基于光纤矢量水听器的三相流测井关键技术研究

发布时间：2020-09-19 22:04

　　在石油开采之前,首先要做的就是测井。通过测井来获得各种石油地质及工程技术资料,包括油源的位置和油源的方向,以及油气水混合相的流动特性与各相的组分含量,从而准确获得石油产量。光纤矢量水听器是一种用于水下声场探测的重要仪器,其测量灵敏度高,动态范围大,方向性优良,用于石油测井中,可以探测地层微弱的三相流流动噪声信号,对于三相流测井研究有重要意义。本文基于光纤相位调制基本原理,提出一种全光纤外调制型Michelson干涉水听系统方案,基于此方案设计光纤矢量水听器系统,研制了同振型光纤矢量水听器探头,对探头性能进行了测试,并基于光纤矢量水听器研究了其在流体流速测量中的应用。主要内容如下:1.提出了一种全光纤外调制型Michelson干涉水听系统方案,该方案综合了传统内调制和外调制的优缺点,将窄线宽光信号直接进行高速相位调制,再通过非平衡式的Michelson干涉仪来保留载波信号,采用大臂长差Michelson干涉仪,窄线宽激光器,在保证低相位噪声的前提下进一步提高了系统的动态范围、可测带宽和灵敏度。2.设计了一种同振型弹性柱体结构的声波敏感探头,推导了该种结构探头的加速度灵敏度和谐振频率的理论公式。仿真分析了弹性柱体材料和重要结构尺寸对探头性能的影响,研制了一维同振型光纤矢量水听器。对其灵敏度和指向性进行了测试。其声压灵敏度最大可达-128dB,加速度灵敏度最大可达41dB,指向性2kHz处的凹点深度为27.2dB。3.基于全光纤外调制型Michelson干涉水听系统方案优化了PGC解调算法。仿真分析了PGC解调算法中的调制深度、滤波器的设计对解调系统的影响。并通过实验验证了算法的正确性。4.设计并搭建了光纤矢量水听器流速测量系统。通过相关谱分析,在实验室条件下测量出垂直管道水流速度,与理论符合。对比了不同传感器间距下的测量结果,验证了相关流速测量中两信号的相关性与传感器间距的关系。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE151
【部分图文】：

矢量水听器

图 1-1 SV-1 和 SV-2 型同振式矢量水听器着同振型矢量水听器商用化，人们又转向研究声压差式的矢量水听器。俄949 年起，C.H.里若夫、B.A.多普思克洛思等研究人员在三年的时间里成压梯度水听器。20 世纪 60 年代早期，莫斯科大学物理声学组确定了声压器的制作方案。此后三十年时间中，俄罗斯一直致力于研究基于矢量水本理论、测试方法以及测试装置，相关的生产矢量水听器的专业机构也[10]。世纪 70 年代，光纤矢量水听器在美国得到了广泛应用，如 AN/SSQ-53 型浮标系统、VLAD 系统、AN/SSQ-77B DIFAR 定向浮标系统以及战略拖 SURTASS 都表现出了良好的性能。随后，俄罗斯在中国、日本和其邻海研制的光纤矢量水听器进行了测试。测试结果表明，在频率为 1Hz-10H器的声强信噪比比声压水听器明显提高，使得矢量水听器在实际的应用有竞争力[11-13]。世纪末，人们将测量加速度的传感器件封装在一个刚性球外壳中，制做

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【参考文献】