试用频率法设计串联超前校正装置,使系统的相角裕量为,静态速度误差系数,幅值裕量。
课程设计报告
题 目 用频率法设计串联超前校正装置
课 程 名 称 自动控制原理 院 部 名 称 机电工程学院 专 业 自动化 班 级 12自动化2班 学 生 姓 名 学 号 课程设计地点 C214 课程设计学时 1周 指 导 教 师 陈丽换
金陵科技学院教务处制
目录
一、设计目的 (1)
二、设计的内容、题目与要求 (1)
2.1 设计的内容 (1)
2.2 设计的条件 (1)
2.2 设计的要求 (1)
2.2 设计的题目 (2)
三、设计原理 (2)
四、设计的方法与步骤 (3)
4.1 分析校正前的传递函数 (3)
4.1.1 求开环增益
K (3)
4.1.2 求校正前闭环系统特征根 (3)
4.1.3 绘制校正前Bode图判断系统稳定性 (3)
4.2 求解串联超前校正装置 (4)
4.2.1 一次校正系统分析 (4)
4.2.2 二次校正系统分析 (6)
4.3 分析校正后的传递函数 (6)
4.3.1 求校正后闭环系统特征根 (6)
4.3.2 绘制校正后的Bode图判断系统稳定性 (7)
4.4 求校正前后各种响应 (8)
4.5 求校正前后的各种性能指标 (13)
4.6 绘制系统校正前后的根轨迹图 (14)
4.7 绘制系统校正前后Nyquist图判断系统稳定性 (16)
五、课程设计心得体会 (18)
六、参考文献 (19)
\
一、设计目的
1、掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。
2、学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。
二、设计内容、题目与要求
2.1设计内容：
1、查阅相关书籍材料并学习使用Mutlab 软件
2、对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析
3、绘制根轨迹图、Bode 图、Nyquist 图
4、设计校正系统以满足设计要求 2.2设计条件：
已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为
m m 1m 2012m
n n 1n 2012n b b b b ()s s s G s a s a s a s a ----+++
+=
+++
+ （n m ≥）。
参数n 210a ,a ,a ,a 和m 210b ,b ,b ,b 以及性能指标要求 2.3设计要求：
1、首先， 根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正，使其满足工作要求。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环传递函数，校正装置的参数T ，α等的值。
2、利用MATLAB 函数求出校正前与校正后系统的特征根，并判断其系统是否稳定，为什么?
3、利用MATLAB 作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系？求出系统校正前与校正后
的动态性能指标σ%、tr 、tp 、ts 以及稳态误差的值，并分析其有何变化？ 4、绘制系统校正前与校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇合点及与虚轴交点的坐标和相应点的增益K *
值，得出系统稳定时增益K *
的变化范围。绘制系统校正前与校正后的Nyquist 图，判断系统的稳定性，并说明理由？
5、绘制系统校正前与校正后的Bode 图，计算系统的幅值裕量，相位裕量，幅值穿越频率和相位穿越频率。判断系统的稳定性，并说明理由？ 2.4设计题目：
K G(S)S(0.0625S 1)(0.2S 1)
=
++， 试用频率法设计串联超前校正装置，使系统的
相角裕量为030，静态速度误差系数1v K 40s -=，幅值裕量1012dB ~。
三、设计原理
无源超前网络的电路图如下图所示
其中复阻抗2211,1R Z CS
R R
Z =+=
超前校正装置的传递函数为：
Ts aTs
a Cs R R R R Cs R R R R Z Z Z s U s U s G s G r c ++?=+++?+=+==
=11111)()()()(2
1211212212c
令),12
121221R R C
R R T R R R a =>+=
（ 无源超前网络对数频率特性如下
显然超前网络对频率在1/aT 到1/T 之间的输入信号有明显的微分作用。用频率响应发设计无源超前网络可归纳为以下几个步骤： （1） 根据系统稳态误差要求，确定开环增益K
（2）根据已确定的开环增益K ，计算未校正系统的相角裕度和幅值裕度 （3）根据已校正系统希望的截止频率计算超前网络参数a 和T 。
四、设计方法与步骤
4.1分析校正前传递函数
4.1.1静态速度误差系数140-=s K V 可求得0K
由 40)(lim 0
=→s sG s 解得1
0s 40-=K 4.1.2利用MATLAB 编程求校正前闭环特征系统特征根，并判断其稳定性。
因为系统开环传递函数为1)
1)(0.2S S(0.0625S 40
)S (++=
G
得到闭环系统特征方程为0402625.00125
.023=+++S S S 运行程序：>> clear
>> a=[0.0125 0.2625 1 40] >> p=roots(a) 得到结果：p =
-23.4187 1.2094 +11.6267i 1.2094 -11.6267i
由编程结果知，存在S 右半平面的闭环特征根，所以校正前系统不稳定。 4.1.3利用MATLAB 编程得到校正前Bode 图、计算系统的幅值裕量，相位裕量，幅值裕量、穿越频率和相位穿越频率。判断系统的稳定性。 运行程序：>> a=[40]
>> b=[0.0125 0.2625 1 0] >> sys=tf(a,b)
>> [Gm,Pm,Wcp,Wcg]=margin(sys) >> margin(sys)
得到校正前系统的Bode 图
即校正前系统幅值裕量dB L 6.5k -= -π穿越频率s rad g /9443.8=ω
相角裕量o
r 78.14-= 剪切频率s rad c /1343.12=ω 因为相角裕量o
o
3078.14r <-=且幅值裕量 dB dB L 105250.0k <=,都不满足要求所以原系统不稳定，待校正。 4.2求解串联超前校正装置 4.2.1一次校正系统分析
由相角裕量、幅值裕量和设计条件确定串联超前校正转置的参数，从而得到串联超前网络传递函数和校正后开环传递函数。
由期望的相角裕量r ，计算校正系统应提供的超前角最大值m ?
ε?+-=1m r r
（因为未校正系统的开环对数幅频特性在剪切频率处的斜率为-40dB/dec ，一般取010~5o =ε）
所以o o m 78.54)10~578.1430=++=o o o （? 又因为1
1
arcsin
+-=a a m ? 解得923.9a = 0)(lg 20lg 10'
=+c A a ω 由未校正bode 图得s rad c /6.19'=ω
则0162.0'1
1
==
=
a
a
T c m ωω 所以校正装置传递函数1
0162.01
1608.0)12.0)(10625.0(40)()(++++=s s s s s S G S G c
校正后系统的开环传递函数为
1
0162.01
1608.0)12.0)(10625.0(40)()(++++=
s s s s s S G S G c
运行程序：>> clear >> a=40
>> b=[0.0125 0.2625 1 0] >> s1=tf(a,b) >> c=[0.1608 1] >> d=[0.0162 1] >> s2=tf(c,d) >> s=s1*s2
>> [Gm,Pm,Wcp,Wcg]=margin(s) >>margin(s) 得到系统校正后的Bode 图如下
即校正后系统幅值裕量dB L 76.6k = -π穿越频率s rad g /9.29=ω 相角裕量o r 2.18= 剪切频率s rad c /7.19=ω
4.2.2二次校正系统分析
综上可知，相角裕度和幅值裕度不符合要求，所以考虑再次加入串联超前校正系统进行二次校正。
故需加入o o m 8.21)10~52.1830=+-=o o o （? 又因为1
1
arcsin
+-=a a m ? 解得1816.2a = 0)(lg 20lg 10'
=+c A a ω 由一次校正后bode 图得s rad c /4.24''=ω 则0277.0''1
1
==
=
a
a
T c m ωω
所以校正装置传递函数1
0277.01
0604.0)('++=s s S G c
校正后系统的开环传递函数为
1
0277.01
0604.010162.011608.0)12.0)(10625.0(40)(')()(++++++=
s s s s s s s S G S G S G c c
4.3分析校正后传递函数
4.3.1利用MATLAB 编程求校正后闭环特征系统特征根，并判断其稳定性。 运行程序:>>clear
>> g=[0.3885 8.848 40]
>> h=[5.609e-006 0.0006665 0.02447 0.6949 9.848 40] >> sys=tf(a,b) >> z=roots(g) >> p=roots(h)
得到结果：z = -16.5558 -6.2190 p =
-80.5802 -7.5494 +27.6907i -7.5494 -27.6907i -16.7238
-6.4240
可知闭环特征根全部在左半平面，所以系统稳定。
4.3.2利用MATLAB 编程得到校正后系统的Bode 图、计算系统的幅值裕量，相位裕量，幅值穿越频率和相位穿越频率。判断系统的稳定性. 运行程序：>> clear >> a=40
>> b=[0.0125 0.2625 1 0] >> s1=tf(a,b)
>> c=conv([0.1608 1],[0.0604 1])
>> d=conv([0.0162 1],[0.0277 1]) >> s2=tf(c,d) >> s3=s1*s2
>> [Gm,Pm,Wcp,Wcg]=margin(s3) >>margin(s3) 得到二次校正后系统的Bode 图
即二次校正后系统幅值裕量dB L 23.9k = -π穿越频率s rad g /4.45=ω 相角裕量o r 7.30= 剪切频率s rad c /4.24=ω 所以系统稳定。
4.4利用MATLAB作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃响应曲线，单位斜坡响应曲线
（1）校正前单位脉冲响应
运行程序：>> a=40
>> b=[0.0125 0.2625 1 0]
>> s1=tf(a,b)
>> s2=feedback(s1,1)
>> impulse(s2)
>> xlabel('时间/s')
>> ylabel('幅值')
>> title('校正前系统单位脉冲响应')
得到系统校正前的单位脉冲响应曲线
分析：校正前系统不稳定，其单位脉冲响应发散，稳态误差为无穷大
（2）校正后单位脉冲响应
运行程序：>> a=40
>> b=[0.0125 0.2625 1 0]
>> c=conv([0.1608 1],[0.0604 1])
>> d=conv([0.0162 1],[0.0277 1])
>> s1=tf(a,b)
>> s2=tf(c,d)
>> s3=feedback(s1*s2,1)
>> impulse(s3)
>> xlabel('时间/s')
>> ylabel('幅值')
>> title('校正后系统单位脉冲响应')
得到系统校正后的单位脉冲响应曲线
分析：校正后系统稳定，其单位脉冲响应的稳态误差几乎为零（3）校正前单位阶跃响应
运行程序：>> a=40
>> b=[0.0125 0.2625 1 0]
>> s1=tf(a,b)
>> s2=feedback(s1,1)
>> step(s2)
>> xlabel('时间/s')
>> ylabel('幅值')
>> title('校正前系统单位阶跃响应')
得到系统校正前的单位阶跃响应曲线
分析：校正前系统不稳定，其单位阶跃响应发散，稳态误差为无穷大（4）校正后单位阶跃响应
运行程序：>> a=40
>> b=[0.0125 0.2625 1 0]
>> c=conv([0.1608 1],[0.0604 1])
>> d=conv([0.0162 1],[0.0277 1])
>> s1=tf(a,b)
>> s2=tf(c,d)
>> s3=feedback(s1*s2,1)
>> step(s3)
>> xlabel('时间/s')
>> ylabel('幅值')
>> title('校正后系统单位阶跃响应')
得到系统校正后的单位阶跃响应曲线
分析：校正后系统稳定，其单位阶跃响应误差为零
（5）校正前单位斜坡响应
斜坡响应没有直接的函数，但可以通过阶跃信号积分得到，因此相当于将原来的闭环传递函数乘以一个积分环节再对其求阶跃响应。
运行程序：>> a=40
>> b=[0.0125 0.2625 1 0]
>> s1=tf(a,b)
>> s2=feedback(s1,1)
>> e=1
>> f=[1 0]
>> s3=tf(e,f)
>>s4=s2*s3
>> step(s4)
>> xlabel('时间/s')
>> ylabel('幅值')
>> title('校正前系统单位斜坡响应')
得到系统校正前的单位斜坡响应曲线
分析：校正前系统不稳定，其单位斜坡响应发散，稳态误差为无穷大。（6）校正后单位斜坡响应
运行程序：>> a=40
>> b=[0.0125 0.2625 1 0]
>> c=conv([0.1608 1],[0.0604 1])
>> d=conv([0.0162 1],[0.0277 1])
>> e=1
>> f=[1 0]
>> s1=tf(a,b)
>> s2=tf(c,d)
>> s3=feedback(s1*s2,1)
>> s4=tf(e,f)
>> step(s3*s4)
>> xlabel('时间/s')
>> ylabel('幅值')
>> title('校正后系统单位斜坡响应')
分析：校正后系统稳定，其单位斜坡响应的稳态误差几乎为零。
4.5利用MATLAB编程求系统校正前后的动态性能指标
因为系统校正前不稳定，不好求其动态性能指标，因此只分析校正后的系统动态性能指标。
运行程序：>>a=[0.3885 8.8480 40.0000]
>> b=[5.609e-006 0.0006665 0.02447 0.6949 9.848 40]
>>[y,x,t]=step(a,b) %求单位阶跃响应>> final=dcgain(a,b) %求响应的稳态值
>> ess=1-final %求稳态误差
>> [ym,n]=max(y) %求响应峰值和对应下标
>> chaotiao=100*(ym-final)/final %求超条量
>> tp=t(n) %求峰值时间
>> n=1
>> while y(n)<0.1*final
n=n+1
End
>> m=1
>> while y(m)<0.9*final
m=m+1
End
>> tr=t(m)-t(n) %求上升时间
>> k=length(t)
>> while(y(k)>0.98*final)&(y(k)<1.02*final) k=k-1 end
>> ts=t(k) %求调节时间
得到校正后系统的性能指标：上升时间s t r
0492.0=，峰值时间s t p 1266.0=，
调节时间%)2(4923.0±=s t s
，超调量%3432.43%=σ，稳态误差0=ess
4.6绘制系统校正前与校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇合点及与虚轴交点的坐标和相应点的增益K *值，得出系统稳定时增益K *的变化范围。 （1）校正前根轨迹图 运行程序：>> a=[1]
>> b=[0.0125 0.2625 1 0] >> rlocus(a,b)
>> title('校正前根轨迹')
>> rlocfind(a,b)
selected_point = -2.2514
ans =1.0635 得到校正前根轨迹图
分析：
①求分离点和汇合点：
将根轨迹放大，移动十字架，将十字架中心移动到分离点和汇合点出，按回车键，得到分离点和汇合点坐标为（-2.2514，0），此时0635.1=*
K
②求与虚轴交点
在MATLAB 图像趋于中点出根轨迹与虚轴的交点，图像上会显示出该点的坐标和对应增益值，由图像可知根轨迹与虚轴的交点为i)87.80±，（，对应增益
6.20=*K ，可以得出当6.200<<*
K 时，不存在右半平面得特征根，因此，使闭
环系统稳定的增益K *变化范围为6.200<<*K （2）校正后根轨迹分析
运行程序：>>a=1
>> b=[0.0125 0.2625 1 0] >> c=conv([0.1608 1],[0.0604 1]) >> d=conv([0.0162 1],[0.0277 1]) >> s1=tf(a,b) >> s2=tf(c,d) >> s3=s1*s2 >> rlocus(s3)
>> title('校正前根轨迹') >> rlocfind(s3)
selected_point = -3.1788 ans =2.0318
得到校正后根轨迹图
分析：
①求分离点和汇合点：
将根轨迹放大，移动十字架，将十字架中心移动到分离点和汇合点出，按回车键，得到分离点和汇合点坐标为（-3.1788，0），此时0318.2=*K ②求与虚轴交点
在MATLAB 图像趋于中点出根轨迹与虚轴的交点，图像上会显示出该点的坐标和对应增益值，由图像可知根轨迹与虚轴的交点为i)450±，（，对应增益 114=*K ，可以得出当1140<<*K 时，不存在右半平面得特征根，因此，使闭环系统稳定的增益K *变化范围为1140<<*K
4.7绘制系统校正前与校正后的Nyquist 图，判断系统的稳定性，并说明理由？ （1）校正前Nyquist 图 运行程序：>> a=[40]
>> b=[0.0125 0.2625 1 0] >> nyquist(a,b)
>> title('校正前Nyquist 曲线') 得到校正前Nyquist 曲线
分析：由开环传递函数看出没有开环极点在右半平面，故P=0，又因为存在一个积分环节，因此要从+=0ω处向上补画
2
π
，最后从图中可以得R=-1，因为R=P-Z ，所以Z=2。根据奈氏判据得校正前闭环系统不稳定。 （2）校正后Nyquist 图 运行程序：>> a=[40] >> b=[0.0125 0.2625 1 0]
>> c=conv([0.1608 1],[0.0604 1]) >> d=conv([0.0162 1],[0.0277 1]) >> s1=tf(a,b) >> s2=tf(c,d)
>> s=s1*s2 >> nyquist(s)
>> title('校正后Nyquist 曲线') 得到校正后Nyquist 曲线
抽水试验分析报告.docx
水文地质抽水试验报告一、工程概述及试验目的 秣周车辆段与综合基地位于秣周路站东南侧，双龙大道与前庄南路之间。根据建设方提供的最新秣周车辆段与综合基地总平面布置图，车辆基地为西南~东北向呈梯形状，长约 730~912m，宽度在300m左右。 按照南京地铁三号线工程地质勘察招标文件的有关要求，以及场地水文地质条件，我公 司在秣周车辆基地场地内进行了水文地质试验。 本次水文地质抽水试验的主要目的是为了查明该地区地下水类型、水位及地下水动态等水文地质条件，为后续施工防渗排水方案优化设计提供科学依据。 试验的预期成果有： 1、确定场区含水层③-2c3+d3-4的渗透系数 2、估算含水层的影响半径； 3、单位涌水量； 本次抽水试验的执行标准和技术要求为： 1、《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》GB50307-1999 2、《岩土工程勘察规范》GB50021-2001 二、场地工程地质及水文地质条件 （一）、场区地形地貌 拟建场地位于南京市江宁区绕越高速南侧，南京协鑫生活污泥发电有限公司以北，东北 侧位前庄南路，西南为双龙大道。东北部原为江丘垂钓中心，垂钓中心内有多处鱼塘，垂钓中 心南侧为南京民光汽车贸易有限公司及青源产业园，有部分低层建筑。场地东北部有少量低层 建筑，详勘期间青源产业园已拆除。场地内的沟塘众多，深浅不一。场地地形略有起伏，陆域 地面高程在7.05~14.66m 之间，水域水底高程 5.54~7.32m 之间。详勘期间场地内的沟塘已大 部分被清淤填埋。 场地地貌单元为秦淮河冲积平原。 （二）、场区地层 试验报告
地层层号 名称① -1a杂填土①-1杂填土①-2素填土 岩土层分布特征 颜色状态特征描述 黄灰、褐 由碎砖、碎石、瓦片混粉质粘土填积，均匀性较差，局 松散部夹有大量混凝土块和块石，最大块径超过 1m。填龄不色、灰色 足1年。 褐色、黄松散 ~稍由碎砖、碎石、瓦片混粉质粘土填积，均匀性较差，道灰、灰色密路上为沥青路面和路基垫层。填龄在 5 年以上。 灰黄、灰 软~可塑 由粉质粘土混少量碎砖、碎石填积，局部夹植物根系，色均匀性较差，填龄在 10 年以上。 淤泥、淤泥 ①-3 质填土 粘土、②-1b2-3 粉质粘土 粉质粘土、②-2b4淤泥质粉 质粘土 ② -3b2-3粉质粘土 ③ -1b1-2粘粉质粘 土 ③-2c3+d3-4粉土夹粉 砂 ③ -3b1-2粉质粘土 ③ -3b2-3粉质粘土 淤泥质粉 ③ -3b3-4质粘土、粉 质粘土 ③ -4b2-3粉质粘土 ③粘土、粉质-4a3-4+b3-4粘土 ③粉细砂夹-4c1-2+d1-2粉土 含卵砾石 ③ -4e 粉细砂 强风化泥K1g-2 质粉砂岩 灰色、灰流塑 黑色 灰黄、黄 软- 可塑 灰色 灰色流塑 灰色软- 可塑 灰黄、褐 可- 硬塑 黄色 灰黄色稍密 灰黄色、 硬- 可塑 灰色 灰色软- 可塑 灰色流- 软塑 软- 可塑 灰色（局部 硬塑） 灰色软- 流塑 黄灰、灰中密-密 色实 黄灰、灰中密-密 色实 棕红色砂土状 含腐植物，夹有少量碎砖。分布于暗塘及沟塘底部。 饱和，无摇振反应，切面稍有光泽，干强度、韧性中 等偏高。 饱和，局部夹薄层粉土，具水平沉积层理。无摇振反应， 切面稍有光泽，干强度、韧性中等， 饱和，切面稍有光泽，干强度、韧性中等。 局部为粘土，见少量铁锰质结核。无摇振反应，切面有 光泽，干强度、韧性中等偏高。 饱和，粉砂局部松散，夹薄层粉质粘土，具水平层理。 摇振反应迅速，无光泽反应，干强度和韧性低。 局部为粘土。摇振反应轻微，光泽反应弱，干强度、韧 性中等偏低。 饱和，夹薄层粉土。无摇振反应，切面稍有光泽，干 强度、韧性中等偏低。 饱和，局部为淤泥质粘土。无摇振反应，切面稍有光泽， 干强度、韧性中等偏低。 饱和，局部混团块状粉细砂。无摇振反应，切面稍有 光泽，干强度、韧性中等偏低。 饱和，局部为淤泥质粉质粘土，无摇振反应，切面稍 有光泽，干强度、韧性中等偏低。 饱和，夹薄层粉质粘土，局部有少量直径大于10cm的胶结 砂。摇振反应迅速，无光泽反应，干强度和韧性低。 混软 - 可塑粉质粘土，卵砾石含量不均匀，一般 5%~25% 不 等，粒径 2~6cm，少量大于 10cm，呈亚圆形，成份以 石英砂岩为主。 风化强烈，岩石结构完全破坏，岩芯呈砂土状及柱状， 手捏易碎，胶结较差，岩芯呈短柱状，取芯率 60～ 100％。 试验报告
单摆测量重力加速度实验的误差分析
图1 单摆受力分析 单摆测量重力加速度实验的误差分析 吉恒 （云南省通海县第二中学，云南，玉溪 652701） 单摆实验是普通物理的基本实验之一, 同时也是必做实验之一。其原理简单、易懂，原则上只要在同一地点进行实验，都应得到相同结果，但在实际操作过程中一些不可避免的因素会影响实验结果的精确度。为提高实验的精确度，减小各种不可避免因素给实验结果带来的影响，本文从以下几方面着手对此实验进行分析和研究。 首先，对摆角进行分析，因为随摆角大小的变化，摆遵循的运动规律是不一样的。在实验原理中，一般是把它理想化地当作简谐运动来处理，让其满足简谐运动的运动方程，然后来求解其周期公式，事实上这是有条件限制的。因此本文采用了增维精细积分的方法来讨论单摆在什么样的摆角情况下才能够做线性动力学分析，也就是单摆满足简谐运动运动规律的摆角范围。 其次，单摆摆长的测量也是引起实验误差的原因之一。本文就单摆摆长的不同测量方法带来的B 类标准不确定度（由实验仪器的精确度引进）进行计算、分析、比较，以选取最佳测量方法。 1．单摆测量重力加速度的实验原理 如图1所示，单摆就是用一根不可伸长的轻线悬挂一个小球, 使其可绕摆的支点O 做摆动, 当小球作摆角很小的摆动时就是一个单摆。 设小球的质量为m , 其质心到支点o 的距离为l (摆长) 。建立自然坐标系，根据受力分析，作用在小球上的切向力的大小为θsin mg ,方向总指向平衡点o ', 当θ 很小时, 有θθ≈sin , 此时切向力的大小近似为θmg 。 法向，绳的张力和重力的分力相平衡。根据牛顿第二 运动定律,质点动力学方程为： t ma mg θ=- 因22dt d l a t θ=，代入上式得 22d g dt l θθ=- （1） 上式即为单摆的运动微分方程。 对上式移项得到 022=+θθl g dt d 若令
关于起钻时安全油气上窜速度探讨
关于起钻时安全油气上窜速度探讨目前，中石化对进入气层后起钻前的油气上窜速度要求十分严格， 比如中石化安全技术规范Q/SHS0003.1-2004中规定油气上窜速度不 得高于10m/h，川东北含硫天然气井安全技术规范中规定起钻前油气上窜速度不得高于30m/h，而中石油或石油天然气行业标准并无如此规定，比如钻井井控技术规程SY/T6426-2005、石油天然气安全规程AQ2012-2007中并未在起钻前有如此规定。近几年的生产管理统计结果表明，这些规定并未有效起到防止出现井涌溢流等复杂情况及事故，反而给生产管理带来很大的难度，不但增加了井漏及井控风险，也加重了对油气层的污染程度，并严重影响开发进度。下面就起钻 前油气上窜速度控制什么范围内合理进行探讨： 一、天然气在井筒中的运动规律 天然气在储层中根据组分的不同一般以气态或者气液两相存在，由 于储层压力很高，气体被高度压缩，相对密度较大。当储层被揭开后，储层岩屑气、交换气（储层压力低于钻井液液柱压力）、溢流气（储层压力高于钻井液液柱压力）变混入钻井液中，天然气气泡此时的受力主要为浮力（F浮）、自身重力G和界面张力（N界面）。
上窜的主要动力F上窜=（F浮-G）-N界面（1） 其中F浮应遵循阿基米德定律，F浮=ｐ钻井液gV=ｐgпr3（2） 自身重力G=ｐ天然气Vg（3） 界面张力与钻井液结构强度及气泡表面积有关N界面 =k..S=k.4/3пr2（4） 由上面的关系式可以知道，如果密度差产生的上浮力（F浮-G）大于界面张力，气泡就能自动加速上升，如果界面张力大于上浮力，气泡就被包在钻井液中不上升，但现场一般都要求钻井液具有良好的脱气性，钻井液胶粒之间的结构力以及与气泡间的界面张力一般都小于上浮力（遇到井塌后大幅提高粘切的钻井液及高粘切的堵漏浆除外），因此，天然气进入钻井液中后会自动上升。 当液柱压力已经高于地层压力时，储层气体不会大量自动进入井筒（即无溢流气），但在一段时间内还存在少量交换气和渗透气进入井筒，如果为了降低后效全烃值而不断提高钻井液密度，这将导致进
抽水试验确定渗透系数的方法及步骤要点
抽水试验确定渗透系数的方法及步骤 1.抽水试验资料整理 试验期间，对原始资料和表格应及时进行整理。试验结束后，应进行资料分析、整理，提交抽水试验报告。 单孔抽水试验应提交抽水试验综合成果表，其内容包括：水位和流量过程曲线、水位和流量关系曲线、水位和时间(单对数及双对数)关系曲线、恢复水位与时间关系曲线、抽水成果、水质化验成果、水文地质计算成果、施工技术柱状图、钻孔平面位置图等。并利用单孔抽水试验资料编绘导水系数分区图。 多孔抽水试验尚应提交抽水试验地下水水位下降漏斗平面图、剖面图。 群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验还应提交抽水孔和观测孔平面位置图(以水文地质图为底图)、勘察区初始水位等水位线图、水位下降漏斗发展趋势图(编制等水位线图系列)、水位下降漏斗剖面图、水位恢复后的等水位线图、观测孔的S－t、S－lg t曲线[注]、各抽水孔单孔流量和孔组总流量过程曲线等。 注意：（1）要消除区域水位下降值；（2）在基岩地区要消除固体潮的影响；3）傍河抽水要消除河水位变化对抽水孔水位变化的影响。 多孔抽水试验、群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验均应编写试验小结，其内容包括：试验目的、要求、方法、获得的主要成果及其质量评述和结论。 2. 稳定流抽水试验求参方法 求参方法可以采用Dupuit 公式法和Thiem公式法。 (1) 只有抽水孔观测资料时的Dupuit 公式 承压完整井： 潜水完整井： 式中K——含水层渗透系数(m/d); Q——抽水井流量(m3/d); sw——抽水井中水位降深(m); M——承压含水层厚度(m); R——影响半径(m); H——潜水含水层厚度(m); h——潜水含水层抽水后的厚度(m); rw——抽水井半径(m)。 (2) 当有抽水井和观测孔的观测资料时的Dupuit 或Thiem公式
油气上窜速度计算
油气上窜速度计算 在钻井过程中，当钻穿油、气层后，因某种原因起钻，而到下次下钻循环时，常有油气侵现象，这就是在压差作用下的油气上窜。单位时间内油气上窜的距离称油气上窜速度，其计算公式如下： V=H/T 其中：H=H1—H2 H2=排量（l/s）×未气侵泥浆返出时间（s）/每米井眼环空容积（l/m）式中：V—油气上窜速度，米/小时。 H—油气上窜高度，米。 T—静止时间，小时。 H1—油气层深度，米。 H2—未气侵泥浆的深度，米。 H – 60Q/V ·(T 1-T 2 ) u＝＝———―――――――――――― (1—4一1) T 上式中u——油气上窜速度，m／h； H——油气层深度，m； Q——钻井泵排量，L/s； T 1 ——见到油气显示时间，min； T 2 ——下完钻后的开泵时间，min； V----单位长度井眼环空的理论容积，L／m； T ——井内钻井液静止时间，min。 例：某井在2 160 m钻遇油气层后即循环钻井液，18：00开始停泵起钻，次日14：00下完钻开泵，开泵后14：20发现钻井液油气侵，当时钻井泵排量为18 L/s，该井环形空间每1 m容积为24 L，问油气上窜速度是多少? 解：由题意已知： H=2 160 m，Q=18 L/s，V=24 L／m T 1=14：20，T 2 =14：00 R=(24—18)+14=20 h 将已知数据代入式(14-1)，则 H – 60Q/V ·(T 1-T 2 ) 2160- (60×18)/24 ×(14：20-14：00) U==------------------------ == ---------------------------------------==63 (m／h) T 20 答：该井油气上窜速度为63 m／h。
用单摆测定重力加速度实验注意事项及误差分析
用单摆测定重力加速度实验注意事项及误差分析 （河北内邱中学 袁振卓 邮编：054200） 1、实验原理 单摆的偏角很小（小于010）时，其摆动可视为简谐运动，摆动周期为 2L T g π =，由此可得224g L T π=。从公式可以看出，只要测出单摆的摆长L 和摆动周期T ，即可计算出当地的重力加速度。 2、注意事项 ⑴实验所用的单摆应符合理论要求，即线要细、轻、不伸长，摆球要体积小质量大（密度大），并且偏角不超过010。 否符合要求，振动是圆锥摆还是在同一竖直平面内振动以及测量哪段长度作为 ⑵单摆悬线上端要固定，即用铁夹夹紧，以免摆球摆动时摆线长度不稳定。 ⑶摆球摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆，如图1所示。若形成的圆锥摆的摆线与竖直方向的夹角为α，则摆动的周期为cos 2L T g α π =，比相同摆长的单摆周期小，这时测得的重力加速度值比标准值大。 ⑷计算单摆振动次数时，以摆通过最低位置时进行计数，且在数“零”的同时按下秒表，开始计数。这样可以减小实验误差。 ⑸为使摆长测量准确，从而减小实验误差，在不使用
摆长等等。只要注意了上面这些方面，就可以使系统误差减小到远远小于偶然误差而忽略不计的程度。 ⑵本实验偶然误差主要来自时间（即单摆周期）的测量上。因此，要注意测准时间（周期）。要从摆球通过平衡位置开始计时，并采用倒计时的方法，不能多记振动次数。为了减小偶然误差，应进行多次测量然后取平均值。 ⑶本实验中长度（摆线长、摆球的直径）的测量时，读数读到毫米位即可（即使用卡尺测摆球直径也需读到毫米位）。时间的测量中，秒表读数的有效数字的末位在“秒”的十分位即可。 4、实验数据处理方法 ⑴求平均值法 在本实验中要改变摆长， 并进行多次测量，以求重力 加速度g 的平均值，如右表。 ⑵图象法 ①图象法之一：2T －L 图象 由单摆周期公式可以推出：22 4g L T π = ?，因此分别测出一系列摆长L 对应 的周期T ，作L －2T 图象，图象应是一条通过原点的直线，求出图线的斜率k ， 次数 1 2 3 4 平均值 L T g 根据2L T g π=得：22 4T L g π=，作出2T －L 图象，求出斜率k ，则2 4g k π=。 ②图象法之二：L －2T 图象
抽水试验报告-1
抽水试验报告-1
一、工程概述及试验目的 秣周车辆段与综合基地位于秣周路站东南侧，双龙大道与前庄南路之间。根据建设方提供的最新秣周车辆段与综合基地总平面布置图，车辆基地为西南~东北向呈梯形状，长约730~912 m 宽度在300m左右。 按照南京地铁三号线工程地质勘察招标文件的有关要求，以及场地水文地质条件，我公司在秣周车辆基地场地内进行了水文地质试验。 本次水文地质抽水试验的主要目的是为了查明该地区地下水类型、水位及地下水动态等水文地质条件，为后续施工防渗排水方案优化设计提供科学依据。 试验的预期成果有： 1、确定场区含水层③-2c3+d3-4的渗透系数 2、估算含水层的影响半径； 3、单位涌水量； 本次抽水试验的执行标准和技术要求为： 1、《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》GB50307-1999 2、《岩土工程勘察规范》GB50021-2001 二、场地工程地质及水文地质条件
间。详勘期间场地内的沟塘已大部分被清淤填埋。 场地地貌单元为秦淮河冲积平原。 （二）、场区地层
①-1a 杂填土黄灰、褐 色、灰色 松散 由碎砖、碎石、瓦片混粉质粘土填积，均匀性较差，局 部夹有大量混凝土块和块石，最大块径超过1m。填龄 不足1年。 ①-1 杂填土褐色、黄 灰、灰色 松散~稍 密 由碎砖、碎石、瓦片混粉质粘土填积，均匀性较差，道 路上为沥青路面和路基垫层。填龄在5年以上。 ①-2 素填土灰黄、灰 色 软~可塑 由粉质粘土混少量碎砖、碎石填积，局部夹植物根系， 均匀性较差，填龄在10年以上。 ①-3 淤泥、淤泥 质填土 灰色、灰 黑色 流塑含腐植物，夹有少量碎砖。分布于暗塘及沟塘底部。 ②-1b2-3 粘土、 粉质粘土灰黄、黄 灰色 软-可塑 饱和，无摇振反应，切面稍有光泽，干强度、韧性中等 偏高。 ②-2b4 粉质粘土、 淤泥质粉 质粘土 灰色流塑 饱和，局部夹薄层粉土，具水平沉积层理。无摇振反应， 切面稍有光泽，干强度、韧性中等， ②-3b2-3 粉质粘土灰色软-可塑饱和，切面稍有光泽，干强度、韧性中等。 ③-1b1-2 粘粉质粘 土 灰黄、褐 黄色 可-硬塑 局部为粘土，见少量铁锰质结核。无摇振反应，切面有 光泽，干强度、韧性中等偏高。 ③-2c3+d3-4 粉土夹粉 砂 灰黄色稍密 饱和，粉砂局部松散，夹薄层粉质粘土，具水平层理。 摇振反应迅速，无光泽反应，干强度和韧性低。 ③-3b1-2 粉质粘土灰黄色、 灰色 硬-可塑局部为粘土。摇振反应轻微，光泽反应弱，干强度、韧 性中等偏低。 ③-3b2-3 粉质粘土灰色软-可塑饱和，夹薄层粉土。无摇振反应，切面稍有光泽，干强 度、韧性中等偏低。 ③-3b3-4 淤泥质粉 质粘土、粉 质粘土 灰色流-软塑 饱和，局部为淤泥质粘土。无摇振反应，切面稍有光泽， 干强度、韧性中等偏低。 ③-4b2-3 粉质粘土灰色软-可塑 （局部 硬塑） 饱和，局部混团块状粉细砂。无摇振反应，切面稍有光 泽，干强度、韧性中等偏低。 ③粘土、粉质饱和，局部为淤泥质粉质粘土，无摇振反应，切面稍有
单摆测量重力加速度实验的误差分析
图1 单摆受力分析 单摆测量重力加速度实验的误差分析 吉恒 （云南省通海县第二中学，云南，玉溪 652701） 单摆实验是普通物理的基本实验之一, 同时也是必做实验之一。其原理简单、易懂，原则上只要在同一地点进行实验，都应得到相同结果，但在实际操作过程中一些不可避免的因素会影响实验结果的精确度。为提高实验的精确度，减小各种不可避免因素给实验结果带来的影响，本文从以下几方面着手对此实验进行分析和研究。 首先，对摆角进行分析，因为随摆角大小的变化，摆遵循的运动规律是不一样的。在实验原理中，一般是把它理想化地当作简谐运动来处理，让其满足简谐运动的运动方程，然后来求解其周期公式，事实上这是有条件限制的。因此本文采用了增维精细积分的方法来讨论单摆在什么样的摆角情况下才能够做线性动力学分析，也就是单摆满足简谐运动运动规律的摆角范围。 其次，单摆摆长的测量也是引起实验误差的原因之一。本文就单摆摆长的不同测量方法带来的B 类标准不确定度（由实验仪器的精确度引进）进行计算、分析、比较，以选取最佳测量方法。 1．单摆测量重力加速度的实验原理 如图1所示，单摆就是用一根不可伸长的轻线悬挂一个小球, 使其可绕摆的支点O 做摆动, 当小球作摆角很小的摆动时就是一个单摆。 设小球的质量为m , 其质心到支点o 的距离为l (摆长) 。建立自然坐标系，根据受力分析，作用在小球上的切向力的大小为θsin mg ,方向总指向平衡点o ', 当θ很小时, 有θθ≈sin , 此时切向力的大小近似为θmg 。法向，绳的张力和重力的分力相平衡。根据牛顿第二运动定律,质点动力学方程为：t ma mg θ=-因22dt d l a t θ =，代入上式得 22d g dt l θθ=- （1） 上式即为单摆的运动微分方程。 对上式移项得到
抽水试验设计
黑龙江省干流嫩江干流堤防工程 第七标段 巨宝排水闸站基坑降水 抽水试验 施工单位：湖北水总水利水电工程有限责任公司 二零一六年九月
审定： 审核： 校核： 项目负责人：编写人： 主要参加人：
1工程概况 巨宝排水闸站为自排与强排相结合的改建排水闸站，位于巨宝堤防上，桩号为10+877；自排流量21.3m3/s，强排流量10.08m3/s。巨宝堤防工程级别2级，防洪标准50年一遇，防洪水位162.79m，建筑物级别为2级。 1.1工程任务与规模 根据《泵站设计规范》（GB/T50265-2010）中规定，排水闸站规模属于小（1）型，泵站等别Ⅳ等，泵站建筑物级别为5级。防洪标准20年一遇。 巨宝排水闸站为改建泵站，本次改建的主要土建工程由引渠、前池、进水池、泵房、压力水池及自排控制闸门、交通桥等组成，压水池与原排水闸涵洞衔接。 1.2工程地质及水文地质条件 1.2.1工程地质 巨宝排水闸站位于嫩江左岸漫滩之上，地势较低，地面高程在161.20～163.21m。 本次勘察所揭露的地层岩性为第四纪全新统（Q4al+l）及上更新统（Q3al+l）冲积地层，自上而下分述如下。 人工填土(Qr)： ①1堤身填土：高度3.0m，主要由低液限粘土填筑，呈可塑状态。 ①4杂填土：分布于堤段两侧，厚度1.6～3.2m，主要由杂土充填，松散，稍湿。 第四系全新统冲积层（Q4al+l）： ①低液限粘土：黄色，层厚0.8～2.4m，呈可塑状态，干强度中等，韧性中等，切面稍光滑，微透水～弱透水，分布连续。 ①3低液限粘土：灰色，层厚0.8～1.5m，呈软塑～流塑状态，干强度中等，韧性中等，切面稍光滑，微透水～弱透水，分布连续。 ②级配不良细砂：灰黄色，层厚2.6～8.0m，稍湿～饱和、松散为主，局部稍密，成分以石英、长石为主，中等透水，分布不连续。 ③级配不良砾：黄色、灰黄色，部分钻孔揭穿该层，层厚11.6～ 13.1m，饱和，稍密-中密，成分以花岗岩为主，强透水，分布连续。 ③1级配不良粗砂：灰色，层厚0.9～1.4m，饱和，稍密～中密，成分以石英、长石为主，强透水～分布不连续。
油气上窜速度计算
复杂情况下的油气上窜速度计算后效录井是指工程停钻或起下钻时钻井液静止一段时间后，下钻到需要的深度进行钻井液循环时，测定通过扩散和渗透作用进人井筒钻井液中的烃类气体的含量(或在钻具抽吸作用下进人钻井液中的油气含量)。在气井特别是重点探井的钻进中，当上部打开一个气层后，会在后面的钻进过程中不可避免地多次出现后效气。根据多年来的实践结果来看，后效气的气测值往往比打开气层时的值高的多，特别是一些地层压力较高的气层，往往能达到全烃99.9%这样满值的情况。这极大加强了井控工作的难度。事实上最近几年发生在川东北的绝大多数溢流事故都是在起下钻过程中由于后效气导致的溢流。现场录井之中,准确的计算出油气上窜速度对于安全钻井,对于油气层的保护和后期的测试、油气产能评价意义重大。 目前录井常用的油气上窜速度方法为迟到时间计算法。计算公式为：V=（H油-H钻*（T1-T0）/T迟到）/T静 其中：V 油气上窜速度m/h H油新打开油气层顶部深度m H钻开泵循环时钻头所在井深m T1 循环气测值明显升高时间（见显示时间）min T0 开泵时间min T迟到在钻头位置所在井深的迟到时间min
T静静止时间h 在一般的情况下，油气层深度、钻头位置、开泵时间、见显示时间、静止时间都是确定的，唯一影响计算准确性的只有迟到时间这一个变量。计算迟到时间的理论公式T迟到=V/Q，其中V是井底钻具与井壁的环空容积m3，Q为循环时的泵排量m3/min。在钻具和井筒结构没有大的变化情况下，T迟到只与钻头位置和排量呈线性相关。在实际录井过程中，每钻进到一定深度录井人员会利用停泵的机会采用实测法得到一个迟到时间。在做迟到时间实测实验时，一般要求井队保持泵排量稳定在正常钻进时的排量。在正常情况下，泵的排量只与泵的泵冲转数有关。我们定义，在这种情况下得到的T迟到为标准迟到时间，这时候的泵冲转数为标准泵冲转数，标准迟到时间与标准泵冲数是呈反比关系。在使用综合录井仪的录井条件下，录井人员可以调整设置使仪器的迟到时间在标准泵冲转数下与标准迟到时间一致。这样当钻头位置或泵冲发生变化时，仪器能自动计算迟到时间保证录井资料的准确性。 当班录井人员在计算油气上窜速度时采用的迟到时间一般就是仪器实时反映的迟到时间。这种计算方法本身是没有问题的，但这种方法有一个前提，井队的泵冲在整个循环过程中必须稳定不变，这样才能保证迟到时间的准确性。但在实际钻井过程中，井队在下钻到底后通常会先低泵冲循环
抽水试验确定渗透系数的方法及步骤.docx
抽水试验确定渗透系数的方法及步骤
抽水试验确定渗透系数的方法及步骤 1.抽水试验资料整理 试验期间，对原始资料和表格应及时进行整理。试验结束后，应进行资料分析、整理，提交抽水试验报告。 单孔抽水试验应提交抽水试验综合成果表，其内容包括：水位和流量过程曲线、水位和流量关系曲线、水位和时间 (单对数及双对数 )关系曲线、恢复水位与时间关系曲线、抽水成果、水质化验成果、水文地质计算成果、施工技术柱状图、钻孔平面位置图等。并利用单孔抽水试验资料编绘导水系数分区图。 多孔抽水试验尚应提交抽水试验地下水水位下 降漏斗平面图、剖面图。 群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验还应 提交抽水孔和观测孔平面位置图 (以水文地质图为底图 )、勘察区初始水位等水位线图、水位下降漏斗发展趋势图 (编制等水位线图系列 )、水位下降漏斗剖面图、水位恢复后的等水位线图、观测孔的 S－t、S－lg t 曲线 [注]、各抽水孔单孔流量和孔组总流量过程曲线等。 注意：（1）要消除区域水位下降值；（2）在基
岩地区要消除固体潮的影响； 3）傍河抽水要消 除河水位变化对抽水孔水位变化的影响。 多孔抽水试验、群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验均应编写试验小结，其内容包括：试验目的、要求、方法、获得的主要成果及其质量评述和结论。 2.稳定流抽水试验求参方法 求参方法可以采用 Dupuit 公式法和 Thiem 公式法。 (1)只有抽水孔观测资料时的 Dupuit 公式承 压完整井： 潜水完整井： 式中 K ——含水层渗透系数(m/d); Q——抽水井流量(m3/d); sw——抽水井中水位降深(m);
抽水试验基本要求内容
§4.1基本要求 掌握抽水试验的目的、分类、方法及抽水试验准备工作。 4.1.1 抽水试验的目的 (1) 确定含水层及越流层的水文地质参数：渗透系数K、导水系数T、给水度m、弹性释水系数m*、导压系数a、弱透水层渗透系数K'、越流系数b、越流因素B、影响半径R等。 (2) 通过测定井孔涌水量及其与水位下降（降深）之间的关系，分析确定含水层的富水程度、评价井孔的出水能力。 (3) 为取水工程设计提供所需的水文地质数据，如影响半径、单井出水量、单位出水量、井间干扰出水量、干扰系数等，依据降深和流量选择适宜的水泵型号。 (4) 确定水位下降漏斗的形状、大小及其随时间的增长速度；直接评价水源地的可开采量。 (5) 查明某些手段难以查明的水文地质条件，如确定各含水层间以及与地表水之间的水力联系、边界的性质及简单边界的位置、地下水补给通道、强径流带位置等。 4.1.2 抽水试验分类 抽水试验主要分为单孔抽水、多孔抽水、群孔干扰抽水和试验性开采抽水。 （1）单孔抽水试验：仅在一个试验孔中抽水，用以确定涌水量与水位降深的关系，概略取得含水层渗透系数。 （2）多孔抽水试验：在一个主孔内抽水，在其周围设置若干个观测孔观测地下水位。通过多孔抽水试验可以求得较为确切的水文地质参数和含水层不同方向的渗透性能及边界条件等。 （3）群孔干扰抽水试验：在影响半径范围内，两个或两个以上钻孔中同时进行的抽水试验；通过干扰抽水试验确定水位下降与总涌水量的关系，从而预测一定降深下的开采量或一定开采定额下的水位降深值，同时为确定合理的布井方案提供依据。 （4）试验性开采抽水试验：是模拟未来开采方案而进行的抽水试验。一般在地下水天然补给量不很充沛或补给量不易查清，或者勘察工作量有限而又缺乏地下水长期观测资料的水源地，为充分暴露水文地质问题，宜进行试验性开采抽水试验，并用钻孔实际出水量作为评价地下水可开采量的依据。 4.1.3 抽水试验的方法 单孔抽水试验采用稳定流抽水试验方法，多孔抽水、群孔干扰抽水和试验性开采抽水试验一般采用非稳定流抽水试验方法。在特殊条件下也可采用变流量(阶梯流量或连续降低抽水流量)抽水试验方法。抽水试验孔宜采用完整井(巨厚含水层可采用非完整井)。观测孔深应尽量与抽水孔一致。 4.1.4 抽水试验准备工作 (1) 除单孔抽水试验外，均应编制抽水试验设计任务书； (2) 测量抽水孔及观测孔深度，如发现沉淀管内有沉砂应清洗干净； (3) 做一次最大降深的试验性抽水，作为选择和分配抽水试验水位降深值的依据； (4) 在正式抽水前数日对所有的抽水孔和观测孔及其附近有关水点进行水位统测，编制抽水试验前初始水位等水位线图，如果地下水位日变化很大时，还应取得典型地段抽水前的日水位动态曲线； (5) 为防止抽出水的回渗，在预计抽水影响范围内的排水沟必须采取防渗措施。当表层有3 m以上的粘土或亚粘土时，一般可直接挖沟排水。
油气上窜速度计算方法的改进
油气上窜速度计算方法的改进 现场录井中，准确计算油气上窜速度对安全钻井、油气层的保护和后期的测试、油气产能评价意义重大。根据油气上窜速度可以对储层的特性和产能进行定性评价、合理调整钻井液密度，既能确保油层不被压死，又能使钻井工程安全的施工。为此，提出了一种计算油气上窜速度的方法，该方法考虑了井深结构和钻具结构等影响环空体积的因素。现场作业表明，该方法是可行的。 标签：后效录井；油气上窜速度；新计算方法 0 引言 后效录井（亦称循环钻井液气测录井）是指工程停钻或起下钻作业过程中钻井液静止一段时间后，下钻到需要的深度进行钻井液循环时，测定通过扩散和渗透作用进入井筒钻井液中烃类气体的含量。取全取准后效显示资料，准确计算油气上窜速度，对于评价油气水层，保证安全施工，保护油气层，提高勘探的整体效益均具有十分重要的意义。 长期以来关于油气上窜速度的计算方法很多（如迟到时间法[1]和累计泵冲数法[2]），各种计算方法各有特点，现在随着深井和超深井的出现，井身的结构越来越复杂，原来的计算方法没有考虑到这些因素的影响，计算出来的结果与实际的结果偏差较大，在很大程度上影响了钻井工程的正常开展。为此，笔者基于泥浆体积排代法得到了一种计算油气上窜速度的新方法。 1 目前油气上窜速度的影响因素 1.1 环形空间差别的影响。 由于井眼结构及钻具结构的上部和下部都不同，不同位置上返速度就会不同，按上述方法归为将出现很大的误差。 1.2 钻井液排量的影响。 钻井液排量的变化直接影响着迟到时间的变化，在刚开泵循环时，由于钻井液静止时间长，钻井液稠，需要先用小排量循环，人为降低泵速，循环一段时间后再提高泵速使排量增大。有时由于两个泵互相更换，排量也会不同。这样，用现有的方法无法准确计算出随时间变化的排量，也就影响了深度的准确归位，至使深度归位误差增大。 此外，还有其他一些因素也对循环钻井液深度归位造成影响，如起钻灌钻井液、下钻钻井液溢出和井径扩大率的影响等。 为了消除上述影响，准确计算出环空体积和累计排出的钻井液体积，为此采
抽水试验确定渗透系数的方法及步骤word精品
⑵当有抽水井和观测孔的观测资料时的 Dupuit 或Thiem 公式 抽水试验确定渗透系数的方法及步骤 1?抽水试验资料整理 试验期间，对原始资料和表格应及时进行整理。试验结束后，应进行资料分析、整理，提交 抽水试验报告。 单孔抽水试验应提交抽水试验综合成果表， 其内容包括：水位和流量过程曲线、水位和流量 关系曲线、水位和时间（单对数及双对数）关系曲线、恢复水位与时间关系曲线、抽水成果、 水质化验成果、水文地质计算成果、施工技术柱状图、钻孔平面位置图等。 并利用单孔抽水 试验资料编绘导水系数分区图。 多孔抽水试验尚应提交抽水试验地下水水位下降漏斗平面图、剖面图。 群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验还应提交抽水孔和观测孔平面位置图 （以水文地质 图为底图）、勘察区初始水位等水位线图、水位下降漏斗发展趋势图 （编制等水位线图系列 卜 水位下降漏斗剖面图、水位恢复后的等水位线图、观测孔的 S -1、S — lg t 曲线［注］、各抽水 孔单孔流量和孔组总流量过程曲线等。 注意：（1）要消除区域水位下降值； （2）在基岩地区要消除固体潮的影响； 3）傍河抽水 要消除河水位变化对抽水孔水位变化的影响。 多孔抽水试验、群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验均应编写试验小结，其内容包括： 试验目的、要求、方法、获得的主要成果及其质量评述和结论。 2. 稳定流抽水试验求参方法 求参方法可以采用 Dupuit 公式法和Thiem 公式法。 （1）只有抽水孔观测资料时的 Dupuit 公式 承压完整井： —亠￡ 潜水完整井: 式中K ------- 含水层渗透系数 （m/d ）; Q ――抽水井流量 （m3/d ）; sw ——抽水井中水位降深 （m ）; M ----- 承压含水层厚度 （m ）; R ―― 影响半径（m ）; H ――潜水含水层厚度 （m ）; h ――潜水含水层抽水后的厚度 （m ）; rw —— 抽水井半径 （m ） 。
油气上窜速度的现场计算
油气上窜速度的现场计算 油气上窜速度 当井眼空井静止时,由于钻井液液柱压力小于地层流体压力,以及两者之间存在密度差的原因,导致地层内流体(油气) 进入井眼,产生向井口方向的运移,其上升的速度,称为油气上窜速度。公式表示如下: s t H v 1 式中 V ———油(气) 上窜速度,m/ h ; H 1 ———油(气) 在静止t s 时间后上升的高度,m ; t s ———钻井静止时间,h 。 1、迟到时间法 迟到时间法计算油气上窜速度的理论计算公式为: V 上窜= { H 油层- [ H 钻头( T 见- T 开) / T 迟]}/T 静 式中： V 上窜———油气上窜速度,米/ 小时; H 油层———油气层显示井深,米; H 钻头———循环泥浆时钻头所在的井深,米; T 迟———钻头所在井深的迟到时间,分; T 见———见到油气显示的时间,日、时、分; T 开———钻头下到H 钻头时循环泥浆开泵时间,日、时、分; T 静———上回次停泵时间至本回次开泵时间,小时。 显然,上述理论计算公式是根据迟到时间这一关键参数来计算的。但在实际作业时,由于泵排量的不稳定性,有时,泵排量甚至会成倍的增
长或减少,从而使得T迟也成一变量,所以在实际中,上述理论计算所得 的上窜速度的误差较大。根据这一实际现象,我们就利用一般录井仪都能 检测到的累计泵冲数这一参数来将上面的理论计算公式加以修正。 2 、累计泵冲数法 其计算公式为:V上窜= (H油层- H1) / T静= (H油层- 17. 4S1/ 23. 6) / T静 或V上窜= (17. 4/ 23. 6) ×(S0 - S1) / T静 式中,V上窜、H油层、T静解释同上; H1 ———测量时油气层已上窜所至的井深,米; S0 ———正循环时自油气层返上至井口的累计泵冲数,冲; S1 ———正循环测上窜速度时,见到油气显示时的累计泵冲数,冲; 17. 4 ———每冲泵排量,升/ 冲; 23. 6 ———9-5/ 8”套管与5”钻杆间的环空容积,升/ 米。 以上所列的公式适用于在9-5/ 8”套管内射孔后的情况。举一例子: H油层= 3428 米, S0 =3428 ×23. 6/ 17. 4 = 4649 冲,S1 = 4500 冲, T静=2. 5 小时,则V上窜= 44 米/ 小时, 油气返上至井口时间为78 小时。 3、修正的迟到时间法 传统的测试结果偏大,往往使钻井液密度调整偏高,不利于油气层的保护,建议采用修正后的计算公式 来计算油气上窜速度。在同一口井的工况下,根据油气段体积不变原
加速度计误差标定流程
误差系数标定算法： 1．单个加速度计测量模型： 10i o p o p a E k k a k a k a ==+++ （1） a —加速度计输出指示值：g 。i a p a o a —沿加速度计输入轴，摆轴，输出轴向 作用的加速度分量： g 。E —加速度计的输出：一般为V 或者mA 。0k —加速度计偏值：g 。1k —刻度因素：V g 或者m A g 。o k ，p k —输出轴，摆轴灵敏度系数：无量纲。 2．非质心处的加速度计输出模型： [()]i T i a A r r ωωω θ=+??+?? （2） [()]o T o a A r r ωωω θ=+??+?? （3） [()]p T p a A r r ωωω θ=+??+?? （4） 其中，[()]A r r ωωω +??+? 代表位置r 处的加速度值，i θ，o θ，p θ分别为加速度计的敏感轴，输出轴和摆轴的方向向量。 将（2）（3）（4）带入（1）式并令[()]T A r r f ωωω +??+?= ，可得： ()10i o p o p a E k k f k k θθθ ==+?+?+? （5） 当存在安装方位误差时，即： i i i l θθθ=+?，o o o l θθθ=+?，p p p l θ θθ=+? （6） 其中，i l θ为加速度计敏感轴的理论设计安装方向向量；i θ?为加速度计敏感方向误差，其 余两轴类似。 将（6）带入（5），整理可得： ()10i i o p o p l o l p l o p a E k k f k k k k θθθθθθ ==+?+?+?+?+??+?? 令 i i o p o p l o l p l o p d k k k k θθ θθθθ=?+?+? +?? + ??，上式可变为： ()10i i l l a E k k f d θθ==+?+ （7） （7）式两边乘以刻度因子1k ，得：( )110i i l l E k k f k d θθ??=?+??+? ? ，令100K k k =?， 单位：V 或者mA ，代表等效零偏；( )1i i s l l k d θθθ=?+，单位：V g 或者m A g ， 代表等效敏感方向向量。则上式可以变为：
短程起下钻检测油气上窜速度的计算方法
短程起下钻检测油气上窜速度 一、短程起下钻的目的 起钻时的抽汲很可能造成井底压力小于地层压力，并引起溢流。所以，起钻前应检查井底压力能否平衡地层压力，判断是否会发生抽汲溢流。 二、短程起下钻做法 短程起下钻有两种基本作法： 1.一般情况下试起10柱～15柱钻具，再下入井底(可在静止一段时间，活动钻具但不开泵循环)，然后开泵循环一周以上，观察并测量返出的钻井液，若钻井液无油气侵，或根据油气上窜时间判断，若满足起钻要求，则可正式起钻；否则，应循环排除油气侵，并适当提高钻井液密度，以达到起钻过程中不发生溢流的目的。 2.特殊情况时（需长时间停止循环或井下复杂时），将钻具起至套管鞋内或安全井段，停泵检查一个起下钻周期或需停泵工作时间，若井口无外溢，则再下入井底循环一周以上，正常后起钻。 三、油气上窜速度计算 油气上窜速度的计算有两种方法，迟到法和体积法，迟到法较为简单、也较为准确。 1.迟到法计算油气上窜速度 油气上窜速度V上＝(油气层深H2－钻头处井深H1×循环见油气时间T2/迟到时间T1)／(短程起下钻时间T3＋静止时间T4)。
2.体积法计算油气上窜速度 油气上窜速度＝(油气层深H2－泵排量Q×循环见油气时间T2/ 环空每米容积)／(短程起下钻时间T3＋静止时间T4)。 V上=60*(H2-76433*Q*T2/(D*D-d*d))/(T3+T4) 式中：V上-油气上窜速度m/h，H2-油气层深m，Q-排量l/s， T2-循环见油气时间min，D-井径mm，d-钻杆内径mm，T3-短程 起下时间min，T4-静止时间min。 四、安全周期 安全周期＜油气层深H2／上窜速度V上。 实际施工过程中，当起钻、保养设备、等停及下钻时间总计在 未达到安全周期时间之前必须结束、开始循环或钻进，这样才能确 保井控安全。 二○一一年五月
加速度监测数据校正(1)
加速度检测仪数据校正 摘要 本文针对声屏障检测仪内部加速度检测器的数据校正，利用题中所给的加速度数据，在校正的过程中，我们结合物理运动规律、离散型随机变量等知识，建立了加速度-速度、加速度-位移仿真模型，运用组合辛普森算法、卡尔曼滤波器、正负补偿法等方法消除了随机误差和系统误差的影响，使物体运动规律符合实际情况，并将模型推广运用到其他领域。 针对问题一中声屏障的速度、位移的仿真计算以及误差分析，我们基于s -,基 a- a v 本物理公式建立计算声屏障运动速度和位移的仿真模型，采用高精度的组合辛普森积分公式，通过仿真计算分别绘制出三种情形下的速度、位移-时间关系图，将仿真图与理想情况相对比，我们发现存在系统误差和随机误差。因此我们分别从系统误差和随机误差2个角度对数据进行定性和定量的误差分析。 问题二中，利用问题一中速度和位移的数值积分计算模型和误差分析结果，以尽量消除系统误差与随机误差，使得速度和位移的计算结果基本符合物体运动事实为目标，对加速度数据进行校正。我们利用卡尔曼滤波对加速度数据进行降噪处理，然后利用正负补偿法消除系统误差，有效的校正了数据，将校正后的数据代入问题一所建模型中建议，发现物体运动规律符合实际情况，即最终速度为0，位移为一稳定值。 问题三中，改进后的加速度数据校正模型可以推广应用到生产生活中，如电梯的加速度测量、油井示功图位移测量技术、惯性导航系统、胎儿心率检测仪等等。 本文最大的特色在于利用精确度较高的组合辛普森算法，并且综合卡尔曼滤波法和正负补偿法分别减小了随机误差和系统误差的影响，具有一定的可靠性。 关键词：组合辛普森算法、卡尔曼滤波、正负补偿法、数据校正
油气上窜速度实用计算方法
油气上窜速度实用计算方法 摘要：本文介绍了用相对时间计算钻井及井下作业施工中油气上窜速度的方法。该方法通过一次下钻测量记录两个时间，就能计算油气上窜速度，解决了一般开发井不测量迟到时间和传统方法计算中数据取值一致性差、精度低的问题。对等直径井眼与复合直径井眼分别进行了理论分析并推导出了相应的计算公式。本文包括前言、基本原理与计算方法、注意事项及结论认识等。对传统的迟到时间法、容积法进行了简要分析并提出了主要不足。 主题词：钻井井下作业油气上窜速度计算方法 一、对传统计算方法的分析及问题提出 在钻井和井下作业施工中，油气上窜速度是衡量井下安全的重要技术数据，是确定下一步施工方案措施的重要技术依据。油气上窜速度过高，将导致井涌井喷问题发生，造成对地下油气资源的破坏、对地面环境的破坏和对钻井施工安全的严重威胁。特别是随着油气勘探开发区域的逐年扩大和地下状况的不断复杂化，对钻井和井下作业技术与安全提出了更高的要求，对油气上窜速度的测量计算也要求更准确、更方便。 对于油气上窜速度的计算，传统的方法包括“迟到时间法”和“容积法”两种方法。毋庸臵疑，这两种计算方法在理论上是正确的。但是，这两种方法涉及到的关键参数——迟到时间、泥浆泵排量的准确性问题，对计算的准确性带来了很大影响。 迟到时间法是钻井现场一直采用的方法。这种方法的主要不足，
一是迟到时间的测量比较繁琐；二是迟到时间的测量计算中受到“钻井液运载比”影响和钻具内部下行时间影响，很难保证计算的精确性；三是迟到时间的测量计算与油气上窜速度测量计算是在不同的下入钻具次数和状态下，数据一致性差；四是没有将油气侵段的显示时间引入上窜速度计算中，缺乏全面性；五是用钻屑的迟到时间计算油气上窜速度不合理；六是没有考虑复合井眼情况；等等。同时，开发井钻井和井下作业现场一般不测量迟到时间的实际情况，也是影响该方法进行计算的现实情况。 对于容积法，现场应用较少。主要是泥浆泵排量的具体值精确性差，井眼容积也不容易准确确定，因此计算精度低。 因此，考虑一种新的测量计算方法是十分必要的。作者在长期分析的基础上，提出了一种计算油气上窜速度实用方法——相对时间法。 二、基本原理与计算方法 相对时间法，是利用钻井液循环中各种时间所占相对比例进行计算的。不同性质的钻井液，在返出井口时都有相应的显示时间，显示时间的长短受到循环排量、井眼容积、相应体积等因素影响。对于井身结构、循环排量、井眼容积、相应体积确定的井眼，井口显示时间的相对长短就代表着所占井段的相对长度。在发生油气侵、盐水侵等情况下，钻具（管柱）下入后循环时，井眼上部未受到侵染钻井液有一定的显示时间，下部受侵染钻井液返出后也显示并持续一定的时间。这两部分时间分别代表着未受侵染井段和受到侵染井段的相对长