电磁技术在石油勘探开发中的应用

第一篇：电磁技术在石油勘探开发中的应用

电磁技术在石油勘探和开发中的应用

高国忠博士今天上午在地质楼525会议室，给我们做了一个非常精彩的讲座，作为石油大学的老学长，其幽默的谈吐让我们倍感亲切。同时，其丰富的工作经验和学术功底给了我们很多启发和感悟。

电磁技术在石油勘探和开发中有着广泛的应用。在地球物理勘探中，有“重、磁、电、震”四种主要的方法。其中“电”，就包含电磁技术。通过人工或天然电场来获得大地电阻率，进而来评价地下构造。在地球物理测井中，有广为人知的电磁波传播测井，通过人工向地层发射电磁波，分析接收到的信号，测量电磁波的幅值和相位，来进行地层评价，可以评价地层厚度，寻找油气层。电磁波传播测井所用频率很高，探测深度很浅，是该种方法的弊端。

电磁技术还可以被应用在随钻测量中，众所周知，随钻测量实时从地下向地面传输信号，电磁波可以携带信息，又地下向地面传输。但面临的问题是，电磁波在地层传播过程中衰减十分严重，对于信号的损失也较为严重。我认为，可以再后续的信号处理中，寻求合适的算法进行数据重构，重新得到想要的信息。

井间电磁成像测井是当代地球物理应用技术发展的重要前沿，也是一项极具挑战性的重大研究课题。其能够提供井间电阻率的二维乃至三维图像，为油田勘探、开发提供一种有效实用的技术手段。可以用于研究井间油藏的构造形态、储层展布情况；描述油气富集区及井间的流体分布；检测油田开发动态，指示水驱、蒸汽驱和聚合物驱的波及前沿和方向，分析井间剩余油分布。

井间电磁技术基本方法是将反射器和接收器分别置于邻近的两口井中，发射器此阿勇磁偶极子源，工作频率10Hz-10KHz，接收器接收由发射器激发并经地层传播的电磁波，反演后获得井间地层电阻率的分布图像。成像处理，是在假定地层基本满足轴对称的条件下进行的，这时可把地层电阻率的空间分布简化为二维子午面上的分布。由于接收器的响应是二维子午面上电阻率泛函，如果把子午面“离散化”，即吧子午面分为许多方格，并假定每个像素的电阻率各为一固定值，响应则为各个像素数值的电阻率都相等时，其响应方程才可描述。测量过程中，以一定的深度间隔固定接收器的位置，发射器以连续测量的方式进行采样，这样可以得到数量众多的响应方程。通过反演求解方程的未知数，达到求解各像素电阻率值得目的。

井间电磁技术有两个人们比较关注的问题，一是如何提高分辨率，影响分辨率的因素主要频率频；二是如何减小金属套管对电磁信号的强烈衰减和相移作用。对于第二个问题，可以在套管材质上进行创新，发展一种非金属套管来代替当前的金属套管，此种方法正在试验中，已经取得阶段性成果。

第二篇：测井技术在石油勘探中的应用

测井技术在石油勘探中的应用 摘 要 我国传统的石油测井技术分辨率较低、直观性较差，且极易导致多解性的出现，已经不能够满足现代石油测井的需要了。基于此，探索一种新型的石油测井技术以不断提高我国的石油测井质量是对我国石油测井事业的发展意义重大。

关键词 传感器；测井技术；石油测井

现阶段，传统的石油测井技术已很难满足石油测井的需要了，面对大量的石油探测工程，深探测、高测量精度与高分辨率的石油测井技术应运而生。石油测井仪器经过长时间发展已经历经了五次更新换代，目前，我国油田所运用的石油测井仪器为第四代数控测井仪与第五代成像测井仪两种。常用测井技术

1）电法测井。电法测井是石油测井中常用的技术之一，其主要是指通过井下的测井仪器向地面发生电流，从而有效的测量出地面的电位，并最终得到地层电阻率的一种测井方式。常见的地层倾角测井、感应测井和侧向测井以及向地层发射电流对地层的自然电位进行测井等方法均属于电法测井技术。

2）声波测井。声波测井主要是通过测量环井眼地层的声学性质对地层特定、井眼工程情况进行测量的一种石油测井技术，其包括声幅测井、声速测井等多种测井方法。一般情况下，运用声波测量的方式可清晰揭示出井眼的特定，此种测井技术一般用于推导原始与次生孔隙度、空隙压力以及流体类型、裂缝方位等；声成像测井技术则是在充分运用计算机图像处理技术的基础上所形成的石油测井技术，此技术可将换能器接收到的各种信号进行数字化，并可将预处理图像处理成转换成像。

3）核测井技术。核测井技术主要是根据地层岩石以及岩石孔隙流体的物理性质进行石油测井的技术，它还被称之为放射性测井技术。以放射性源、测量的放射性类型或岩石的物理性质为主要依据将核测井技术分为如下两大类，即伽马测井，以研究伽马辐射为主要基础的核测井方法；中子测井，以研究中子、岩石以及其孔隙了流体之间的相互作用为主要基础的核测井技术。上述两种主要的核测井技术包括密度测井、自然伽马测井、自然伽马能谱测井以及中子孔隙度测井等。

4）电缆地层测试测井技术。电缆地层测试测井技术也是十分常见的石油测井方式，其主要是对油气探测工作中流体性质进行验证、对地层产能进行有效估计的测井方式。与普通的钻杆测试相比，电缆地层测试技术具有快速、经济、简便等诸多优点。一方面，电缆地层测试测井技术的石英压力传感器可以较为准确和迅速的测量到地层的压力与温度变化；另一方面，此种测井技术所运用的多探测测试器能够最为直接的测量地层径向与垂向渗透率。此外，井下的流体电阻率测量以及光谱分析等技术也可较为有效的对流体类型进行判别。一般情况下，电缆地层测试用于单井压力剖面的建设、流体密度的计算、气、油、水界面的确定以及地层有效渗透率的估计中。

5）成像测井。成像测井技术具有分辨率较高、采集数据量大等特点，其测量结果可通过计算机以图象的形式表现出来，较为直观。构成成像测井系统的主要设备为成像测井仪、核磁共振测井仪以及数字要穿系统、计算机工作站等。成像测井技术与常规的测井技术相比具有更强的适应力，其主要仪器包括：阵列感应、井周声波、阵列倾向、核磁共振以及多极子阵列声波等。传感器技术在石油测井中的应用

地球物理测井是应用地球物理的一个分支，它是用物理学的原理解决地质和工程问题的学科。由于测井观测密度大、分辨率高、纵向连续性好，具有综合信息和技术优势等，因此成为地层评价的主体，是油气资源评价和油藏管理不可缺少的关键技术手段。其地质与工程运用，覆盖了油气勘探与开发的全过程。随着油气勘探开发难度的增加和测井技术的发展，测井技术的应用已经从传统的单井油气层识别与评价逐步发展到测井多井的储层描述与评价。在地层评价、地质、钻井以及采油工程方面得到越来越广泛的应用。

1）石油测井中光纤传感器的应用。光纤传感器随着光线通信技术而生，由于受到电磁干扰，需要承受极端的条件，包含高压、冲击、震动、高温等，可高精度测量井场、井筒环境，光纤传感器是一种分布式测量，可测量空间分布和剖面信息。同时，光纤传感器的横截面较小，外形较短，空间体积小。激光传感器技术是由激光技术结合光纤技术的传感器，在泥浆、原油等井中测量，同时它利用光致损耗、发光物理效应，可发挥不同核探测能级，研制敏感探头。地层评价：分析岩石性质，确定地层界面，计算岩层的矿物成分，绘制岩性剖面图，计算孔隙度、渗透率等储层参数，储层综合评价，划分油、气、水层，并评价产能。

2）石油测井中网络传感器技术的应用。在石油测井中，网络是一种集成与发展，主要呈现阵列化的探头发展，采集图像化地面，油藏解决方案、信息共享促进实时化。根据该标准，使网络测井组合快速平台，通过核磁共振、声波成像、地层测试等技术，对其进行改进，可集成为网络测井技术。有利于评价油气水、测井识别、岩石力学、测井地址等动态分析。测井技术正在逐渐变革，互联网技术的主要特征为信息共享、可靠，井下仪器提供油藏解决方案和观测信息。

3）随钻测井。此种测井方式是指将测井仪器安装在与钻头相近的部位，在钻井的过程中同时将地层的各种信息进行测量的测井方式。随钻测井可以通过对地层倾斜角度的方向、钻压等测量而更好的控制钻探方向。运用此种方式测量刚钻开地层的自然电位、电阻率、密度、中子以及核磁、声波时差等指标，上述的测量方式不仅有效避免了泥浆侵入和井眼扩径等井下条件的对测量结果的影响，且可为地层提供井身信息，进而更好的指导钻进方位。对于疑难井、水平井和大斜度井的测井中，随钻测井更加能够显示出其独特优势，其能够为作业者提供科学的钻井依据，还能够为作业者提供较为详细的井眼周围信息，例如井眼周围的应力状态、地质导向等，以帮助作业者更为有效的进行地层评价。

4）双侧向测井。双侧向测井技术主要是运用电流屏蔽的方法，迫使主电极电流经聚焦后成水平状电流束垂直于井轴侧向流入地层，从而使井的分流作用与低阻层对电流的影响逐渐减少。上述手段可减少井眼与围岩对于测井结果的影响，能够在真实、有效的反映地层电阻率变化情况的同时解决普通测井技术不能够解决的问题。结束语

随着我国科学技术的发展，我国的石油测井技术面临着更多的发展机遇与更严峻的挑战。基于此，在石油测井技术的发展过程中，科研与操作人员均应不断加强相关理论基础的研究，并在理论完备的情况下进行更为深入的实践研究，在提高自主创新能力的同时不断实现我国石油勘测的简单化、精确化与快速化。

参考文献

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第三篇：电磁兼容技术及应用

电磁兼容技术及应用

摘 要：本文简要介绍电磁兼容相关的各项技术，通过对接地、屏蔽、滤波等技术的分析，说明产品如何实现良好的电磁兼容性，如何将电磁兼容技术融入产品研发流程。对实例分析，结合电磁兼容理论，说明实际测试中的处理

摘 要：本文简要介绍电磁兼容相关的各项技术，通过对接地、屏蔽、滤波等技术的分析，说明产品如何实现良好的电磁兼容性，如何将电磁兼容技术融入产品研发流程。对实例分析，结合电磁兼容理论，说明实际测试中的处理方法，从干扰源、耦合路径、敏感源方面逐步分析验证，提高产品可靠性。

关键词：电磁兼容 接地 屏蔽 滤波

目前，电磁兼容技术已经发展成为专门的针对电子产品抗电磁干扰和电磁辐射的技术，成为考察电子产品的安全可靠性的一个重要指标，覆盖所有电子产品。

各个电子设备在同一空间工作时，会在其周围产生一定强度的电磁场，这些电磁场通过一定的途径（辐射、传导）耦合给其他的电子设备，影响其他设备的正常工作，可能使通讯出错或者系统死机等，设备间相互干扰相互影响，这种影响不仅仅存在设备间，同时也存在元件与元件之间，系统与系统之间。甚至存在与集成芯片内部。

电磁兼容技术主要包括接地、滤波、屏蔽技术等，在特定场合需要注意的是不一样的，A、在结构方面，需要注意屏蔽和接地，B、在线缆方面注意接地和滤波，C、在PCB设计方面，需要注意信号布局布线、滤波等。

一、电磁兼容技术

首先从构成电磁干扰的三要素入手，即干扰源、敏感源、耦合路径，★干扰源是产生电磁干扰的设备，通过电缆、空间辐射等耦合路径影响干扰敏感源设备。高频电压/电流是产生干扰的根源，电磁能量在设备之间传播有两种方式：传导发射和辐射发射，传导发射是

以导线为媒体，以电流为现象，辐射发射是以空间辐射为媒体，以电磁波为现象。常见干扰源有雷电、无线通讯、脉冲电路、静电、感性负载通断、天线、电缆导线等。任何电路都可能成为敏感源，数字电路抗干扰性较好，但是风险大，大的脉冲尖峰可能是数字电路误动作，音频模拟电路对射频信号敏感。★耦合路径分为空间耦合和传导性耦合，空间耦合包括互感耦合、电容耦合、天线辐射，传导性耦合包括地线和电源线上的传导。

电磁兼容设计主要包括接地设计、屏蔽设计、滤波设计方面的知识。地线分为安全地、交流地、直流地、数字地、模拟地、机壳地、防雷地等，※地线从电压概念说是提供一个等电位体，从电流概念上说是提供一个电流通路。地线阻抗决定了线路的抗干扰性，其中导线阻抗决定了地线的电位差，回路阻抗决定了实际的地线电流，地环路的存在是电路受干扰的主要原因，减小地环路的面积，降低对线路的影响，使用屏蔽线或同轴电缆都可能减小信号回路的面积，从而达到降低干扰的影响。地线电流总是走地线阻抗比较小的路径，高频低频时线路的阻抗是不一样的，可以根据需要设计信号路径。多层板比双层板的抗干扰性要好，因为多层板有专门的地层和电源层，保证每个信号回路都具有最小的信号回路面积，如果是双层板，最好铺地线网格，来保证最小的回路面积。

单端接地是为了降低电场对设备的影响，两端接地是降低磁场对设备的影响，两端接地形成磁场环路，外界磁场在原来信号与地线构成的回路中产生感应电流的同时，也在屏蔽层与地线构成的回路中产生感应电流Is，Is也会感应出磁场，但是这个磁场与原来的磁场磁场方向相反，相互抵消，导致总磁场减小，减小了干扰。

屏蔽技术，主要是应用在系统的结构上的，也有对线路关键电路进行屏蔽的，如时钟电路、CPU等。考察系统的屏蔽效能可以利用静电测试，如果系统屏蔽做的好，静电会沿着屏蔽体进行泄放，不会对内部线路造成影响。良好的电磁屏蔽的关键因素是屏蔽体的导线连续性，如果必须开孔引导线，采用屏蔽电缆，屏蔽层一定要采用360度环接方式进行接地，保证屏蔽的完整性。根据不同屏蔽层传输阻抗的频率特性和信号工作频率，来选择屏蔽电缆。

滤波包括电源线滤波与信号滤波。电缆是一个很好的天线，有时候即使屏蔽做的很好，仍然不能通过辐射发射和辐射敏感度的试验，这是因为电缆产生的辐射远高于线路板本身及机箱屏蔽不完整发生泄漏所产生的辐射。解决这种问题的一个方法是在电缆的端口处安装滤波器，将干扰电流滤除掉。根据干扰的频率选择滤波器的截止频率，才能有效的滤除干扰。一个系统使用了二阶LC低通滤波器，做辐射试验还是过不去，将前级电容去掉，辐射发射就不超标了，说明了需要降低截止频率才能滤除一部分干扰，增加滤波器的级数增加了曲线的陡度，提高了在工作频率内的滤波性能，并不能将更低频率的干扰滤除。滤波电容引线要短，可以采用“V”形接法，减小高频时的回路阻抗，也可以在引线上增加安装磁珠，加大了引线上的电感，增强了滤波效果。薄膜电容的电阻成分大，应采用陶瓷电容来进行滤波，陶瓷电容的阻抗特性好。

电磁兼容技术应贯穿产品研发始终，包括产品的概要设计、详细设计、原理图印制板设计、结构、组装调试等每个环节，都应该考虑电磁兼容设计，概要设计中需要调研产品应用环境，分析现场干扰类型，评估干扰风险，详细设计中需要针对具体的干扰，采取相应的对策，需要全面设计。原理图印制板图设计需要将各项措施体现在原理图中，必要时进行仿真，印制板图设计时需要按照模块化设计，注意布局布线，敏感电路的电磁兼容防护。结构也是电磁兼容设计中主要的一部分，产品的结构对静电、群脉冲、辐射等有很大的关系，结构要求具有良好的屏蔽性和接地。装配调试环节需要注意信号完整性，保证接地的连续性，注意面板接触问题，在测试环节根据遇到的实际情况，采取相应的措施。

二、电磁兼容实例应用分析

学习电磁兼容技术的整体目标是系统地学习电磁兼容方面的知识，通过学习电磁兼容设计理论，使这些方法、规则、措施等融入实际工作中，来保证产品尽可能可靠。

1、接地问题

实例一：某系统设备在做422通讯串口的射频场感应传导测试，采用双绞屏蔽线，开始采用的是单端接地，测试时出现的误码率高，几乎没有正确的数据，后来采用双端可靠接地，通讯正常。

实例二：某系统设备在做视频鼠标线的射频场感应传导的试验时，在较低频段（3M以下）时显示器有波纹，上下闪动，后来将视频线的显示器侧可靠接地，干扰明显降低，几乎不影响显示。

分析：这两种现象都是在做射频场的感应传导试验时出现的，射频场的感应传导抗扰度试验实质是：设备引线变成被动天线，接受射频场的感应，变成传导干扰入侵设备内部，最终以射频电压电流形成的近场电磁场影响设备工作，以低频磁场为主。

双绞线能够有效地抑制磁场干扰，这不仅是因为双绞线的两根线之间具有很小的回路面积，而且因为双绞线的每两个相邻的回路上感应出的电流具有相反的方向，因此相互抵销。双绞线的绞节越密，则效果越明显。

屏蔽层两端接地时，外界磁场在原来信号与地线构成的回路中产生感应电流的同时，也在屏蔽层与地线构成的回路中产生感应电流Is，Is也会感应出磁场，但是这个磁场与原来的磁场磁场方向相反，相互抵消，导致总磁场减小，减小了干扰。

2、屏蔽问题

实例三：某系统为机柜、机箱式结构，其中控制部分为机箱结构，子板总线板结构，子板均安装面板。做静电试验时，接触放电＋5.5kv时，对主板面板及左右相邻的面板进行静电试验时，控制板重启或死机，后来在控制板附近的面板之间安装指形簧片，系统在接触放电±6.6kv时运行正常。

实例四：某系统试验，用普通机柜，系统很敏感，对机柜引出线（通讯线）进行群脉冲试验，采用耦合夹耦合方式，干扰一加上去，系统就不正常，在通讯线两端增加磁环，效果不明显，后来没有办法了，更换了屏蔽机柜，进行试验，有明显效果，做几轮后，系统才会出现倒机想象，在通讯线进机柜处增加安装磁环后，系统工作正常，几轮试验后，没有出现倒机现象，系统工作都正常。

分析：现在很多系统都是机箱结构，即控制板、采集板、驱动板等都安装在同一机箱中，进行数据交换与控制。安装完成后各电路板会有一定的缝隙，静电脉冲通过面板缝隙，分布电容向主板耦合，使电源失真或控制发生故障系统重启、死机。在面板之间安装指形簧片，使机箱成为一个良好的屏蔽体，由于电荷的“趋肤效应”，当有静电干扰时，静电会沿着表面泄放至大地，对内部电路的影响减小或者消失。

屏蔽机柜对机柜的缝隙和门都进行了处理，缝隙处安装导电簧片，门与机柜接触位置安装导电布衬垫，提高机柜的屏蔽效能，提高机柜整体的抗干扰性，群脉冲干扰的实质是对线路分布电容能量的积累效应，当能量积累到一定程度时就可能引起线路（乃至设备）工作出错。通常测试设备一旦出错，就会连续不断的出错，即使把脉冲电压稍稍降低，出错情况依然不断的现象加以解释。脉冲成群出现，脉冲重复频率较高，波形上升时间短暂，能量较小，一般不会造成设备故障，使设备产生误动作的情况多见。

3、磁环的作用

实例五：对一个机箱结构系统做群脉冲实验，机箱内含有控制板、采集板、驱动板等，采集线、驱动线出机柜，需要做信号线群脉冲实验，当干扰施加在采集线上时，所有的采集板上指示灯都闪烁，对采集回路进行分析，采集输入有光电隔离器件，采集回线为动态的12V输出，当干扰施加时，可能造成采集回线上的电压失真，造成指示灯闪烁，找了一个闭合磁环，安装在采集回线上，进行实验，在某一极性下指示灯闪烁，说明磁环有作用，然后根据其阻抗特性，绕制2圈，实验效果不明显，后来试验一下绕制3圈，结果，采集指示灯显示正常，多次试验，系统均正常。

分析：磁环对群脉冲干扰有很好的抑制作用，根据实际情况安装在通讯线的两端或一端，磁环有不同的阻抗特性，对干扰信号进行频率分析，设计磁环的截止频率正好落在干扰信号频率附近，使磁环体现较大的阻抗性，来抑制干扰。

磁环的圈数影响磁环的阻抗特性，圈数越多，阻抗特性曲线向低频率方向移动，即较低频率下的阻抗越大，若此频率比较接近干扰频率时，就能起到很好的抑制干扰的作用。

电磁兼容技术融入电子产品开发设计中，可以提高产品的安全可靠性，如果在实际测试中，某一方面存在缺陷，可以从电磁干扰的方式上入手进行一步一步测试，电磁干扰有两种形式：传导发射和辐射发射，从各自的耦合路径进行查找。一个系统指标超标，可以先从辐射发射上解决，设备是否屏蔽良好，机壳上孔用导电布封住，导电布要与机壳良好接触，再进行试验，如果还超标，那就是干扰主要是传导发射引起的，在设备机壳出口处安装信号滤波器和电源滤波器，进行试验，如果还超标，那就是干扰是通过电缆辐射和传导发射出来，通过对屏蔽层的接地，减小地环路等措施必定能查找到原因并解决。

三、结语

产品需要逐步更新完善，才能达到一定的安全可靠，电磁兼容技术需要不断的积累，才能保证产品的安全可靠，产品应用场合不同，遇到的电磁干扰有所不同，产品的性能也不同，需要根据实际应用环境，分析干扰源，查找耦合路径，明确敏感源，对干扰源采取隔离措施，切断耦合路径或者疏导干扰，对敏感源采取屏蔽、滤波等措施，保证产品安全可靠工作。

第四篇：技术成熟度评估在航空材料开发中的应用

技术成熟度评估在航空材料开发中的应用

newmaker 来源：航空制造技术

材料是现代航空武器的物质基础和技术先导，对现代航空武器的研制成败

具有重大的影响，因此它的技术成熟度等级的评估无论是对材料本身的研制还是对相关产品开发都越来越显示出重要的作用。

“技术成熟度等级（TRL）”的划分

“技术成熟度等级”的概念是NASA于1989年提出并用作评估的工具。起初这个成熟度为7级，1995年修订为9级。2002年被美国国防部纳入武器采办条例中，并在2005年正式定为9级。目前技术成熟度的概念已在国际上得到采用，例如加拿大以及日本等国。现在一个国际工作小组已试图提出国际技术成熟度的协议。同时，也派生出一些专门的技术成熟度等级，如“设计成熟度”、“材料成熟度”、“工艺成熟度”、“无损检测成熟度” 以及“制造成熟度”等。作为NASA及美国国防部的技术成熟度的第3次修订是NATO的10级技术成熟度的出台，它是在9级之前加上一个0级技术成熟度。美国国防部强调制造在武器开发中的作用，制订了也是10级的“制造成熟度”，与9级技术成熟度并用，相互补充。

“技术成熟度”等级只是提供一种技术在转入武器系统中的技术成熟性以及应用风险的一种通用语言和通用标准，因此必然留下大量的问题有待回答。需要进一步细化，由此产生了“x RL”成熟度，称为子系统成熟度。例如，复合材料的纤维、树脂、预浸料工艺、工具、固化以及后固化等步骤。

技术成熟度等级、制造成熟度等级与武器开发的关系。1~4级成熟度为第一阶段，在该阶段内提出武器解决方案并进行分析；5~6级成熟度等级为第二阶段，与武器装备的技术开发相对应，在实验室内进行组件的验证评估，从第7级成熟度进入产品的工程及制造开发计划；经8~9级成熟度，进入生产及服役。1~2级成熟度的材料尚属于基础研究阶段，一般在大学进行研究。3~6级转入研究所实验室研究，评估是否可转入武器系统。在美国，武器用1~2级成熟度的材料由AFOSR（美国空军科学研究办公室）负责资助提

交给大学开展基础研究，3~4级成熟度的材料由AFOSR负责转移到AFRL（美国空军实验室）或DARPA的实验室开展应用基础研究，6级以上将提供给武器装备计划中进行工程开发。在法国，1~2 级成熟度的工作也是在大学开展，EADS负责3级成熟度的概念验证工作，4级以上由空客的各公司实施。一般6级以上才能进入产品开发。

材料技术成熟度与产品技术成熟度之间的关系

航空材料的成熟度与产品的成熟度有着密切的关系，也就是说，材料的开发是面向产品的，只有实现了材料与发动机研发的密切互动，才能协调技术、投资以及研制周期，以取得良好的经济及技术效益。

表1 为材料技术与产品研发阶段的对应关系。其中，TRL3为材料技术可行性研究结束阶段，TRL6为技术验证阶段结束，TRL9为技术成熟阶段。在投资方面，TRL3大约需100万美元，TRL6和TRL9分别增加1个数量级，材料供应商的投资可达到1亿美元。1台发动机成本约需10~20亿美元，TRL6与TRL9之间一般为2~3年，TRL3与TRL6之间一般少于1年。

理想的安排是材料的9级（TRL9）与发动机的6 级（TRL6）对应，这样可让发动机的TRL6~TRL9之间缩短为24个月。材料开发与发动机开发应互动交流信息，其目的是保证确定出适当的试验验证、设计技术的开发及工程制造以及检测方法。

根据经验，一种材料如果不以客户需求为导向，材料开发与产品开发在成熟度上不匹配，研制周期将长达10年。反之，加强供需双方的联系，可缩短到2~3年。

“技术成熟度等级”的评估（TRA）方法

尽管美国国防部的技术成熟度等级得到广泛的认同和使用，但只根据技术成熟度的定义，往往不能明确地标定技术成熟度的等级，还有待对技术成熟度进行细化，方能更具体地进行评价。本文拟根据国外所做的一些评估案例进行相关分析。案例1：技术成熟度在DARPA 的“低成本复合材料”项目评估中的应用。

技术成熟度的评估在DARPA的“低成本复合材料”项目中的应用是一个典型例子。与每一个DARPA项目一样，对该项目给出了技术成熟度等级。

表3中所列的成熟度等级是根据所占有的信息量及已有的经验确定的。1~2级表明在材料表征、试验以及缩比件（形状较平板复杂并比试样大）以及全尺寸件开发的各方面的技术均缺少。3~4级成熟度表明只生产了试样，有必要进行试验并用较大的部件对材料进行验证。5~7级表明成本模型有待验证。同时也需用全尺寸及缩比件进行试验来验证成本模型。8~10级表明有小的不足，但技术足够成熟可用于生产。

要评估“低成本复合材料”计划各项目的技术成熟度，还必须识别影响成熟度的一些因子。由于该计划是面向军用航空的，选用了J.W.Lincoln在飞机结构技术从实验室转入全尺寸开发时所需识别的5个因子，包括稳定的材料及其工艺、可生产性、经表征的力学性能、结构性能的可预测性以及结构保障性（可维修性及可检测性），同时加上材料可供应性、取得认证的设计及成本分析、质量保证程序的开发以及经验证的经济可承受性。将这些因子归并整理得出8个影响成熟度的因子，分别为：

·有可以应用的、经表征的材料；

·稳定的材料及工艺；

·制造出几何复杂形状的实验室缩比件；

·寿命预测模型以及适于部件及缩比件的力学性能；

·设计及成本对比分析得到认可，并开发出质量保证程序；

·全尺寸部件的可生产性以及试验；

·结构可维修性以及可检测性（保障性）；

·经过验证的经济可承爱性。

表4所列为DARPA的低成本复合材料计划中的各项目技术成熟度等级评估的汇总表。该表给出DARPA 低成本复合材料各项目的技术成熟度的评审结果。从表中所列成熟度的等级可以看出该项目中有3项技术仍不成熟，分别是电子束固化、热固性复合材料胶接技术以及IATA（低成本一体化机体技术），其中某些成熟度因子的等级在1~2范围内。低温固化工艺的等级也低，原因是该工艺是新近开展的，评估时收集到的信息不够多。

电子束固化、胶接技术以及IATA的进步不快，部分原因归咎于DARPA的资助决策。但技术问题也是影响原因。对于电子束固化技术，在开展缩比件试验之前本就应该开发出来合适的树脂材料，但在项目开始

前尚未获得该树脂。胶接项目表明，热固性树脂仍可进行感应加热，但不具备航空质量要求。在电子束固化项目中，虽然生产了一个大的构件，但未试验其是否满足设计要求。

对热塑性复合材料感应加热、精密装配等项目，DARPA的资助决策有中等影响，但仅取得一些进展。热塑性复合材料项目，丝束铺放的成本模型表明可节约33%，但未对全尺寸部件进行验证。材料及工艺经过了加热表征，但未制出缩比件或全尺寸部件来验证成本模型。在精密装配项目中，只为一种材料开发了材料变异性数据库，但未指出这些数据能否用于其他材料系统。

具有较高技术成熟度等级的有快速RTM、工装项目，但未完成全尺寸试验。尽管未进行风扇出口机匣及风扇叶片的全尺寸试验，但制造了7个风扇出口机匣，并显示出成本低于传统方法。未完成成本模型验证的还有风扇进口机匣、风扇叶片和快速RTM。风扇进气机匣满足轻量化要求，但不满足经济性要求。

最成熟的技术是固化成形工艺、丝束铺放机能力验证，以及风扇整流舱门。这些技术只有一些小缺陷。固化成形设计指南将转入F-16及洛·马公司的生产中。丝束铺放的技术成熟度达到8级或更高，是DARPA项目中最成熟的技术。不过这种技术已成熟多年，用在多项飞机生产中。该项技术将继续发展成为航空工业更广泛应用、风险更低的工具。

在DARPA的项目中，有2个成熟度因子即保障性及经济可承受性的等级范围仅达到低到中级，在这些项目中，对于维修及检验未加以充分重视，因此无可靠的试验方法及修理工艺，复合材料应用将受到限制。可靠性及经济可承受性的验证要用全尺寸验证件进行验证。一些部件将在JSF的发动机验证试验中进行。若无全尺寸数据，即使成本低、可提高系统性能，仍属于不成熟，会带来高度风险。

评估后分析工作表明，虽然大部分项目受到DARPA的资助决策的影响，所有项目将在其重新修

订计划中完成可行性验证。

在所有项目中，丝束铺放机能力验证、固化成形工艺以及风扇整流罩门的等级最高，将转入工程应用项目。风扇叶片以及风扇进气机匣将在JSF项目中继续改进，以达到更高的等级。精密装配、电子束固化以及丝束铺放技术在其他项目中得到支持，存在的问题是资金是否足以使等级得到明显提升。具有成本降低潜力的、仍不成熟的，但得到支持的有感应加热、IATA、低成本工装、风扇出口机匣以及风扇包容环。

从以上案例分析可以看出，对于技术类项目，如果技术成熟度因子为1~2级的有1/2以上，则视为不成熟。对于产品类项目，如果技术成熟度影响因子有一个小于5 即视为不成熟。对于成熟度影响因子8以上超过1/2的技术类及产品类项目，均可视为足够成熟，其余视为中等成熟。案例2：技术成熟度在材料无损检测技术评估中的应用。

技术成熟度在材料无损检测技术评估上的应用是另1个例子。NASA的无损检验工作小组用9级技术成熟度对各种无损检测技术进行了评估。

表中所列“传统”及“先进”方法的区别是在信息处理中是否采用计算机数字技术。例如传统的热成像技术系指用红外照相机取得的图像，而先进的热成像是指用先进的计算机软件来分析结构红外辐射图像并提供结

构的热迁移或扩散系数图。而结构的热扩散系数在确定损伤程度方面比相应的温度分布更可靠。

除了NASA的无损检测组的技术成熟度评估外，作为二级评估标准，有的公司也制定了无损检测技术评估等级标准，如美国Aerospace公司标准，它只分6级。1级—已识别潜在的无损检测方法；2级—方法已经验证；3级—已选择出能识别的缺陷及无损检测方向；4级—已识别并验证了方法论；5级—已验证了标准化；6级—检验方法已建立，并验证结果有重复性，对检验有信心。

第五篇：石油勘探开发中的地质风险评价

石油勘探开发中的地质风险评价

编译：王立群

高山帮明

摘要：本文作者简要地论述了石油勘探开发中地质风险评价与项目经济评价的关系，并着重说明了在石油勘探开发这类高风险的项目中，事前评价和事后评审的重要性，指出事后评审是对事前评价的修改和补充，事后评审对于项目重点的重新评估具有重要的意义。本文强调以概率论和数理统计的方法评价项目的不确定性的重要意义，认为在现阶段的石油勘探开发中，在难度越来越大的情况下，决策的依据有必要依靠定量的数据。

关键词：地质风险、不确定性、经济评价、事前评价和事后评审、重新评估

一、前言：

为谋求地下深部的油气藏而钻探探井，每口井需要数百到数千万元人民币的费用，然而能够发现石油的概率却不高。按预期发现石油并开发，根据油田规模的大小有必要投入数亿元人民币以上的投资，但这仍无法保证按预想的结果生产油气，而且能够收回初期的大量投资是进行生产的目的，所以当油价和汇率变动时，就会产生和当初的计划出现较大偏差的现象。因此说石油勘探、开发是风险产业的代表。

“石油勘探类似于赌博，算卦可能灵也可能不灵，如果害怕失败的话，那就什么也做不到”。在石油勘探开发产业中，以前一直是信任地质家这一类的冒险家和多才艺工匠的灵感进行投资。但是，随着1990年代的油价低迷和钻探发现概率的降低，已经转变到应用把握风险的程度和谋求投资决策的依据上，并开始讨论地质风险定量化的方法。现在，几乎所有的石油公司都在定量地评价地质风险，并系统地实施以定量评价风险为基础的经济评价。

本文将介绍伴随石油勘探开发的各种风险中，与地下不确定性相关的地质风险的评价现状。

油气藏的存在、规模等在地下诸条件中存在各种不确定性（uncertainties）。在伴随其不确定性的诸条件下进行投资，首先会产生损失的风险（risks），而与此同时又会出现获得利益的机会（chances）。从事石油勘探开发的技术人员的术语，严格地说是不确定性而非风险，根据高精度地评价不确定性，定量地评价风险和机会，其成果能够应用到投资决策中。

二、石油勘探开发的地质风险

1、地质风险的特征

石油勘探的风险大且具有赌博特征的原因，其一是油气藏赋存于地下的深部（2——5km以上），从地表直接预测其存在和其原始状态有困难。尽管三维地震勘探技术等新的勘探方法已经出现，而且方法在进一步地提高中，但在另一方面易于勘探的可能对象在减少，地震波难以到达的断层下盘以及岩盐层之下的、难度较大的目标和地表条件严酷的勘探区在增加。

为使石油勘探成功，有必要满足大量的条件。这也增加了最初预测的难度。大量的有机物质堆积下来，经历漫长的时间埋藏到地下的深处并生成石油，因浮力的作用而发生运移。石油不发生逸散而高效率地聚集在构造中，构造中的岩层存在可以充满石油的多孔储集岩。储集岩形成背斜等可以保存石油的形状（圈闭），而且储集岩为致密的岩层所覆盖（封闭），产生石油赋存在那里的空间，这是必要的。油气藏最初形成必须满足有成熟的烃源岩、运移、聚集、储集岩、圈闭、盖层这五个条件，缺一不可。在石油勘探中，要对油气藏系统各种因素存在的可能性进行评价，并以出现的概率来表示，而且在确定油气藏存在的时候，要充分考虑油气藏规模的不确定性，以概率论的观点进行评价。一旦确切地发现了油气藏，要追加钻探评价井而收集信息，但是即便信息量有所增加，以单一的数字断定储量的多少也是困难的，所以在开发阶段也存在不确定性。

2、地质成功率的计算

在可能存在石油的构造上（远景构造），最初钻探预探井时，以地质成功率（geological chance of success）计算发现石油的可能性。之所以称做“地质”，是因为要与探明油田的相关储量的确定（经济成功率）相区别。地质成功率指的是预探井发现的石油流出到地表的最小储量的可能性。

在地质成功率的计算中，对油气藏系统形成的五个条件进行分别评价，各个条件出现的可能性用0——1之间的数表示，用它们的积计算成功率。用积来表示的原因是：如果因素之一存在的可能性低，那么其成功率也将大受影响。在极端条件下，一个因素存在的可能性如果是0，那么成功率也将是0。

根据勘探的难易以及信息量的多少，成功的概率有所不同。在预探情况下，其成功的概率一般是百分之几到百分之三十数量级。研究1960——1999年每十年的统计数据来看，在世界范围内预探的成功率为24——27%。

对风险的数字化，最初存在相当大的困难，而对油气藏系统的各种因素定量地表示其存在的可能性，那么即便在不成功的情况下，反思事前评价的可行性，也有助于明确技术力量投入的重新安排与技术课题设置等相关的问题。

3、远景构造的概率性可采储量评价

在预探发现石油的情况下，对预测储量考虑其不确定性，用概率分布进行评价。可采储量在一般情况下用下列参数的积来计算：

A、含油面

积（集油面积）B、油层厚

度 C、储集层

中孔隙的比率（孔隙度）

D、孔隙中石油的占据率（含有饱和度）

E、把石油从地表抽出到地面时的体积变化率（体积系数）F、可采的石油比率（采收率）

用上述单一的一种参数来说明可采储量是不可能的，所以用概率分布来表示。在求取 可采储量的计算中，应用根据各参数的概率分布随机选择数值反复进行计算的蒙特卡罗模拟技术，求出可采储量的概率分布。因为个人计算机性能的提高，几千甚至几万次的反复计算也可以实施下去。

所得到的可采储量的概率分布可以用平均值表示，但是仅此方法却不能表示其不确定性的程度。因此从大储量事件向小储量事件累加概率做成累计概率分布图。例如，增加5亿桶事件的概率表示为10%（p10），超过8000万桶事件的概率表示为50%（p50），1000万桶以上事件的概率表示为90%（p90）。这样一来，p90事件是相对悲观的而且是可能性高的可采储量，而p10则是乐观的且可能性最高的潜在量指标。两者的比值表示概率分布的振幅，即不确定性的程度。随着信息量的增加，p10/p90的值减小。

4、开发对象——油气田的储量评价

如果预探井发现石油，就要追加钻探评价井，以此采集油层的含油面积、厚度、储油物性（孔隙度、渗透率）等相关的数据，并致力于掌握储量的多少，在勘探初期阶段表现的数十到一百以上的p10/p90的值在减少，但即便在开发阶段还保留着2——7这种程度的不确定性。考虑到与成本的兼顾，不可能在评价时期大量钻井，这样就要在不确定性残存的情况下进行开发决策。因为在开发阶段会使用比勘探阶段更多的成本，所以要制定并研究与储量的不确定性有关的生产设备的规模、生产计划等事项的各种规划方案，考虑不确定性而构建多种地质模型，实施油层模拟并进行生产预测。综合地质构造及孔隙分布模式这一类的地质模型要素构建多种地质模型，根据各种要素的发生概率求出各规划方案的实施概率，并绘制累计概率图。据此和评价不确定性一起能够提取出与储量概率（p90、p10）相当的模型。最近，实验计划法也在应用。

三、地质风险的事后评价（事后评审）

为了研究地质风险评价的可靠性，要进行钻井前的评价结果与钻探后评价结果的比较，即钻井的成功与不成功、成功时的储量与钻探前评价的储量相比较，这项工作称为事后评审（post well audit）。

关于预测的地质成功率，要在一定量的钻探成果出来后，用实际的成功率进行比较。根据钻探前预测的概率对钻探目标进行分组，对各组计算实际的成功率并根据与预测结果的比较检测事前评价的可靠性。进而，在钻探不成功的情况下，确认这种不成功的因素是否是在钻探前评价中的高风险因素，这才是最重要的事后评审。例如，在计算成功率时，尽管对储集层的存在给予了0.9的高概率，但是如果钻探的结果是没有储集层，这就说明钻探前的储集层评价存在问题，需要修正攻关方向。

关于预测储量的评价，要比较钻探前评价的概率分布和钻探后的再次评价值，储量以及孔隙度、饱和度等储量计算参数应该与实际值比较并修改钻探前的评价，这是很重要的。在概率分布的预测和实际情况的评价中，钻探结果（结果还不确定而用概率分布表示，所以以概率分布图中的p50值作为代表值。）与预测的p50值及平均值接近并不表示预测的可靠性，应该注意到在多数情况下由概率分布的振幅所标示的各种储量值都存在才是一个完美的评价（有时应该是p90，有时应该是p10，假设仅仅为接近p50的数值，那么就可能是在勘探前评价中过大地估计了不确定性）。

因为地质风险是根据概率论来评价的，所以在预测值与实际值比较时，必须使用统计方法，如果不收集一定量的评价样本，那么事后评审就不能实施。事后评审不但关系到风险评价的精度提高，而且会了解到技术评价的弱点，这将成为设立攻关项目的重点过程。

四、结语

在石油勘探开发中，以数值定量地表示地质风险的方法如今正在广发地应用，并根据地质风险评价的结果进行经济评价，并研究项目组合的经营战略，这样一来可以分散投资风险而产生返还的稳定化，同时以相对高风险的高返还为目标的最佳化经营战略这种项目管理就成为可能。

由于定量的地质风险评价的引入，技术人员也提高了对风险的认识，在评价中并不只是象以前那样描述出最有可能的结果，而是把明确地表示出技术上的不确定性作为重点。因为能够在经济上把握最有影响力的主要因素，所以能够从中找到重点的评价项目。例如，正确地把握最高可能性（乐观情况）和最低可能性（悲观情况）的结果，有助于确定合理的油田生产设备的建设。

地质风险评价并不仅仅起作用于经济评价。因为评价的定量化，所以使得通过事后评审的继续检验科技能力的做法成为可能，这关系到找出项目进行的关键及改善科技力量布局的问题。