基于磁聲效應(yīng)的電阻率測井新方法研究

當(dāng)今世界能源短缺，研究探測復(fù)雜油氣藏的電磁測井技術(shù)，對于化石能源的勘探至關(guān)重要。本項目將醫(yī)學(xué)領(lǐng)域2005年出現(xiàn)的感應(yīng)式磁聲成像方法應(yīng)用于地球物理領(lǐng)域，提出了一種原創(chuàng)的電磁勘探成像測井方法——磁聲電阻率測井方法。新方法涉及電氣工程學(xué)科、聲學(xué)和資源探測的前沿交叉。本項目重點研究了井中磁場感應(yīng)電場和聲場三個物理量之間相互作用的關(guān)系，以及相應(yīng)正逆問題分析。本項目采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗手段探索了磁聲電阻率測井的可行性，具體而言，包括研究井周磁聲成像測井的激勵檢測理論，開發(fā)了與之相適應(yīng)電導(dǎo)率圖像重建方法――洛倫茲力密度散度替代法和電流密度替代法，形成具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高分辨率井周磁聲電阻率成像方法，為實際井下儀器的設(shè)計研究提供一個有力的分析工具和平臺。與傳統(tǒng)電成像測井和聲成像測井相比，新原理的成像測井方法綜合了二者的技術(shù)優(yōu)勢，可有效提高成像分辨力。 項目完成了預(yù)期研究目標(biāo)。進一步，中國科學(xué)院電工研究所相關(guān)課題組在科技部863探索導(dǎo)向類項目“陣列磁聲電阻率成像測井技術(shù)”支持下，在自然科學(xué)基金項目形成的實驗平臺的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了由永磁磁體、脈沖功率驅(qū)動系統(tǒng)、超聲波檢測系統(tǒng)、圖像重建軟件構(gòu)成的新原理成像測井系統(tǒng)第一代原理樣機，下一步將繼續(xù)在國家其他項目支持下，完善與企業(yè)的合作，為實際井下儀器的設(shè)計提供重要的參考，預(yù)測該成像測井技術(shù)將在石油勘探、地下水尋找等資源探測領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 2100433B

當(dāng)今世界能源短缺，研究探測復(fù)雜油氣藏的電磁測井技術(shù)，對于化石能源的勘探至關(guān)重要。本項目提出一種新原理的測井方法――磁聲電阻率成像測井方法。.新方法涉及電氣工程學(xué)科、聲學(xué)和資源探測的前沿交叉，需要研究磁場（磁體產(chǎn)生的靜磁場和脈沖電源產(chǎn)生的脈沖磁場）、感應(yīng)電場和聲場三個物理量之間相互作用的關(guān)系，以及相應(yīng)正逆問題分析。具體而言，包括研究井周磁聲成像測井的激勵檢測理論，通過數(shù)值模擬與物理模型井實驗兩種方法考察不同電導(dǎo)率對比度對磁聲成像信號的影響規(guī)律，找出有助于高質(zhì)量磁聲成像的最佳脈沖激勵參數(shù)及其它有利條件，開發(fā)出與之相適應(yīng)電導(dǎo)率圖像重建方法――洛倫茲力密度散度替代法和電流密度替代法，形成具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高分辨率井周磁聲電阻率成像方法，為實際井下儀器的設(shè)計研究提供一個有力的分析工具和平臺。

物質(zhì)的磁效應(yīng)具有基礎(chǔ)研究的意義，它提供了物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)內(nèi)部各種相互作用以及由此引起的各種物理性能相互聯(lián)系的豐富信息。例如磁光效應(yīng)可用來探測磁性物質(zhì)內(nèi)磁性電子的躍遷及其能級；磁電效應(yīng)則反映傳導(dǎo)電子與導(dǎo)致宏觀磁性的電子之間的相互作用。磁效應(yīng)在技術(shù)應(yīng)用中已經(jīng)或正在獲得重要應(yīng)用，為各種需要提供了性能優(yōu)良的新器件、新材料和新手段。 如磁-力效應(yīng)與磁聲效應(yīng)分別用于制造電聲換能器及延遲線；磁光效應(yīng)被用于觀察磁化強度的分布，研制磁光器件及磁光存儲器件；順磁鹽或核磁的絕熱退磁為獲得超低溫的有效手段；磁電阻效應(yīng)則用于檢測磁場而制成新型磁頭及磁泡檢測器。在工程技術(shù)上有特殊應(yīng)用的恒彈性材料及低膨脹系數(shù)材料則基于磁-力效應(yīng)及磁熱效應(yīng),均與磁致伸縮效應(yīng)有關(guān)。

海底管道屈曲變形極易造成管道破裂和加速管道腐蝕老化。前期研究表明：管道內(nèi)磁場與管道走向密切相關(guān)，平面應(yīng)力會顯著改變鋼板磁導(dǎo)率及其周圍的磁場分布。針對屈曲鋼管特殊的幾何形狀和應(yīng)力分布規(guī)律，本項目提出一種基于磁機械效應(yīng)的海底管道屈曲變形內(nèi)檢測方法，以實現(xiàn)高分辨力、低成本、短周期檢測。本項目綜合采用解析法、有限元法、多尺度分析法、實驗研究等手段開展以下研究：（1）分析屈曲變形管道的應(yīng)力分布，研究建立地磁場和復(fù)合應(yīng)力作用下管道管材磁機械效應(yīng)模型；（2）研究建立雙軸應(yīng)力狀態(tài)下考慮磁機械效應(yīng)的鋼管磁屏蔽模型，獲得屈曲管道內(nèi)磁場分布規(guī)律；（3）研究利用管道內(nèi)磁場及其導(dǎo)出變量表征管道屈曲變形的方法；（4）最終給出屈曲變形內(nèi)檢測的具體實施步驟和系統(tǒng)集成方案。本項目的開展將為利用管道內(nèi)磁場進行海底管道屈曲變形檢測提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)，對于及時維護海底管道和確保其長期安全運行具有重要意義。

所謂聲磁系統(tǒng)，是指利用音叉原理產(chǎn)生的共振現(xiàn)象，實現(xiàn)幾乎零誤報的操作。當(dāng)發(fā)射信號（交變磁場）頻率與聲磁標(biāo)簽振蕩頻率一致時，聲磁標(biāo)簽類似于音叉會引起共振，產(chǎn)生共振信號（交變磁場） ; 當(dāng)接收器檢測到連續(xù)4-8次（可調(diào)）的共振信號（每1/50秒一次）后，接收系統(tǒng)就會發(fā)出報警。 聲磁系統(tǒng)的特性是防盜檢測率高、幾乎零誤報、不受金屬錫箔紙屏蔽、抗干擾性好、保護的出口寬(單套系統(tǒng)最寬可保護4米)。