉反褶积公式推导了磁异常场源一阶、二阶张量数据与位置矢量关系;在磁偶极子场源下推导了张量矩阵特征值的特征向量与磁源位置矢量间的衍生不变关系,并以此作为限定方程,据此解得磁源位置坐标。研究结果表明：仿真实验在均匀强磁背景环境下对单点目标进行了精确定位;实测数据经磁梯度张量系统误差校正后,对小尺度磁铁的定位精度控制在10cm均方根误差范围内。     

旋转磁导向系统井下磁源优化设计

为了提高随钻探测过程中永磁体磁源的磁性能,增大磁源信号的使用范围,对旋转磁导向系统井下磁源进行了优化设计研究。根据电磁场理论及所用磁源的特点,建立了圆柱形永磁体电流模型;利用矢量磁位方程推导出圆柱形永磁体截面直径和长度与其空间磁场强度的关系,圆柱形永磁体的截面直径和长度决定了其空间磁场强度;并对不同几何参数的圆柱形永磁体和其所在磁短节的空间磁场强度进行了测量和分析。永磁体长度一定时,直径从10 mm增大到20 mm,其空间磁感应强度增加了近80%;长度从50 mm增大到100 mm,其空间磁感应强度增大了近200%。试验表明,内部并排平行放置永磁体的磁短节空间磁场强度与圆柱形永磁体的直径和长度均呈单调递增关系。等体积永磁体的空间磁场测量结果表明,长度与直径之比越大,永磁体空间磁场越强。因此,合理设计永磁体的几何参数,可以增强磁短节的空间磁感应强度,提高测量的准确性。      

旋转磁场定向测距随钻测量仪的研制与试验

采用水平对接连通井开发煤层气时,为了确保水平井能够与洞穴井准确连通,需要给司钻人员提供准确的导向信息,即需要精确测量2口井的相对距离和方向。通过研究旋转磁场信号强度与相对位置关系,根据正交磁偶极子模型,提出了一种旋转磁场定向测距方法,研制了旋转磁场定向测距仪样机,进行了样机的地面试验和现场试验。该样机主要包括近钻头强磁短节、井下数据采集系统和地面解算系统3部分。地面试验装置包括转速可调的永磁短节台架、姿态可调的数据采集系统台架和轨道正交的50 m×30 m试验场地。地面试验结果表明,30 m以内的定位误差不超过0.1 m。现场试验结果表明,钻头距离洞穴井80 m时就可以探测到有效信号,偏航角平均误差小于1.5°,能够用于连通井的引导钻进。试验结果说明,利用旋转磁场将钻头与洞穴井靶点耦合为一个闭环系统,进行2口井的相对定位是可行的。      

连续波钻井液脉冲发生器用磁力耦合器设计

为了解决工作在井下高温高压等恶劣环境下转子与定子之间的旋转动密封问题,设计了磁力耦合机构,通过磁场的相互作用来传递动力。内磁钢与轴组成转子,外磁钢与外磁钢套组成定子,转子和定子由隔离套隔离,实现密封,定子、转子通过磁力耦合来传递转矩。通过数值分析来确定耦合器的相关参数,用有限元法计算出不同极对数情况下的转矩特性,并将仿真结果与试验曲线对比,验证了设计的耦合器是合理的,技术指标符合要求,用磁力耦合机构替代动密封,可以简化传动系统。     

油基纳米Fe_3O_4磁性流体的稳定性和流变特性

采用一步法制备高稳定的油基 Fe_3O_4磁性流体。Fe_3O_4磁性纳米粒呈反尖晶石型、平均粒径为10～15nm。磁性流体的磁性强,磁化率为6.5×10~(-4),饱和磁化强度为21 emu/g。测定了磁性流体在重力场、磁场、以及高温下的稳定性,以及在外加磁场下的流变特性。结果表明该磁性流体具有良好的稳定性,其流变特性可以用 Herschel-Bulkley 模型描述。     

柴达木盆地地球物理场及其深部地质特征

分析了盆地重力场、磁场和温度场特征,根据地球物理场信息探讨了盆地沉积构造、区域构造格架和深部地质特征,并与塔里木盆地、准噶尔盆地的地球物理场进行了对比,为油气勘探部署提供了科学依据,拓宽了非地震地球物理信息的应用领域,而且对其它含油气盆地的综合地质与地球物理研究和油气勘探部署也有借鉴作用,同时也有助于区域大地构造和盆地对比研究。因此,本项研究既有构造地质与地球物理理论意义,而且对盆地分析和油气勘探评价也有实际的指导作用。     

磁化水泥浆固井技术应用研究

结合大量室内试验结果和两口并现场资料，综述了长庆油田７８口井推广应用磁化水泥浆固井技术的效果。探讨了影响磁化水泥浆固井质量的诸因素，按影响程度大小依次排列为流速、磁化器结构、磁场强度、磁程、磁化方式、水泥浆性能等。     

层状介质中垂直磁偶极子源的井间响应

采用多层层状介质模型，在忽略井眼影响的条件下，利用边界条件推导出当垂直磁偶极子源位于层状介质中任意位置时磁偶极子场的表达式；利用该表达式的递推关系，编制了计算程序，以５层地层模型为例，用计算所得数据绘制了电磁场随地层深度变化的曲线。结果表明，不论发射源及场点处于何种位置，均可以得到满意的结果且具有通用性．