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Saturation Estimation with Complex Electrical Conductivity for Hydrate-Bearing Clayey Sediments:An Experimental Study

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Journal of Ocean University of China 2024年第1期23卷 173-189页

作者： xing lanchang ZHANG Shuli ZHANG Huanhuan WU Chenyutong WANG Bin LAO Liyun WEI Wei HAN Weifeng WEI Zhoutuo GE Xinmin DENG Shaogui College of Control Science and Engineering China University of Petroleum(East China)Qingdao 266580China School of Water Energy and EnvironmentCranfield UniversityCranfield MK430ALUnited Kingdom Department of Alternative Energy PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&DevelopmentLangfang 065007China School of Geosciences China University of Petroleum(East China)Qingdao 266580China Laboratory for Marine Mineral Resources Qingdao National Laboratory for Marine Science and TechnologyQingdao 266071China

Clays have considerable influence on the electrical properties of hydrate-bearing *** is desirable to understand the electrical properties of hydrate-bearing clayey sediments and to build hydrate saturation(S_(h))models for reservoir evaluation and *** electrical properties of tetrahydrofuran-hydrate-bearing sediments with montmorillonite are characterized by complex conductivity at frequencies from 0.01 Hz to 1 *** effects of clay and Sh on the complex conductivity were analyzed.A decrease and increase in electrical conductance result from the clay-swelling-induced blockage and ion migration in the electrical double layer(EDL),*** quadrature conductivity increases with the clay content up to 10%because of the increased surface site density of counterions in *** the in-phase conductivity and quadrature conductivity decrease consistently with increasing Sh from 0.50 to *** sets of models for Sh evaluation were *** model based on the Simandoux equation outperforms Archie’s formula,with a root-mean-square error(E_(RMS))of 1.8%and 3.9%,respectively,highlighting the clay effects on the in-phase *** fre-quency effect correlations based on in-phase and quadrature conductivities exhibit inferior performance(E_(RMS)=11.6%and 13.2%,re-spectively)due to the challenge of choosing an appropriate pair of frequencies and intrinsic uncertainties from two *** second-order Cole-Cole formula can be used to fit the complex-conductivity *** pair of inverted Cole-Cole parameters,i.e.,characteristic time and chargeability,is employed to predict S_(h) with an E_(RMS) of 5.05%and 9.05%,respectively.

关键词： gas hydrate complex electrical conductivity hydrate-bearing clayey sediment hydrate saturation Simandoux equation frequency dispersion Cole-Cole formula

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基于分段涂层时域反射探头的天然气水合物测试平台开发及实验研究

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实验技术与管理 2024年第10期41卷 141-149页

作者：邢兰昌马子胜刘宝魏伟韩维峰中国石油大学(华东)控制科学与工程学院山东青岛266580 中国石油勘探开发研究院新能源研究所河北廊坊065007

该文基于分段涂层时域反射(time-domain reflectometry,TDR)探头,开发了一套用于开展海洋沉积物中水合物模拟实验和TDR响应测试的平台。平台的硬件部分包括样品容器、TDR测试单元、温度测量单元;软件部分包括TDR测试单元和温度测量单元... 详细信息

该文基于分段涂层时域反射(time-domain reflectometry,TDR)探头,开发了一套用于开展海洋沉积物中水合物模拟实验和TDR响应测试的平台。平台的硬件部分包括样品容器、TDR测试单元、温度测量单元;软件部分包括TDR测试单元和温度测量单元软件。通过标定TDR探头参数、校正分段涂层影响,平台可同步测量高电导率海洋沉积物表观介电常数和电导率。用四氢呋喃水合物模拟天然气水合物,在天然海砂中模拟其生成分解过程并进行了TDR测试,通过分析水合物生成过程中TDR测试的表观介电常数和电导率动态变化特征、讨论水合物饱和度的影响规律,验证了该测试平台的可靠性。基于理论分析分别建立了基于表观介电常数、电导率以及两者联合的水合物饱和度计算模型,实验数据检验结果表明联合模型的水合物饱和度计算误差最低。

关键词：天然气水合物测试平台时域反射技术分段涂层探头电学模型

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甲烷水合物形成对蒙脱石表面区域电学特性的影响:分子动力学和有限元数值模拟

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新能源进展 2024年第5期12卷 557-568页

作者：武晓菲邢兰昌魏伟韩维峰吕笑焱钟杰中国石油大学(华东)控制科学与工程学院山东青岛266580 中国石油勘探开发研究院新能源研究所河北廊坊065007 中国石油大学(华东)材料科学与工程学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

含天然气水合物泥质沉积物的电学特性是反演水合物饱和度、渗透率等储层参数的重要物理性质。甲烷水合物形成对黏土矿物颗粒表面电学性质的影响机制尚不明晰,制约了对骨架颗粒表面电导及沉积物电性参数的准确建模和计算。提出分子动力学... 详细信息

含天然气水合物泥质沉积物的电学特性是反演水合物饱和度、渗透率等储层参数的重要物理性质。甲烷水合物形成对黏土矿物颗粒表面电学性质的影响机制尚不明晰,制约了对骨架颗粒表面电导及沉积物电性参数的准确建模和计算。提出分子动力学(MD)与有限元(FE)数值模拟相结合的新方法,基于Gouy-Chapman-Stern(GCS)理论建立无/含水合物-蒙脱石-Na Cl溶液体系的MD和FE数值模型,探讨甲烷水合物形成对蒙脱石表面双电层性质和表面区域电势分布的影响规律及机理。研究结果表明:(1)利用MD模型可获得含水合物条件下蒙脱石表面双电层中Stern层和扩散层的厚度以及溶液中离子的扩散系数,为FE模型提供双电层结构参数与离子运动参数,基于FE模型可分析蒙脱石表面区域电势分布特性;(2)蒙脱石表面形成稳定致密的钠离子层与界面水层,甲烷分子无法在蒙脱石表面生成水合物,因此水合物不影响Stern层而仅侵占部分扩散层区域;水合物形成过程中“排盐效应”使溶液的盐离子浓度增大,对扩散层中Na+产生排斥作用,使扩散层中的部分Na+进入Stern层,导致扩散层变薄;水合物的生长降低了溶液中离子的扩散系数;(3)水合物对扩散层的侵占使得扩散层部分区域的相对介电常数发生变化,引起该区域中电势的非均匀分布;水合物的存在不影响Stern层内的电势分布,但被水合物侵占的扩散层部分相对介电常数变小,引起扩散层内平均电势的升高;随着水合物与黏土颗粒表面距离的增加,平均电势逐渐降低。研究结果可为认识含水合物泥质沉积物中骨架颗粒的电学特性、量化颗粒表面电性参数提供理论和模型基础。

关键词：甲烷水合物黏土矿物双电层电学特性分子动力学有限元数值模拟

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含天然气水合物多孔介质电参数测量系统的仿真实验研究

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实验技术与管理 2018年第8期35卷 139-143,156页

作者：王斌邢兰昌中国石油大学(华东)信息与控制工程学院山东青岛266580

以天然气水合物在多孔介质中生成、分解过程的科研项目为背景,将含水合物介质电参数测量系统部分研究内容引入实验教学,设计了基于有限元数值法的含水合物多孔介质电参数测量仿真实验。基于反应釜及复电阻率测量装置建立数值模型;采用... 详细信息

以天然气水合物在多孔介质中生成、分解过程的科研项目为背景,将含水合物介质电参数测量系统部分研究内容引入实验教学,设计了基于有限元数值法的含水合物多孔介质电参数测量仿真实验。基于反应釜及复电阻率测量装置建立数值模型;采用全波有限元方法对模型中的电磁场进行仿真计算并获得空间电磁分量分布;通过设置不同尺寸的水合物,结合仿真结果后处理,得到不同水合物分布对应的视电学参数。

关键词：教学实验天然气水合物电磁仿真

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基于数值仿真对介电测井中单线导波进行定量分析

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地球物理学进展 2022年第1期37卷 192-200页

作者：黄子轩王斌邢兰昌中国石油大学(华东)控制科学与控制工程学院青岛266580

在地球物理勘探中,介电测井与井眼雷达是重要的地层评估方法,更好地了解电磁波在目标地层中的传播特性,对于优化勘探工具以及提高反演准确率有着重要作用.本文对介电测井中沿金属钻杆传播的单线导波进行了数值模拟和分析,提出了一种对... 详细信息

在地球物理勘探中,介电测井与井眼雷达是重要的地层评估方法,更好地了解电磁波在目标地层中的传播特性,对于优化勘探工具以及提高反演准确率有着重要作用.本文对介电测井中沿金属钻杆传播的单线导波进行了数值模拟和分析,提出了一种对介电测井中的导波进行定量分析的新方法.采用三维的时域有限差分(FDTD)方法计算了不同饱和度下井眼周围的波场,通过监视沿金属钻杆的总体波场的传播情况,在确定导波的强度和损耗因子后,结合从发射天线发射的总功率,可进一步定量计算出导波的耦合效率.仿真结果表明,侧向波衰减远大于导波,且能量耗尽距离随地层水饱和度增加而降低,导波的耦合效率受地层含水饱和度和频率的双重影响,通过在发射天线附近安装斜坡结构,可以降低耦合到导波的能量,提高工具侧向波辐射能力.

关键词：介电测井导波侧向波时域有限差分(FDTD) 单线波导

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基于热声成像的天然气水合物相变界面监测的方法研究

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地球物理学进展 2023年第1期38卷 201-210页

作者：郭亮曾彩虹邢兰昌王斌中国石油大学(华东)控制科学与工程学院青岛266580

在天然气水合物(简称水合物)钻采过程中,动态监测水合物沉积物具有非常重要的现实意义和应用价值.常规探测方法只能判断水合物分解前的大致分布情况,很难获得水合物分解过程中固-液交界面的动态变化和图像.本文将热声耦合引入到水合物... 详细信息

在天然气水合物(简称水合物)钻采过程中,动态监测水合物沉积物具有非常重要的现实意义和应用价值.常规探测方法只能判断水合物分解前的大致分布情况,很难获得水合物分解过程中固-液交界面的动态变化和图像.本文将热声耦合引入到水合物的钻采监测中,首次提出了在瞬态强脉冲激励下水合物产生瞬态相变、并激发相变热声信号的物理机制,导出了脉冲激励与声源之间的耦合方程,提出了基于滤波反投影算法的相变界面成像方法.建立了三维仿真模型,开展了电场和声场耦合分析,在强脉冲激励下求解出了热函数及声压分布.然后模拟超声换能器接收到的声信号,利用声信号对不同半径的水合物重建声源的分布,从声源图像得到水合物的相变界面位置信息.为水合物松散沉积物的研究提供了一种全新的探测方法.

关键词：天然气水合物热声成像相变界面动态监测

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基于虚拟仪器的多通道声发射检测系统设计与开发

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计算机测量与控制 2020年第1期28卷 85-90页

作者：徐源邢兰昌中国石油大学(华东)控制科学与工程学院

针对目前商用声发射检测系统的不足,基于虚拟仪器技术设计并开发了一套多通道声发射检测系统;该系统采用通用高速同步数据采集卡实现对四通道声发射信号的采集,单通道采集频率可调且可达125 MHz,采样长度可调;以LabVIEW为平台开发配套... 详细信息

针对目前商用声发射检测系统的不足,基于虚拟仪器技术设计并开发了一套多通道声发射检测系统;该系统采用通用高速同步数据采集卡实现对四通道声发射信号的采集,单通道采集频率可调且可达125 MHz,采样长度可调;以LabVIEW为平台开发配套的软件,实现对数据采集过程的控制、采集数据的预处理、波形显示和数据保存等功能;利用该系统开展了一维直线和二维平面断铅实验,通过对实验数据进行处理实现了对断铅位置的定位,并从多角度分析了定位误差的来源,依据行业标准对系统的性能实施了定性与定量评价;断铅实验结果表明声发射源定位误差低于传感器阵列中最大传感器间距的5%,验证了所开发系统的可用性,其硬件条件、软件功能以及定位精确度满足行业标准;所提出的声发射检测系统设计方案、实验方法以及数据处理方法将为工业现场声发射检测系统的研发提供有益的借鉴。

关键词：声发射检测系统虚拟仪器断铅实验误差分析

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多孔介质中甲烷水合物聚散过程的交流阻抗谱响应特征

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天然气工业 2016年第3期36卷 120-127页

作者：金学彬陈强邢兰昌刘昌岭郑金吾中国石油大学(华东)信息与控制工程学院国土资源部天然气水合物重点实验室.青岛海洋地质研究所海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室

电学特性实验是探索天然气水合物(以下简称水合物)生成分解过程及其动力学特征的有效技术手段。较之于过去单一的仅对电阻率参数进行测试的实验方法,交流阻抗谱测试方法可以获得一定频率范围内被测体系的阻抗(包括电阻、电抗)特性变化规... 详细信息

电学特性实验是探索天然气水合物(以下简称水合物)生成分解过程及其动力学特征的有效技术手段。较之于过去单一的仅对电阻率参数进行测试的实验方法,交流阻抗谱测试方法可以获得一定频率范围内被测体系的阻抗(包括电阻、电抗)特性变化规律,从而有助于更全面深入地认识水合物的电学性质特征。为此,设计了甲烷水合物交流阻抗谱测试系统,以甲烷水合物一多孔介质一浓度为3.5%的盐水为研究体系,测试了水合物在多孔介质内合成与分解过程中研究体系的阻抗谱,并分析了阻抗谱特征参数随水合物饱和度变化的规律。结果表明:①采用激发源的不同频率测试的结果差异明显,在低测试频率(0.1~10.6 Hz)下,测试体系的水合物饱和度与阻抗谱参数之间未表现出明显的规律性关系,而在中高测试频率(101.8 Hz^1 MHz)下,阻抗谱参数随着测试体系水合物饱和度的增加而增加;②当测试频率为101.8Hz、1 114Hz和10 746 Hz时,在一定的误差允许范围内,测试体系的阻抗谱参数与水合物饱和度之间符合单调递增的线性关系;③阻抗幅值的频散特性与水合物饱和度之间存在着明显的对应关系。

关键词：天然气水合物电学特性合成与分解过程交流阻抗谱测试方法多孔介质水合物饱和度频散特性

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Needs and challenges of optical atmospheric monitoring on the background of carbon neutrality in China

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Frontiers of Environmental Science & Engineering 2024年第6期18卷 49-62页

作者： Wenqing Liu Chengzhi xing Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics Hefei Institutes of Physical ScienceChinese Academy of SciencesHefei 23001China

The achievement of the targets of coordinated control of PM2.5 and O3 and the carbon peaking and carbon neutrality depend on the development of pollution and greenhouse gas monitoring *** monitoring technology,based on its technical characteristics of high scalability,high sensitivity and wide-targets detection,has obvious advantages in pollution/greenhouse gases monitoring and has become an important direction in the development of environmental monitoring *** present,a system of environmental optical monitoring technology with differential optical absorption spectroscopy(DOAS),cavity ring-down spectroscopy(CRDS),light detection and ranging(LIDAR),laser heterodyne spectroscopy(LHS),tunable diode laser absorption spectroscopy(TDLAS),fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)and fluorescence assay by gas expansion(FAGE)as the main body has been ***,with the promotion of“reduction of pollution and carbon emissions”strategy,there have been significant changes in the sources of pollution/greenhouse gases,emission components and emission concentrations,which have put forward new and higher requirements for the development of monitoring *** the future,we should pay more attention to the development of new optical monitoring techniques and the construction of stereoscopic monitoring system,the interdisciplinarity(among mathematics,physics,chemistry and biology,etc.),and the monitoring of greenhouse gases and research on atmospheric chemistry.

关键词： Pollution Greenhouse gas Optical atmospheric monitoring Needs and challenges

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Distributed Fault-Tolerant Control of Uncertain Multi-Agent Systems with Connectivity Maintenance

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Journal of Systems Science & Complexity 2024年第1期37卷 40-62页

作者： xing Xueyan HU Guoqiang Continental-NTU Corporate Lab Nanyang Technological UniversitySingapore 639798Singapore Continental-NTU Corporate Lab and the School of Electrical and Electronic Engineering Nanyang Technological UniversitySingapore 639798Singapore

In this paper,a distributed cooperative control protocol is presented to deal with actuator failures of multi-agent systems in the presence of connectivity *** the developed strategy,each agent can track the reference trajectory of the leader in the presence of actuator failures,disturbances and *** connectivity of the multi-agent system can always be ensured during the control *** achieve the aforementioned control objectives,a potential function is introduced to the distributed adaptive fault-tolerant control algorithm to preserve the initial connected network among the *** uncertainty of the multi-agent system,which is allowed to be described by discontinuous functions,is approximated and compensated using the fuzzy logic *** asymptotic stability of the closed-loop system is demonstrated through the use of Cellina’s approximate selection theorem of nonsmooth *** to the developed adaptive laws,the upper bound of the disturbance is allowed to be uncertain,which facilitates the implementation of the control ***,simulation results are provided to verify the effectiveness of the proposed control scheme.

关键词： Actuator failure connectivity maintenance coordination control uncertainties

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