气候变暖越来越成为全球关注的问题,气候变暖主要归咎于煤、石油、天然气等化石燃料燃烧所释放的大量CO2气体。受能源结构或技术手段的限制,化石燃料将在未来很长一段时间里占据着全球能源消费的主导地位。所以,如何在不限制化石燃料使用的前提下减少CO2的排放,成为全球各国学者研究的课题。针对此问题,碳捕获和封存(Carbon Capture and Storage,CCS)技术应运而生。CCS技术通过将CO2收集起来并长期封存,来限制或减缓CO2的排放,有希望发展成为减缓气候变暖的主要手段。然而,CCS技术仍然处在研究或初始应用阶段,很多技术难点尚未解决。碳捕获、碳运输和碳封存是CCS技术的三个主要环节,CO2的泄漏广泛存在于碳运输环节中。CO2泄漏检测的难点在于:第一,泄漏源的尺寸很小,导致泄漏信号十分微弱或不易检测,利用某些传感器检测到的泄漏信号往往堙没在巨大的噪声信号当中,信号特征较难提取;第二,CO2泄漏过程在很多情况下伴随相变,例如从液态到气态或从固态到气态,导致泄漏信号不稳定;第三,当前的泄漏检测和定位手段,几乎全部假设待检测区域只有一个泄漏源,当多泄漏源同时存在时,泄漏信号之间的相互干扰和叠加给信号的分析带来一定困难。论文比较了当前各种泄漏检测方法的优缺点,并结合CCS运输设备的特点,阐述了声发射技术的具体实施方法,开展了有关泄漏检测和定位方法的理论推导,利用声发射采集装置在实验室环境下进行了实验验证和数据分析,为CCS技术的可靠实施提供了保障。该论文的具体研究内容如下:(1)泄漏信号特征研究。工业环境下监测泄漏事故发生与否,以及当泄漏发生之后快速地对泄漏程度进行准确评估都具有重要意义。本文在实验室环境下用加工有不同大小漏孔的不锈钢304薄板来模拟大型压力容器的局部泄漏区域,用CO2气瓶持续不断地向漏孔供气来模拟连续泄漏环境。对采集到的声发射信号进行时域和频域分析,计算了泄漏声发射信号在不同频带的能量分布,为漏孔大小的识别提供了依据;(2)多泄漏源定位研究。多泄漏源同时存在的情况比单泄漏源要复杂很多,在实验室条件下模拟超大型压力容器多泄漏源共同出现的情况,通过对泄漏声发射信号的功率谱密度(Power Spectrum Density,PSD)进行分析来选取特征频段,使用小波包对信号进行分解以及特征提取,然后使用多信号分类(MUltiple SIgnal Classification,MUSIC)方法构造空间谱函数来计算泄漏信号的波达方向,通过多个位置处的方向结果来实现多泄漏源定位。此外,论文研究了不同压力下多泄漏源的泄漏声发射信号,比较了不同情况下该种方法的定位效果。
1引言微地震监测是致密储层压裂改造效果评价的关键技术之一。然而,微震事件能量较低(-4检测和定位带来了巨大挑战。传统的基于能量的微震事件检测和定位方法,如STA/LTA方法,只能识别高信噪比事件,并且定位精度强烈依赖于走时拾取和速度模型,不确定性较大。根据地震事件波形的相似性,利用模板事件对连续波形记录进行波形互相关扫描(又称为匹配滤波法),能够有效地提高事件检测能力,在天然地震学中得到广泛应用。Weng and Zhang(2014)
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