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油气勘探检波器尾椎-大地扫频振动耦合性能研究
Study on coupling performance of tail vertebra-earth sweep frequency vibration of oil and gas exploration geophone
- 机械强度 2025年47卷第3期 页码：104-112
- 作者机构：
1.西南石油大学 机电工程学院，成都 610500
2.中国石油集团 东方地球物理勘探有限公司，涿州 072750
- 作者简介：
HUANG Zhiqiang, E-mail: huangzq@swpu.edu.cn
- 基金信息：国家自然科学基金项目(41902326);四川省科技计划项目(22GJHZ0284);中国石油前瞻性基础性战略性技术攻关项目(2021DJ3601);南充市与西南石油大学科技战略合作专项基金项目(SXHZ048)
DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.013
中图分类号： TE132收稿日期：2023-06-24，
修回日期：2023-08-04，
纸质出版日期：2025-03-15
- 稿件说明：
移动端阅览
黄志强，段宇星，宋晓伟，等. 油气勘探检波器尾椎-大地扫频振动耦合性能研究［J］. 机械强度，2025，47（3）：104-112.
HUANG Zhiqiang，DUAN Yuxing，SONG Xiaowei，et al. Study on coupling performance of tail vertebra-earth sweep frequency vibration of oil and gas exploration geophone［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（3）：104-112.
黄志强，段宇星，宋晓伟，等. 油气勘探检波器尾椎-大地扫频振动耦合性能研究［J］. 机械强度，2025，47（3）：104-112. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.013.
HUANG Zhiqiang，DUAN Yuxing，SONG Xiaowei，et al. Study on coupling performance of tail vertebra-earth sweep frequency vibration of oil and gas exploration geophone［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（3）：104-112. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.013.
摘要
油气勘探检波器作为采集信号的关键设备，其与大地振动耦合性能影响着采集信号的质量，决定了勘探准确度。为提高检波器勘探能力，以检波器尾椎结构为研究对象，基于单自由度耦合振动理论，提出一种用于扫频信号下检波器尾椎与地表耦合的振动模型，提取并分析了扫频情况下检波器尾椎接收信号的加速度、速度、位移响应情况，建立了振动位移均值、振动加速度标准差的耦合度评价指标，掌握了检波器尾椎与大地的耦合度响应情况。通过检波器接收测试试验，检波器尾椎所接收的加速度信号与试验所接收的加速度信号最大误差小于15%，验证了模型及方法的正确性。最后基于响应面法对不同形状下检波器尾椎的长度、半径关键参数进行优化研究，结果表明，三棱锥形状下尾椎耦合度最好，优化后的大地-检波器尾椎位移耦合均值降低了7.94%，加速度标准差降低了6.42%，有效提高了检波器尾椎接收信号的能力。
Abstract
As the key equipment for collecting signals
the coupling performance of oil and gas exploration geophone and earth vibration affects the quality of collected signals and determines the exploration accuracy. In order to improve the exploration ability of the geophone
the structure of the tail vertebra of the geophone was taken as the research object. Based on the single-degree-of-freedom coupling vibration theory
a vibration model for the coupling of the tail vertebra of the geophone and the earth surface under the sweep frequency signal was proposed. The acceleration
velocity and displacement response of the received signal of the tail vertebra of the geophone under the sweep frequency were extracted and analyzed. The coupling degree evaluation index of the mean value of vibration displacement and the standard deviation of vibration acceleration was established
and the coupling degree response of the tail vertebra of the geophone and the earth was mastered. Through the geophone receiving test
the maximum error between the acceleration signal received by the geophone tail vertebra and the acceleration signal received by the test was less than 15%
which verified the correctness of the model and method. Finally
based on the response surface method
the key parameters of the length and radius of the tail vertebra under different shapes were optimized. The results show that the coupling degree of the tail vertebra under the triangular pyramid shape is the best. The coupling mean value of the displacement of the optimized ground-geophone tail vertebra is reduced by 7.94%
and the standard deviation of the acceleration is reduced by 6.42%
which effectively improve the ability of the geophone tail vertebra to receive signals.
关键词
Keywords
references
崔宏良 ， 王瑞贞 ， 程展展 ， 等 . 检波器与大地的耦合效果对资料品质的影响分析 ［C］// SPG/SEG南京2020年国际地球物理会议 ， 2020 ： 1 - 4 .
CUI Hongliang ， WANG Ruizhen ， CHENG Zhanzhan ， et al . Analysis of the influence of the coupling effect of the geophone and the earth on the data quality ［C］// SPG /SEG Nanjing 2020 International Geophysical Conference ， 2020 ： 1 - 4 . （In Chinese）
魏继东 . 检波器-大地耦合系统特性的振动力学解释、模态参数识别及其对地震资料的影响与消除 ［J］. 地球物理学进展 ， 2013 ， 28 （ 4 ）： 1983 - 1995 .
WEI Jidong . The vibration mechanics explanation for ground-geophone coupling effect，mode indentification and its impacting to seismic data and eliminating ［J］. Progress in Geophysics ， 2013 ， 28 （ 4 ）： 1983 - 1995 . （In Chinese）
魏继东 . 检波器-大地耦合响应的野外规模测量与衰减方法 ［J］. 石油地球物理勘探 ， 2017 ， 52 （ 3 ）： 411 - 417 .
WEI Jidong . Large-scale measuring and correction of geophone-ground coupling effect in field ［J］. Oil Geophysical Prospecting ， 2017 ， 52 （ 3 ）： 411 - 417 . （In Chinese）
魏继东 ， 曹国滨 ， 刘斌 . 检波器性能参数现场测定方法 ［J］. 石油地球物理勘探 ， 2021 ， 56 （ 3 ）： 446 - 461 .
WEI Jidong ， CAO Guobin ， LIU Bin . An approach of sensor parameters measuring in field ［J］. Oil Geophysical Prospecting ， 2021 ， 56 （ 3 ）： 446 - 461 . （In Chinese）
宋威 . 检波器大地耦合响应的野外规模测量与衰减方法 ［J］. 现代信息科技 ， 2018 ， 2 （ 7 ）： 97 - 98 .
SONG Wei . Greophone field scale measurement and attenuation method for geodetic coupling response ［J］. Modern Information Technology ， 2018 ， 2 （ 7 ）： 97 - 98 . （In Chinese）
孙超 ， 孙亮 ， 何登科 ， 等 . 倾斜检波器与地表双自由度耦合效应 ［J］. 煤田地质与勘探 ， 2020 ， 48 （ 4 ）： 206 - 211 .
SUN Chao ， SUN Liang ， HE Dengke ， et al . Study on the effect of dual-freedom coupling between the tilt geophones and the surface ［J］. Coal Geology & Exploration ， 2020 ， 48 （ 4 ）： 206 - 211 . （In Chinese）
于富文 ， 魏继东 ， 冯玉苹 ， 等 . 检波器耦合响应定量分析方法及应用 ［J］. 石油地球物理勘探 ， 2016 ， 51 （ 1 ）： 27 - 31 .
YU Fuwen ， WEI Jidong ， FENG Yuping ， et al . A quantitative analysis method for geophone coupling effects ［J］. Oil Geophysical Prospecting ， 2016 ， 51 （ 1 ）： 27 - 31 . （In Chinese）
张凤蛟 ， 韩立国 ， 董世学 . 检波器尾锥与地表耦合阻尼研究 ［J］. 吉林大学学报（地球科学版） ， 2006 （ 增刊2 ）： 96 - 100 .
ZHANG Fengjiao ， HAN Liguo ， DONG Shixue . The research of the damping between geophone spike and ground ［J］. Journal of Jilin University （Earth Science Edition） ， 2006 （ Suppl.2 ）： 96 - 100 . （In Chinese）
李培超 ， 盛国泰 ， 谢石林 ， 等 . 检波器地面耦合机理研究 ［J］ . 物探装备 ， 2012 ， 22 （ 4 ）： 218 - 221，225 .
LI Peichao ， SHENG Guotai ， XIE Shilin ， et al . Research on geophone coupling mechanism ［J］. Equipment for Geophysical Prospecting ， 2012 ， 22 （ 4 ）： 218 - 221，225 . （In Chinese）
石战结 ， 田钢 ， 谷社峰 ， 等 . 检波器与灰岩地表耦合效应的理论和试验研究 ［J］. 石油地球物理勘探 ， 2011 ， 46 （ 4 ）： 529 - 534 .
SHI Zhanjie ， TIAN Gang ， GU Shefeng ， et al . Theoretical study and tests on geophone-limestone coupling effect ［J］. Petroleum Geophysical Exploration ， 2011 ， 46 （ 4 ）： 529 - 534 . （In Chinese）
陈高翔 ， 田钢 . 基于弹性波动力学理论的大地-检波器耦合系统模型研究 ［C］// 浙江省信号处理学会2015年年会——信号处理在大数据 ， 2015 ： 1 - 8 .
CHEN Gaoxiang ， TIAN Gang . Research on the earth-detector coupling system model based on the theory of elastic wave dynamics ［C］// 2015 Annual Meeting of Zhejiang Signal Processing Society—Signal Processing in Big Data ， 2015 ： 1 - 8 . （In Chinese）
陈高翔 . 基于弹性波动力学的检波器耦合系统研究 ［D］. 杭州 ： 浙江大学 ， 2016 ： 1 - 5 .
CHEN Gaoxiang . Research on geophone coupling system based on elastic wave dynamics ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2016 ： 1 - 5 . （In Chinese）
董世学 ， 韩立国 ， 王建民 ， 等 . 检波器-地表耦合系统对地震记录的影响 ［J］. 地球物理学报 ， 2001 ， 44 （ 增刊1 ）： 161 - 169 .
DONG Shixue ， HAN Liguo ， WANG Jianmin ， et al . Influence of coupling system of geophone-ground on seismic records ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2001 ， 44 （ Suppl.1 ）： 161 - 169 . （In Chinese）
罗福龙 . 地震检波器技术发展思考 ［J］. 石油管材与仪器 ， 2022 ， 8 （ 1 ）： 1 - 6 .
LUO Fulong . Thoughts on the development of geophone technology ［J］. Petroleum Tubular Goods & Instruments ， 2022 ， 8 （ 1 ）： 1 - 6 . （In Chinese）
陈铸 . 地震及库水联合作用下岩质边坡动力响应特性振动台试验研究 ［D］. 上海 ： 上海交通大学 ， 2018 ： 1 - 15 .
CHEN Zhu . Shaking table test on dynamic response characteristics of rock slope under combined action of earthquake and reservoir water ［D］. Shanghai ： Shanghai Jiaotong University ， 2018 ： 1 - 15 . （In Chinese）
江学良 ， 牛家永 ， 连鹏远 ， 等 . 含小净距隧道岩石边坡地震动力特性的大型振动台试验研究 ［J］. 工程力学 ， 2017 ， 34 （ 5 ）： 132 - 141 .
JIANG Xueliang ， NIU Jiayong ， LIAN Pengyuan ， et al . Large-scale shaking table test study on seismic response characteristics of rock slope with small spacing tunnel ［J］. Engineering Mechanics ， 2017 ， 34 （ 5 ）： 132 - 141 . （In Chinese）
张兴臣 ， 梁庆国 ， 孙文 ， 等 . 地震作用下黄土边坡动力响应的时频特征分析 ［J］. 地震工程学报 ， 2022 ， 44 （ 5 ）： 1090 - 1099 .
ZHANG Xingchen ， LIANG Qingguo ， SUN Wen ， et al . Time-frequency characteristics of dynamic response of loess slopes under earthquake action ［J］. China Earthquake Engineering Journal ， 2022 ， 44 （ 5 ）： 1090 - 1099 . （In Chinese）
CARCIONE J ， ALMALKI H S ， QADROUH A N . Geophone-ground coupling with flat bases ［J］. Geophysical Prospecting ， 2016 ， 64 （ 2 ）： 255 - 267 .
BRUNO A ， SALVATORE B ， ANGELA B ， et al . A seismic sensor based on IPMC combined with ferrofluids ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ， 2012 ， 62 （ 5 ）： 1292 - 1298 .
QIN Y W ， HOU X Y ， QUAN Q Q ， et al . An arc-shaped front nose for the mole in space exploration ［C］// 2013 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics （ROBIO） . New York ： IEEE ， 2013 ： 1 - 2 .
WEN X ， LIU J ， LI J ， et al . Design and numerical simulation of a clamshell-shaped inlet cover for air-breathing hypersonic vehicles ［J］. Journal of Zhejiang University-Science A：Applied Physics & Engineering ， 2019 ， 20 （ 5 ）： 347 - 357 .
CHENG S H ， CHEN S S ， GE L . Method of estimating the effective zone induced by rapid impact compaction ［J］. Scientific Reports ， 2021 ， 11 （ 1 ）： 18336 .
WEI Z H ， PHILLIPS T F . Characterizing the vibrator captured ground mass system using finite element analyses ［C］// 2013 SEG Technical Program Expanded ， 2013 ： 1 - 6 .
孟丽霞 ， 王莽宽 ， 刘士明 ， 等 . 贯入器头锥外形优化设计 ［J］. 机械设计与制造 ， 2022 ， 381 （ 11 ）： 148 - 153 .
MENG Lixia ， WANG Mangkuan ， LIU Shiming ， et al . The shape optimization of penetrator head cone ［J］. Machinery Design & Manufacture ， 2022 ， 381 （ 11 ）： 148 - 153 . （In Chinese）
黄志强 ， 欧倩茹 ， 代茂林 . 可控震源液压伺服阀滑阀流态扰动规律研究 ［J］. 机械科学与技术 ， 2019 ， 38 （ 10 ）： 1482 - 1489 .
HUANG Zhiqiang ， OU Qianru ， DAI Maolin . Study on flow disturbance law of soliding valve in vibroseis hydraulic servo valve ［J］. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering ， 2019 ， 38 （ 10 ）： 1482 - 1489 . （In Chinese）
GOUJON N ， OURABAH A ， SONG Z ， et ， al . Which sensor for nodal seismic：recording acceleration or velocity？ ［C］// SEG Technical Program Expanded Abstracts . Houston ： Society of Exploration Geophysicists ， 2021 ： 91 - 95 .
倪其军 ， 阮文权 . 基于响应面模型的清淤射流泵吸头参数优化设计 ［J］. 船舶力学 ， 2022 ， 26 （ 3 ）： 365 - 374 .
NI Qijun ， RUAN Wenquan . Optimization design of desilting jet pump parameters based on response surface model ［J］. Journal of Ship Mechanics ， 2022 ， 26 （ 3 ）： 365 - 374 . （In Chinese）
胡立新 . 复杂地表区检波器耦合理论与试验研究 ［D］. 北京 ： 中国科学院地质与地球物理研究所 ， 2006 ： 1 - 8 .
HU Lixin . Geophone coupling theory and experimental study in complex surface area ［D］. Beijing ： Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences ， 2006 ： 1 - 8 . （In Chinese）
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