水下GPS定位技术在流花 4-1 油田井口定位中的应用

在国内首个采用深水开发模式自营开发油田——流花 4-1 油田(LH4-1 油田)的钻井作业中,要求对水下井口精确定位和井口导向基盘方位精确控制,为满足作业要求,采用了水下GPS定位技术。该技术利用水声相对定位技术与GPS水面高精度定位技术相结合的方式,经过比较分析水声定位技术三大系统长基线定位技术、短基线定位技术和超短基线定位技术的特点,在 LH4-1 油田水下井口定位作业中选用了长基线定位系统与GPS定位系统组合形成的组合定位系统,编制了水下无线罗经和水下机器人配合下水下井口精确定位及井口导向基盘控制的详细施工程序。作业后测量表明,定位精度均满足设计要求,取得了良好的实施效果,圆满解决了 LH4-1 油田钻井水下井口精确定位及基盘方位精确控制的难题。      

矢量叠加初至波定位方法及精度评价

海上勘探的海底电缆或节点检波器沉放过程中,因受洋流、潮汐、缆绳等因素影响,沉放位置会发生漂移现象,故有必要对检波点进行二次定位以确定其在海底的准确位置。为此,文中提出矢量叠加初至波定位方法。通过构建每个炮检对的位置矢量,进行矢量叠加,得到检波点的准确坐标位置,并给出定位精度的量化评价指标,形成了一套从初至拾取、定位计算到定位精度评价的完整定位方法。实际数据应用结果表明,利用该方法能得到海底电缆或节点检波器准确的二次定位结果,还可对定位精度做出定量评价,具有广阔的应用前景。     

检波器二次剩余定位方法与效果

浅海地震勘探中目前常用的两种检波器定位方法——声波定位方法和初至波定位方法各有优点和缺点。声波定位方法采收率低,水下接收器故障率高;初至波定位方法没有考虑折射波,且忽视了水深造成的影响。为此,提出用声波定位结果作为初始值,用直达波和折射波旅行时反演计算检波器位置的方法——检波器二次剩余定位方法。该方法在计算检波器位置的同时,反演计算了海水速度与海底速度,通过循环计算,提高了检波器定位精度。理论分析和实际资料处理表明,该方法比声波定位方法能反映更多细节,剩余定位后的道集波组特征更加明显,剖面质量有较大提高。     

基于选权迭代的走航式水声差分定位方法

水下声学定位中存在应答器时延等系统误差,若采用传统的几何法定位,因系统误差难以改正或消除而导致定位精度降低。针对该问题,本文采用历元间差分的方式减弱或消除系统误差。结合石油物探走航式水下定位实际,给出了相应的水下差分模型。同时,考虑到水下声学观测值中不可避免地存在粗差,采用基于选权迭代的抗差估计进行解算。模拟算例和实测数据验证结果表明:历元间差分定位方法定位精度优于传统的几何法,国产BPS水下声学定位系统在50m以内水深可实现1m定位精度。     

海底电缆声学定位系统软件设计

近年来,差分式全球定位系统(DGPS)和高精度水声定位技术的飞速发展,为水下以及海底高精度大地坐标的精确测量提供了更先进的技术手段。海底电缆声学定位系统的功能是利用GPS和数据采集系统DAU输入来的各种数据,通过水上GPS定位技术与水下水声定位技术结合,达到精确定位水中海底电缆位置的目的。文章重点对海底电缆声学定位系统软件设计进行详细阐述。     

深度约束的浅海多目标声学定位方法

针对浅海地震勘探声学二次定位中存在垂直观测结构欠佳的问题，使用船载DGPS数据和单波束测深数据，给出基于深度约束的浅海多目标水声定位解算方法；结合区域自然邻点空间插值法，构建区域高程模型，并对抗差估计解（IGG3）的水平位置进行应答器高程内插。根据对称性观测和施工海域的平坦地形，结合声线弯曲分段参数化模型进一步消除声线弯曲误差，以提高浅海水下多目标的平面定位精度。南海实测结果证明，在声速测量不准且观测数据粗差较大的情况下，所提方法构建模型具有较强抗粗差性能，且显著提高了定位精度。     

OBC勘探中扫描拟合二次定位方法

在滩、浅海勘探中,检波器位置会发生漂移,因此室内资料处理时必须对检波器位置进行二次定位。目前,检波点的二次定位精度已成为评价OBC勘探数据采集质量的重要指标。本文首先分析了当前OBC勘探中声波二次定位方法及初至波二次定位方法的优缺点;并在这些传统检波器二次定位方法的基础上,提出了一种新的初至波二次定位方法——扫描拟合法,该方法通过网格扫描、曲面拟合、求曲面极值来确定检波点的二次定位坐标。实际应用效果表明,本算法具有运算速度快、定位精度高等优点。     

应用抗差估计进行海底勘探实时声学定位的方法

由于海底勘探实时声学定位过程中存在大量的野值和粗差,这些不合格的观测值若不经正确处理会严重影响海底应答器的定位精度。为此,分析了附加深度约束的交会定位、基于选权迭代的差分定位及考虑声线弯曲定位等方法的应用领域和局限性,从定位精度要求及可靠性角度出发,结合海底勘探声学定位数据采集需实时定位和单一方向航行的特点,提出了一种基于抗差估计的实时声学定位方法。首先,给定观测值可能范围进行野值剔除处理;然后,基于概率统计假设方法进行粗差探测;最后,构建极值函数确定观测值权阵,通过迭代计算求得海底应答器的空间位置。模拟仿真实验和野外实际数据验证表明：该方法有效地剔除了野值和粗差,得到了最优的无偏估计;与目前实时声学定位软件中采用的最小二乘估计比较,该方法提高了海底勘探声学定位内符合精度及定位结果的可靠性,满足了放样导航船实时进行航线修正的需求,保证了海底检波器放样精度。     

BPS水下二次定位系统

在海底电缆地震勘探施工中,海底检波器的位置信息对地震信号的采集质量起着至关重要的作用。BPS水下二次定位系统是专门针对海底检波器的位置进行精确测定的一套精密设备。该系统主要由GPS接收机、主控机、应答器、编码器和OBCPos定位软件组成,它通过将声学应答器与被测物绑定,经由水下声学定位处理算法和处理,便可实现地震检波器位置的精确定位。与传统意义上的初至波相比,该系统不仅能够提供更精确的地震检波器位置,而且能显著提高施工速度和生产效率,极大地改善了地震资料品质,取得了良好的应用效果和经济效益,具有广阔的应用前景。     

钻井船漂移状态下隔水管-井口系统安全分析

常规钻井平台位置警戒圈根据隔水管的静态分析方法确定,无法考虑风、浪、流等载荷作用下平台的运动轨迹,也不能确定平台达到极限位置的时间,存在一定的局限性。为此,建立了基于钻井平台-隔水管-水下井口系统的动态耦合方法,采用FLEXCOM软件建立了钻井平台漂移分析的有限元模型,得出平台动态漂移轨迹与漂移情况下隔水管-井口系统的载荷状态,并结合平台应急解脱作业的响应时间,提出了钻井船允许的漂移时间和漂移距离的计算方法。分析结果表明:漂移分析模型综合考虑了风、浪、流等载荷的影响,能够动态预测平台动力定位失效情况下钻井船的漂移轨迹;在隔水管-井口系统的选型设计时,要针对具体井开展漂移分析计算,根据计算结果评估漂移时间和距离是否满足平台响应的时间要求,根据分析确定限制因素,针对性地采取强化措施。所得结论对于保证深水钻井隔水管系统和水下井口系统的完整性具有重要意义。     

管道内检测器里程轮定位数据预处理算法设计

针对里程轮数据受到管道复杂环境的影响,出现测量误差的问题,研究了管道内检测器里程轮定位数据预处理算法。介绍了管道内检测器里程轮定位原理,通过分析里程轮数据的误差,提出了基于卡尔曼滤波的管道内检测器里程轮定位数据预处理算法。然后通过仿真试验,对算法进行验证。给出试验对比结果,对误差进行了分析和总结。仿真结果表明,该算法处理后的里程轮数据具有更高的准确性。     

旋转导向钻具姿态的无迹卡尔曼滤波方法

三轴磁通门数据中包含的磁干扰和三轴加速度计数据中包含的大量低频振动加速度,严重影响了旋转导向钻具姿态测量的精度。为去除传感器数据中的干扰噪声,快速解算出准确的钻具姿态,提出了一种改进的无迹卡尔曼（UKF）迭代滤波算法。此方法基于旋转坐标变换的四元数理论,建立钻具姿态传感器数据的非线性观测方程,利用陀螺测量原理构造状态方程,将滤波后观测数据以四元数的形式更新状态方程三轴角速度,从而实现UKF迭代滤波,最终消除传感器数据中的干扰噪声。实验室及胜利油田河31井区斜160井的实测数据滤波结果表明,此方法可有效滤除姿态传感器中的干扰噪声,提高旋转导向钻具姿态测量的准确性。     

应用曲线积分的地震勘探多缆定位算法

拖缆定位是海上拖缆地震勘探的一个关键环节，而准确的拖缆模型与定位算法是实现高精度拖缆定位的核心。现有的拖缆定位算法在多缆作业场景下存在数学模型不严密、定位网络观测值利用不充分的问题。为此，提出了一种基于曲线积分的海上地震勘探多缆定位算法。首先，利用曲线积分构建严密的拖缆数学模型；然后，推导了该模型下不同类型观测值的误差方程；最后，通过仿真和实测数据对算法进行有效性验证。实验结果表明，该算法解获得的拖缆缆形与检波点位置精度优于传统算法，其中沿测线方向定位精度优于1m，垂直测线方向精度优于3m，可满足海上地震勘探作业及后续地震波数据分析的需求。     

基于LQG算法和复合形法的深水铺管船动力定位数值模拟

基于线性二次高斯算法和复合形法开发一套动力定位数值模拟程序。针对某深水铺管船,用该程序与Simo软件进行模拟对比,结果吻合较好,验证了程序的准确性。利用该程序对深水铺管船进行铺管作业动力定位时域模拟,分析运动轨迹、推进器推力和转角、海管受力等响应特性,结果表明该程序可以合理预报动力定位铺管作业响应。     

专家PID与SQP算法在动力定位船模试验中的应用

开发一套船模试验动力定位控制系统,系统控制器基于低通+陷通滤波算法、专家比例-积分-微分（Proportional Integral Differential,PID）控制算法、序列二次规划（Sequence Quadratic Programming,SQP）算法设计而成。将该系统应用于风浪中动力定位船模试验,测试船模运动、7个全回转推进器推力和角度响应,结果表明该控制系统具有合理性和有效性。     

内孤立波载荷作用下钻井船动力定位性能

采用自主编写的动力定位时域仿真程序,以某钻井船为例,对内孤立波载荷进行建模并进行时域仿真。将内孤立波纳入环境载荷中,得到船舶在内孤立波下的动力定位时域仿真结果。获得船舶的作业窗口区间为 。结合船舶运动响应与推进器功耗情况对船舶动力定位性能进行评估,并提出船舶遭遇内孤立波时的海上操作建议。     

浅谈海底电缆声学定位数据在Gator系统中的处理流程

声学定位技术具有高精度、高可靠性、高效率以及作业方式灵活等特点,其广泛应用于水下定位领域。在海底电缆地震勘探中,声学定位技术为确定水下检波器的具体位置提供了有效的解决方案。获得高质量的定位数据并且计算出检波器的实际位置,是处理地震资料的重要保证。本文介绍了海底电缆地震勘探中声学定位数据采集的一般过程,还介绍了Gator系统对于声学定位数据处理的流程和与其相应的质量控制节点,以及保证野外资料采集质量的意义。     

海底电缆地震采集系统：初至波二次定位成果的质量评价

海底电缆声波水下二次定位技术解决了检波器在水下实时定位问题,但存在着无解点和易受干扰等不足。为此我们引进了海底电缆初至波定位技术。本文简述了初至波定位技术的原理,并对声波水下定位系统和初至波定位系统进行了比较,最后得出了对初至波定位成果资料的质量评价原则,即：野值是否过多,整体偏差性趋势是否明显,点位间隔要合理,与其它定位成果作比较 。     

基于卡尔曼最优估计理论的地震反褶积方法

围绕卡尔曼估计滤波所涉及的关键问题——随机信号状态空间模型的建立和先验误差信息的估计,进行了详细的讨论;对地震资料反射系数估计方法进行了算法设计,为了使算法收敛且向最优估计方向寻优,从正交投影理论出发,在满足残差与合成地震记录正交的条件下,给出了迭代寻找初始状态变量（反射系数）的求取方法;给出了实现算法的具体过程。理论模型和实际资料处理结果表明,方法正确,应用效果明显。