第一篇：電磁技術在石油勘探開發中的應用

電磁技術在石油勘探和開發中的應用

高國忠博士今天上午在地質樓525會議室，給我們做了一個非常精彩的講座，作為石油大學的老學長，其幽默的談吐讓我們倍感親切。同時，其豐富的工作經驗和學術功底給了我們很多啟發和感悟。

電磁技術在石油勘探和開發中有著廣泛的應用。在地球物理勘探中，有“重、磁、電、震”四種主要的方法。其中“電”，就包含電磁技術。通過人工或天然電場來獲得大地電阻率，進而來評價地下構造。在地球物理測井中，有廣為人知的電磁波傳播測井，通過人工向地層發射電磁波，分析接收到的信號，測量電磁波的幅值和相位，來進行地層評價，可以評價地層厚度，尋找油氣層。電磁波傳播測井所用頻率很高，探測深度很淺，是該種方法的弊端。

電磁技術還可以被應用在隨鉆測量中，眾所周知，隨鉆測量實時從地下向地面傳輸信號，電磁波可以攜帶信息，又地下向地面傳輸。但面臨的問題是，電磁波在地層傳播過程中衰減十分嚴重，對于信號的損失也較為嚴重。我認為，可以再后續的信號處理中，尋求合適的算法進行數據重構，重新得到想要的信息。

井間電磁成像測井是當代地球物理應用技術發展的重要前沿，也是一項極具挑戰性的重大研究課題。其能夠提供井間電阻率的二維乃至三維圖像，為油田勘探、開發提供一種有效實用的技術手段。可以用于研究井間油藏的構造形態、儲層展布情況；描述油氣富集區及井間的流體分布；檢測油田開發動態，指示水驅、蒸汽驅和聚合物驅的波及前沿和方向，分析井間剩余油分布。

井間電磁技術基本方法是將反射器和接收器分別置于鄰近的兩口井中，發射器此阿勇磁偶極子源，工作頻率10Hz-10KHz，接收器接收由發射器激發并經地層傳播的電磁波，反演后獲得井間地層電阻率的分布圖像。成像處理，是在假定地層基本滿足軸對稱的條件下進行的，這時可把地層電阻率的空間分布簡化為二維子午面上的分布。由于接收器的響應是二維子午面上電阻率泛函，如果把子午面“離散化”，即吧子午面分為許多方格，并假定每個像素的電阻率各為一固定值，響應則為各個像素數值的電阻率都相等時，其響應方程才可描述。測量過程中，以一定的深度間隔固定接收器的位置，發射器以連續測量的方式進行采樣，這樣可以得到數量眾多的響應方程。通過反演求解方程的未知數，達到求解各像素電阻率值得目的。

井間電磁技術有兩個人們比較關注的問題，一是如何提高分辨率，影響分辨率的因素主要頻率頻；二是如何減小金屬套管對電磁信號的強烈衰減和相移作用。對于第二個問題，可以在套管材質上進行創新，發展一種非金屬套管來代替當前的金屬套管，此種方法正在試驗中，已經取得階段性成果。

第二篇：測井技術在石油勘探中的應用

測井技術在石油勘探中的應用 摘 要 我國傳統的石油測井技術分辨率較低、直觀性較差，且極易導致多解性的出現，已經不能夠滿足現代石油測井的需要了。基于此，探索一種新型的石油測井技術以不斷提高我國的石油測井質量是對我國石油測井事業的發展意義重大。

關鍵詞 傳感器；測井技術；石油測井

現階段，傳統的石油測井技術已很難滿足石油測井的需要了，面對大量的石油探測工程，深探測、高測量精度與高分辨率的石油測井技術應運而生。石油測井儀器經過長時間發展已經歷經了五次更新換代，目前，我國油田所運用的石油測井儀器為第四代數控測井儀與第五代成像測井儀兩種。常用測井技術

1）電法測井。電法測井是石油測井中常用的技術之一，其主要是指通過井下的測井儀器向地面發生電流，從而有效的測量出地面的電位，并最終得到地層電阻率的一種測井方式。常見的地層傾角測井、感應測井和側向測井以及向地層發射電流對地層的自然電位進行測井等方法均屬于電法測井技術。

2）聲波測井。聲波測井主要是通過測量環井眼地層的聲學性質對地層特定、井眼工程情況進行測量的一種石油測井技術，其包括聲幅測井、聲速測井等多種測井方法。一般情況下，運用聲波測量的方式可清晰揭示出井眼的特定，此種測井技術一般用于推導原始與次生孔隙度、空隙壓力以及流體類型、裂縫方位等；聲成像測井技術則是在充分運用計算機圖像處理技術的基礎上所形成的石油測井技術，此技術可將換能器接收到的各種信號進行數字化，并可將預處理圖像處理成轉換成像。

3）核測井技術。核測井技術主要是根據地層巖石以及巖石孔隙流體的物理性質進行石油測井的技術，它還被稱之為放射性測井技術。以放射性源、測量的放射性類型或巖石的物理性質為主要依據將核測井技術分為如下兩大類，即伽馬測井，以研究伽馬輻射為主要基礎的核測井方法；中子測井，以研究中子、巖石以及其孔隙了流體之間的相互作用為主要基礎的核測井技術。上述兩種主要的核測井技術包括密度測井、自然伽馬測井、自然伽馬能譜測井以及中子孔隙度測井等。

4）電纜地層測試測井技術。電纜地層測試測井技術也是十分常見的石油測井方式，其主要是對油氣探測工作中流體性質進行驗證、對地層產能進行有效估計的測井方式。與普通的鉆桿測試相比，電纜地層測試技術具有快速、經濟、簡便等諸多優點。一方面，電纜地層測試測井技術的石英壓力傳感器可以較為準確和迅速的測量到地層的壓力與溫度變化；另一方面，此種測井技術所運用的多探測測試器能夠最為直接的測量地層徑向與垂向滲透率。此外，井下的流體電阻率測量以及光譜分析等技術也可較為有效的對流體類型進行判別。一般情況下，電纜地層測試用于單井壓力剖面的建設、流體密度的計算、氣、油、水界面的確定以及地層有效滲透率的估計中。

5）成像測井。成像測井技術具有分辨率較高、采集數據量大等特點，其測量結果可通過計算機以圖象的形式表現出來，較為直觀。構成成像測井系統的主要設備為成像測井儀、核磁共振測井儀以及數字要穿系統、計算機工作站等。成像測井技術與常規的測井技術相比具有更強的適應力，其主要儀器包括：陣列感應、井周聲波、陣列傾向、核磁共振以及多極子陣列聲波等。傳感器技術在石油測井中的應用

地球物理測井是應用地球物理的一個分支，它是用物理學的原理解決地質和工程問題的學科。由于測井觀測密度大、分辨率高、縱向連續性好，具有綜合信息和技術優勢等，因此成為地層評價的主體，是油氣資源評價和油藏管理不可缺少的關鍵技術手段。其地質與工程運用，覆蓋了油氣勘探與開發的全過程。隨著油氣勘探開發難度的增加和測井技術的發展，測井技術的應用已經從傳統的單井油氣層識別與評價逐步發展到測井多井的儲層描述與評價。在地層評價、地質、鉆井以及采油工程方面得到越來越廣泛的應用。

1）石油測井中光纖傳感器的應用。光纖傳感器隨著光線通信技術而生，由于受到電磁干擾，需要承受極端的條件，包含高壓、沖擊、震動、高溫等，可高精度測量井場、井筒環境，光纖傳感器是一種分布式測量，可測量空間分布和剖面信息。同時，光纖傳感器的橫截面較小，外形較短，空間體積小。激光傳感器技術是由激光技術結合光纖技術的傳感器，在泥漿、原油等井中測量，同時它利用光致損耗、發光物理效應，可發揮不同核探測能級，研制敏感探頭。地層評價：分析巖石性質，確定地層界面，計算巖層的礦物成分，繪制巖性剖面圖，計算孔隙度、滲透率等儲層參數，儲層綜合評價，劃分油、氣、水層，并評價產能。

2）石油測井中網絡傳感器技術的應用。在石油測井中，網絡是一種集成與發展，主要呈現陣列化的探頭發展，采集圖像化地面，油藏解決方案、信息共享促進實時化。根據該標準，使網絡測井組合快速平臺，通過核磁共振、聲波成像、地層測試等技術，對其進行改進，可集成為網絡測井技術。有利于評價油氣水、測井識別、巖石力學、測井地址等動態分析。測井技術正在逐漸變革，互聯網技術的主要特征為信息共享、可靠，井下儀器提供油藏解決方案和觀測信息。

3）隨鉆測井。此種測井方式是指將測井儀器安裝在與鉆頭相近的部位，在鉆井的過程中同時將地層的各種信息進行測量的測井方式。隨鉆測井可以通過對地層傾斜角度的方向、鉆壓等測量而更好的控制鉆探方向。運用此種方式測量剛鉆開地層的自然電位、電阻率、密度、中子以及核磁、聲波時差等指標，上述的測量方式不僅有效避免了泥漿侵入和井眼擴徑等井下條件的對測量結果的影響，且可為地層提供井身信息，進而更好的指導鉆進方位。對于疑難井、水平井和大斜度井的測井中，隨鉆測井更加能夠顯示出其獨特優勢，其能夠為作業者提供科學的鉆井依據，還能夠為作業者提供較為詳細的井眼周圍信息，例如井眼周圍的應力狀態、地質導向等，以幫助作業者更為有效的進行地層評價。

4）雙側向測井。雙側向測井技術主要是運用電流屏蔽的方法，迫使主電極電流經聚焦后成水平狀電流束垂直于井軸側向流入地層，從而使井的分流作用與低阻層對電流的影響逐漸減少。上述手段可減少井眼與圍巖對于測井結果的影響，能夠在真實、有效的反映地層電阻率變化情況的同時解決普通測井技術不能夠解決的問題。結束語

隨著我國科學技術的發展，我國的石油測井技術面臨著更多的發展機遇與更嚴峻的挑戰。基于此，在石油測井技術的發展過程中，科研與操作人員均應不斷加強相關理論基礎的研究，并在理論完備的情況下進行更為深入的實踐研究，在提高自主創新能力的同時不斷實現我國石油勘測的簡單化、精確化與快速化。

參考文獻

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第三篇：電磁兼容技術及應用

電磁兼容技術及應用

摘 要：本文簡要介紹電磁兼容相關的各項技術，通過對接地、屏蔽、濾波等技術的分析，說明產品如何實現良好的電磁兼容性，如何將電磁兼容技術融入產品研發流程。對實例分析，結合電磁兼容理論，說明實際測試中的處理

摘 要：本文簡要介紹電磁兼容相關的各項技術，通過對接地、屏蔽、濾波等技術的分析，說明產品如何實現良好的電磁兼容性，如何將電磁兼容技術融入產品研發流程。對實例分析，結合電磁兼容理論，說明實際測試中的處理方法，從干擾源、耦合路徑、敏感源方面逐步分析驗證，提高產品可靠性。

關鍵詞：電磁兼容 接地 屏蔽 濾波

目前，電磁兼容技術已經發展成為專門的針對電子產品抗電磁干擾和電磁輻射的技術，成為考察電子產品的安全可靠性的一個重要指標，覆蓋所有電子產品。

各個電子設備在同一空間工作時，會在其周圍產生一定強度的電磁場，這些電磁場通過一定的途徑（輻射、傳導）耦合給其他的電子設備，影響其他設備的正常工作，可能使通訊出錯或者系統死機等，設備間相互干擾相互影響，這種影響不僅僅存在設備間，同時也存在元件與元件之間，系統與系統之間。甚至存在與集成芯片內部。

電磁兼容技術主要包括接地、濾波、屏蔽技術等，在特定場合需要注意的是不一樣的，A、在結構方面，需要注意屏蔽和接地，B、在線纜方面注意接地和濾波，C、在PCB設計方面，需要注意信號布局布線、濾波等。

一、電磁兼容技術

首先從構成電磁干擾的三要素入手，即干擾源、敏感源、耦合路徑，★干擾源是產生電磁干擾的設備，通過電纜、空間輻射等耦合路徑影響干擾敏感源設備。高頻電壓/電流是產生干擾的根源，電磁能量在設備之間傳播有兩種方式：傳導發射和輻射發射，傳導發射是

以導線為媒體，以電流為現象，輻射發射是以空間輻射為媒體，以電磁波為現象。常見干擾源有雷電、無線通訊、脈沖電路、靜電、感性負載通斷、天線、電纜導線等。任何電路都可能成為敏感源，數字電路抗干擾性較好，但是風險大，大的脈沖尖峰可能是數字電路誤動作，音頻模擬電路對射頻信號敏感。★耦合路徑分為空間耦合和傳導性耦合，空間耦合包括互感耦合、電容耦合、天線輻射，傳導性耦合包括地線和電源線上的傳導。

電磁兼容設計主要包括接地設計、屏蔽設計、濾波設計方面的知識。地線分為安全地、交流地、直流地、數字地、模擬地、機殼地、防雷地等，※地線從電壓概念說是提供一個等電位體，從電流概念上說是提供一個電流通路。地線阻抗決定了線路的抗干擾性，其中導線阻抗決定了地線的電位差，回路阻抗決定了實際的地線電流，地環路的存在是電路受干擾的主要原因，減小地環路的面積，降低對線路的影響，使用屏蔽線或同軸電纜都可能減小信號回路的面積，從而達到降低干擾的影響。地線電流總是走地線阻抗比較小的路徑，高頻低頻時線路的阻抗是不一樣的，可以根據需要設計信號路徑。多層板比雙層板的抗干擾性要好，因為多層板有專門的地層和電源層，保證每個信號回路都具有最小的信號回路面積，如果是雙層板，最好鋪地線網格，來保證最小的回路面積。

單端接地是為了降低電場對設備的影響，兩端接地是降低磁場對設備的影響，兩端接地形成磁場環路，外界磁場在原來信號與地線構成的回路中產生感應電流的同時，也在屏蔽層與地線構成的回路中產生感應電流Is，Is也會感應出磁場，但是這個磁場與原來的磁場磁場方向相反，相互抵消，導致總磁場減小，減小了干擾。

屏蔽技術，主要是應用在系統的結構上的，也有對線路關鍵電路進行屏蔽的，如時鐘電路、CPU等。考察系統的屏蔽效能可以利用靜電測試，如果系統屏蔽做的好，靜電會沿著屏蔽體進行泄放，不會對內部線路造成影響。良好的電磁屏蔽的關鍵因素是屏蔽體的導線連續性，如果必須開孔引導線，采用屏蔽電纜，屏蔽層一定要采用360度環接方式進行接地，保證屏蔽的完整性。根據不同屏蔽層傳輸阻抗的頻率特性和信號工作頻率，來選擇屏蔽電纜。

濾波包括電源線濾波與信號濾波。電纜是一個很好的天線，有時候即使屏蔽做的很好，仍然不能通過輻射發射和輻射敏感度的試驗，這是因為電纜產生的輻射遠高于線路板本身及機箱屏蔽不完整發生泄漏所產生的輻射。解決這種問題的一個方法是在電纜的端口處安裝濾波器，將干擾電流濾除掉。根據干擾的頻率選擇濾波器的截止頻率，才能有效的濾除干擾。一個系統使用了二階LC低通濾波器，做輻射試驗還是過不去，將前級電容去掉，輻射發射就不超標了，說明了需要降低截止頻率才能濾除一部分干擾，增加濾波器的級數增加了曲線的陡度，提高了在工作頻率內的濾波性能，并不能將更低頻率的干擾濾除。濾波電容引線要短，可以采用“V”形接法，減小高頻時的回路阻抗，也可以在引線上增加安裝磁珠，加大了引線上的電感，增強了濾波效果。薄膜電容的電阻成分大，應采用陶瓷電容來進行濾波，陶瓷電容的阻抗特性好。

電磁兼容技術應貫穿產品研發始終，包括產品的概要設計、詳細設計、原理圖印制板設計、結構、組裝調試等每個環節，都應該考慮電磁兼容設計，概要設計中需要調研產品應用環境，分析現場干擾類型，評估干擾風險，詳細設計中需要針對具體的干擾，采取相應的對策，需要全面設計。原理圖印制板圖設計需要將各項措施體現在原理圖中，必要時進行仿真，印制板圖設計時需要按照模塊化設計，注意布局布線，敏感電路的電磁兼容防護。結構也是電磁兼容設計中主要的一部分，產品的結構對靜電、群脈沖、輻射等有很大的關系，結構要求具有良好的屏蔽性和接地。裝配調試環節需要注意信號完整性，保證接地的連續性，注意面板接觸問題，在測試環節根據遇到的實際情況，采取相應的措施。

二、電磁兼容實例應用分析

學習電磁兼容技術的整體目標是系統地學習電磁兼容方面的知識，通過學習電磁兼容設計理論，使這些方法、規則、措施等融入實際工作中，來保證產品盡可能可靠。

1、接地問題

實例一：某系統設備在做422通訊串口的射頻場感應傳導測試，采用雙絞屏蔽線，開始采用的是單端接地，測試時出現的誤碼率高，幾乎沒有正確的數據，后來采用雙端可靠接地，通訊正常。

實例二：某系統設備在做視頻鼠標線的射頻場感應傳導的試驗時，在較低頻段（3M以下）時顯示器有波紋，上下閃動，后來將視頻線的顯示器側可靠接地，干擾明顯降低，幾乎不影響顯示。

分析：這兩種現象都是在做射頻場的感應傳導試驗時出現的，射頻場的感應傳導抗擾度試驗實質是：設備引線變成被動天線，接受射頻場的感應，變成傳導干擾入侵設備內部，最終以射頻電壓電流形成的近場電磁場影響設備工作，以低頻磁場為主。

雙絞線能夠有效地抑制磁場干擾，這不僅是因為雙絞線的兩根線之間具有很小的回路面積，而且因為雙絞線的每兩個相鄰的回路上感應出的電流具有相反的方向，因此相互抵銷。雙絞線的絞節越密，則效果越明顯。

屏蔽層兩端接地時，外界磁場在原來信號與地線構成的回路中產生感應電流的同時，也在屏蔽層與地線構成的回路中產生感應電流Is，Is也會感應出磁場，但是這個磁場與原來的磁場磁場方向相反，相互抵消，導致總磁場減小，減小了干擾。

2、屏蔽問題

實例三：某系統為機柜、機箱式結構，其中控制部分為機箱結構，子板總線板結構，子板均安裝面板。做靜電試驗時，接觸放電＋5.5kv時，對主板面板及左右相鄰的面板進行靜電試驗時，控制板重啟或死機，后來在控制板附近的面板之間安裝指形簧片，系統在接觸放電±6.6kv時運行正常。

實例四：某系統試驗，用普通機柜，系統很敏感，對機柜引出線（通訊線）進行群脈沖試驗，采用耦合夾耦合方式，干擾一加上去，系統就不正常，在通訊線兩端增加磁環，效果不明顯，后來沒有辦法了，更換了屏蔽機柜，進行試驗，有明顯效果，做幾輪后，系統才會出現倒機想象，在通訊線進機柜處增加安裝磁環后，系統工作正常，幾輪試驗后，沒有出現倒機現象，系統工作都正常。

分析：現在很多系統都是機箱結構，即控制板、采集板、驅動板等都安裝在同一機箱中，進行數據交換與控制。安裝完成后各電路板會有一定的縫隙，靜電脈沖通過面板縫隙，分布電容向主板耦合，使電源失真或控制發生故障系統重啟、死機。在面板之間安裝指形簧片，使機箱成為一個良好的屏蔽體，由于電荷的“趨膚效應”，當有靜電干擾時，靜電會沿著表面泄放至大地，對內部電路的影響減小或者消失。

屏蔽機柜對機柜的縫隙和門都進行了處理，縫隙處安裝導電簧片，門與機柜接觸位置安裝導電布襯墊，提高機柜的屏蔽效能，提高機柜整體的抗干擾性，群脈沖干擾的實質是對線路分布電容能量的積累效應，當能量積累到一定程度時就可能引起線路（乃至設備）工作出錯。通常測試設備一旦出錯，就會連續不斷的出錯，即使把脈沖電壓稍稍降低，出錯情況依然不斷的現象加以解釋。脈沖成群出現，脈沖重復頻率較高，波形上升時間短暫，能量較小，一般不會造成設備故障，使設備產生誤動作的情況多見。

3、磁環的作用

實例五：對一個機箱結構系統做群脈沖實驗，機箱內含有控制板、采集板、驅動板等，采集線、驅動線出機柜，需要做信號線群脈沖實驗，當干擾施加在采集線上時，所有的采集板上指示燈都閃爍，對采集回路進行分析，采集輸入有光電隔離器件，采集回線為動態的12V輸出，當干擾施加時，可能造成采集回線上的電壓失真，造成指示燈閃爍，找了一個閉合磁環，安裝在采集回線上，進行實驗，在某一極性下指示燈閃爍，說明磁環有作用，然后根據其阻抗特性，繞制2圈，實驗效果不明顯，后來試驗一下繞制3圈，結果，采集指示燈顯示正常，多次試驗，系統均正常。

分析：磁環對群脈沖干擾有很好的抑制作用，根據實際情況安裝在通訊線的兩端或一端，磁環有不同的阻抗特性，對干擾信號進行頻率分析，設計磁環的截止頻率正好落在干擾信號頻率附近，使磁環體現較大的阻抗性，來抑制干擾。

磁環的圈數影響磁環的阻抗特性，圈數越多，阻抗特性曲線向低頻率方向移動，即較低頻率下的阻抗越大，若此頻率比較接近干擾頻率時，就能起到很好的抑制干擾的作用。

電磁兼容技術融入電子產品開發設計中，可以提高產品的安全可靠性，如果在實際測試中，某一方面存在缺陷，可以從電磁干擾的方式上入手進行一步一步測試，電磁干擾有兩種形式：傳導發射和輻射發射，從各自的耦合路徑進行查找。一個系統指標超標，可以先從輻射發射上解決，設備是否屏蔽良好，機殼上孔用導電布封住，導電布要與機殼良好接觸，再進行試驗，如果還超標，那就是干擾主要是傳導發射引起的，在設備機殼出口處安裝信號濾波器和電源濾波器，進行試驗，如果還超標，那就是干擾是通過電纜輻射和傳導發射出來，通過對屏蔽層的接地，減小地環路等措施必定能查找到原因并解決。

三、結語

產品需要逐步更新完善，才能達到一定的安全可靠，電磁兼容技術需要不斷的積累，才能保證產品的安全可靠，產品應用場合不同，遇到的電磁干擾有所不同，產品的性能也不同，需要根據實際應用環境，分析干擾源，查找耦合路徑，明確敏感源，對干擾源采取隔離措施，切斷耦合路徑或者疏導干擾，對敏感源采取屏蔽、濾波等措施，保證產品安全可靠工作。

第四篇：技術成熟度評估在航空材料開發中的應用

技術成熟度評估在航空材料開發中的應用

newmaker 來源：航空制造技術

材料是現代航空武器的物質基礎和技術先導，對現代航空武器的研制成敗

具有重大的影響，因此它的技術成熟度等級的評估無論是對材料本身的研制還是對相關產品開發都越來越顯示出重要的作用。

“技術成熟度等級（TRL）”的劃分

“技術成熟度等級”的概念是NASA于1989年提出并用作評估的工具。起初這個成熟度為7級，1995年修訂為9級。2002年被美國國防部納入武器采辦條例中，并在2005年正式定為9級。目前技術成熟度的概念已在國際上得到采用，例如加拿大以及日本等國。現在一個國際工作小組已試圖提出國際技術成熟度的協議。同時，也派生出一些專門的技術成熟度等級，如“設計成熟度”、“材料成熟度”、“工藝成熟度”、“無損檢測成熟度” 以及“制造成熟度”等。作為NASA及美國國防部的技術成熟度的第3次修訂是NATO的10級技術成熟度的出臺，它是在9級之前加上一個0級技術成熟度。美國國防部強調制造在武器開發中的作用，制訂了也是10級的“制造成熟度”，與9級技術成熟度并用，相互補充。

“技術成熟度”等級只是提供一種技術在轉入武器系統中的技術成熟性以及應用風險的一種通用語言和通用標準，因此必然留下大量的問題有待回答。需要進一步細化，由此產生了“x RL”成熟度，稱為子系統成熟度。例如，復合材料的纖維、樹脂、預浸料工藝、工具、固化以及后固化等步驟。

技術成熟度等級、制造成熟度等級與武器開發的關系。1~4級成熟度為第一階段，在該階段內提出武器解決方案并進行分析；5~6級成熟度等級為第二階段，與武器裝備的技術開發相對應，在實驗室內進行組件的驗證評估，從第7級成熟度進入產品的工程及制造開發計劃；經8~9級成熟度，進入生產及服役。1~2級成熟度的材料尚屬于基礎研究階段，一般在大學進行研究。3~6級轉入研究所實驗室研究，評估是否可轉入武器系統。在美國，武器用1~2級成熟度的材料由AFOSR（美國空軍科學研究辦公室）負責資助提

交給大學開展基礎研究，3~4級成熟度的材料由AFOSR負責轉移到AFRL（美國空軍實驗室）或DARPA的實驗室開展應用基礎研究，6級以上將提供給武器裝備計劃中進行工程開發。在法國，1~2 級成熟度的工作也是在大學開展，EADS負責3級成熟度的概念驗證工作，4級以上由空客的各公司實施。一般6級以上才能進入產品開發。

材料技術成熟度與產品技術成熟度之間的關系

航空材料的成熟度與產品的成熟度有著密切的關系，也就是說，材料的開發是面向產品的，只有實現了材料與發動機研發的密切互動，才能協調技術、投資以及研制周期，以取得良好的經濟及技術效益。

表1 為材料技術與產品研發階段的對應關系。其中，TRL3為材料技術可行性研究結束階段，TRL6為技術驗證階段結束，TRL9為技術成熟階段。在投資方面，TRL3大約需100萬美元，TRL6和TRL9分別增加1個數量級，材料供應商的投資可達到1億美元。1臺發動機成本約需10~20億美元，TRL6與TRL9之間一般為2~3年，TRL3與TRL6之間一般少于1年。

理想的安排是材料的9級（TRL9）與發動機的6 級（TRL6）對應，這樣可讓發動機的TRL6~TRL9之間縮短為24個月。材料開發與發動機開發應互動交流信息，其目的是保證確定出適當的試驗驗證、設計技術的開發及工程制造以及檢測方法。

根據經驗，一種材料如果不以客戶需求為導向，材料開發與產品開發在成熟度上不匹配，研制周期將長達10年。反之，加強供需雙方的聯系，可縮短到2~3年。

“技術成熟度等級”的評估（TRA）方法

盡管美國國防部的技術成熟度等級得到廣泛的認同和使用，但只根據技術成熟度的定義，往往不能明確地標定技術成熟度的等級，還有待對技術成熟度進行細化，方能更具體地進行評價。本文擬根據國外所做的一些評估案例進行相關分析。案例1：技術成熟度在DARPA 的“低成本復合材料”項目評估中的應用。

技術成熟度的評估在DARPA的“低成本復合材料”項目中的應用是一個典型例子。與每一個DARPA項目一樣，對該項目給出了技術成熟度等級。

表3中所列的成熟度等級是根據所占有的信息量及已有的經驗確定的。1~2級表明在材料表征、試驗以及縮比件（形狀較平板復雜并比試樣大）以及全尺寸件開發的各方面的技術均缺少。3~4級成熟度表明只生產了試樣，有必要進行試驗并用較大的部件對材料進行驗證。5~7級表明成本模型有待驗證。同時也需用全尺寸及縮比件進行試驗來驗證成本模型。8~10級表明有小的不足，但技術足夠成熟可用于生產。

要評估“低成本復合材料”計劃各項目的技術成熟度，還必須識別影響成熟度的一些因子。由于該計劃是面向軍用航空的，選用了J.W.Lincoln在飛機結構技術從實驗室轉入全尺寸開發時所需識別的5個因子，包括穩定的材料及其工藝、可生產性、經表征的力學性能、結構性能的可預測性以及結構保障性（可維修性及可檢測性），同時加上材料可供應性、取得認證的設計及成本分析、質量保證程序的開發以及經驗證的經濟可承受性。將這些因子歸并整理得出8個影響成熟度的因子，分別為：

·有可以應用的、經表征的材料；

·穩定的材料及工藝；

·制造出幾何復雜形狀的實驗室縮比件；

·壽命預測模型以及適于部件及縮比件的力學性能；

·設計及成本對比分析得到認可，并開發出質量保證程序；

·全尺寸部件的可生產性以及試驗；

·結構可維修性以及可檢測性（保障性）；

·經過驗證的經濟可承愛性。

表4所列為DARPA的低成本復合材料計劃中的各項目技術成熟度等級評估的匯總表。該表給出DARPA 低成本復合材料各項目的技術成熟度的評審結果。從表中所列成熟度的等級可以看出該項目中有3項技術仍不成熟，分別是電子束固化、熱固性復合材料膠接技術以及IATA（低成本一體化機體技術），其中某些成熟度因子的等級在1~2范圍內。低溫固化工藝的等級也低，原因是該工藝是新近開展的，評估時收集到的信息不夠多。

電子束固化、膠接技術以及IATA的進步不快，部分原因歸咎于DARPA的資助決策。但技術問題也是影響原因。對于電子束固化技術，在開展縮比件試驗之前本就應該開發出來合適的樹脂材料，但在項目開始

前尚未獲得該樹脂。膠接項目表明，熱固性樹脂仍可進行感應加熱，但不具備航空質量要求。在電子束固化項目中，雖然生產了一個大的構件，但未試驗其是否滿足設計要求。

對熱塑性復合材料感應加熱、精密裝配等項目，DARPA的資助決策有中等影響，但僅取得一些進展。熱塑性復合材料項目，絲束鋪放的成本模型表明可節約33%，但未對全尺寸部件進行驗證。材料及工藝經過了加熱表征，但未制出縮比件或全尺寸部件來驗證成本模型。在精密裝配項目中，只為一種材料開發了材料變異性數據庫，但未指出這些數據能否用于其他材料系統。

具有較高技術成熟度等級的有快速RTM、工裝項目，但未完成全尺寸試驗。盡管未進行風扇出口機匣及風扇葉片的全尺寸試驗，但制造了7個風扇出口機匣，并顯示出成本低于傳統方法。未完成成本模型驗證的還有風扇進口機匣、風扇葉片和快速RTM。風扇進氣機匣滿足輕量化要求，但不滿足經濟性要求。

最成熟的技術是固化成形工藝、絲束鋪放機能力驗證，以及風扇整流艙門。這些技術只有一些小缺陷。固化成形設計指南將轉入F-16及洛·馬公司的生產中。絲束鋪放的技術成熟度達到8級或更高，是DARPA項目中最成熟的技術。不過這種技術已成熟多年，用在多項飛機生產中。該項技術將繼續發展成為航空工業更廣泛應用、風險更低的工具。

在DARPA的項目中，有2個成熟度因子即保障性及經濟可承受性的等級范圍僅達到低到中級，在這些項目中，對于維修及檢驗未加以充分重視，因此無可靠的試驗方法及修理工藝，復合材料應用將受到限制。可靠性及經濟可承受性的驗證要用全尺寸驗證件進行驗證。一些部件將在JSF的發動機驗證試驗中進行。若無全尺寸數據，即使成本低、可提高系統性能，仍屬于不成熟，會帶來高度風險。

評估后分析工作表明，雖然大部分項目受到DARPA的資助決策的影響，所有項目將在其重新修

訂計劃中完成可行性驗證。

在所有項目中，絲束鋪放機能力驗證、固化成形工藝以及風扇整流罩門的等級最高，將轉入工程應用項目。風扇葉片以及風扇進氣機匣將在JSF項目中繼續改進，以達到更高的等級。精密裝配、電子束固化以及絲束鋪放技術在其他項目中得到支持，存在的問題是資金是否足以使等級得到明顯提升。具有成本降低潛力的、仍不成熟的，但得到支持的有感應加熱、IATA、低成本工裝、風扇出口機匣以及風扇包容環。

從以上案例分析可以看出，對于技術類項目，如果技術成熟度因子為1~2級的有1/2以上，則視為不成熟。對于產品類項目，如果技術成熟度影響因子有一個小于5 即視為不成熟。對于成熟度影響因子8以上超過1/2的技術類及產品類項目，均可視為足夠成熟，其余視為中等成熟。案例2：技術成熟度在材料無損檢測技術評估中的應用。

技術成熟度在材料無損檢測技術評估上的應用是另1個例子。NASA的無損檢驗工作小組用9級技術成熟度對各種無損檢測技術進行了評估。

表中所列“傳統”及“先進”方法的區別是在信息處理中是否采用計算機數字技術。例如傳統的熱成像技術系指用紅外照相機取得的圖像，而先進的熱成像是指用先進的計算機軟件來分析結構紅外輻射圖像并提供結

構的熱遷移或擴散系數圖。而結構的熱擴散系數在確定損傷程度方面比相應的溫度分布更可靠。

除了NASA的無損檢測組的技術成熟度評估外，作為二級評估標準，有的公司也制定了無損檢測技術評估等級標準，如美國Aerospace公司標準，它只分6級。1級—已識別潛在的無損檢測方法；2級—方法已經驗證；3級—已選擇出能識別的缺陷及無損檢測方向；4級—已識別并驗證了方法論；5級—已驗證了標準化；6級—檢驗方法已建立，并驗證結果有重復性，對檢驗有信心。

第五篇：石油勘探開發中的地質風險評價

石油勘探開發中的地質風險評價

編譯：王立群

高山幫明

摘要：本文作者簡要地論述了石油勘探開發中地質風險評價與項目經濟評價的關系，并著重說明了在石油勘探開發這類高風險的項目中，事前評價和事后評審的重要性，指出事后評審是對事前評價的修改和補充，事后評審對于項目重點的重新評估具有重要的意義。本文強調以概率論和數理統計的方法評價項目的不確定性的重要意義，認為在現階段的石油勘探開發中，在難度越來越大的情況下，決策的依據有必要依靠定量的數據。

關鍵詞：地質風險、不確定性、經濟評價、事前評價和事后評審、重新評估

一、前言：

為謀求地下深部的油氣藏而鉆探探井，每口井需要數百到數千萬元人民幣的費用，然而能夠發現石油的概率卻不高。按預期發現石油并開發，根據油田規模的大小有必要投入數億元人民幣以上的投資，但這仍無法保證按預想的結果生產油氣，而且能夠收回初期的大量投資是進行生產的目的，所以當油價和匯率變動時，就會產生和當初的計劃出現較大偏差的現象。因此說石油勘探、開發是風險產業的代表。

“石油勘探類似于賭博，算卦可能靈也可能不靈，如果害怕失敗的話，那就什么也做不到”。在石油勘探開發產業中，以前一直是信任地質家這一類的冒險家和多才藝工匠的靈感進行投資。但是，隨著1990年代的油價低迷和鉆探發現概率的降低，已經轉變到應用把握風險的程度和謀求投資決策的依據上，并開始討論地質風險定量化的方法。現在，幾乎所有的石油公司都在定量地評價地質風險，并系統地實施以定量評價風險為基礎的經濟評價。

本文將介紹伴隨石油勘探開發的各種風險中，與地下不確定性相關的地質風險的評價現狀。

油氣藏的存在、規模等在地下諸條件中存在各種不確定性（uncertainties）。在伴隨其不確定性的諸條件下進行投資，首先會產生損失的風險（risks），而與此同時又會出現獲得利益的機會（chances）。從事石油勘探開發的技術人員的術語，嚴格地說是不確定性而非風險，根據高精度地評價不確定性，定量地評價風險和機會，其成果能夠應用到投資決策中。

二、石油勘探開發的地質風險

1、地質風險的特征

石油勘探的風險大且具有賭博特征的原因，其一是油氣藏賦存于地下的深部（2——5km以上），從地表直接預測其存在和其原始狀態有困難。盡管三維地震勘探技術等新的勘探方法已經出現，而且方法在進一步地提高中，但在另一方面易于勘探的可能對象在減少，地震波難以到達的斷層下盤以及巖鹽層之下的、難度較大的目標和地表條件嚴酷的勘探區在增加。

為使石油勘探成功，有必要滿足大量的條件。這也增加了最初預測的難度。大量的有機物質堆積下來，經歷漫長的時間埋藏到地下的深處并生成石油，因浮力的作用而發生運移。石油不發生逸散而高效率地聚集在構造中，構造中的巖層存在可以充滿石油的多孔儲集巖。儲集巖形成背斜等可以保存石油的形狀（圈閉），而且儲集巖為致密的巖層所覆蓋（封閉），產生石油賦存在那里的空間，這是必要的。油氣藏最初形成必須滿足有成熟的烴源巖、運移、聚集、儲集巖、圈閉、蓋層這五個條件，缺一不可。在石油勘探中，要對油氣藏系統各種因素存在的可能性進行評價，并以出現的概率來表示，而且在確定油氣藏存在的時候，要充分考慮油氣藏規模的不確定性，以概率論的觀點進行評價。一旦確切地發現了油氣藏，要追加鉆探評價井而收集信息，但是即便信息量有所增加，以單一的數字斷定儲量的多少也是困難的，所以在開發階段也存在不確定性。

2、地質成功率的計算

在可能存在石油的構造上（遠景構造），最初鉆探預探井時，以地質成功率（geological chance of success）計算發現石油的可能性。之所以稱做“地質”，是因為要與探明油田的相關儲量的確定（經濟成功率）相區別。地質成功率指的是預探井發現的石油流出到地表的最小儲量的可能性。

在地質成功率的計算中，對油氣藏系統形成的五個條件進行分別評價，各個條件出現的可能性用0——1之間的數表示，用它們的積計算成功率。用積來表示的原因是：如果因素之一存在的可能性低，那么其成功率也將大受影響。在極端條件下，一個因素存在的可能性如果是0，那么成功率也將是0。

根據勘探的難易以及信息量的多少，成功的概率有所不同。在預探情況下，其成功的概率一般是百分之幾到百分之三十數量級。研究1960——1999年每十年的統計數據來看，在世界范圍內預探的成功率為24——27%。

對風險的數字化，最初存在相當大的困難，而對油氣藏系統的各種因素定量地表示其存在的可能性，那么即便在不成功的情況下，反思事前評價的可行性，也有助于明確技術力量投入的重新安排與技術課題設置等相關的問題。

3、遠景構造的概率性可采儲量評價

在預探發現石油的情況下，對預測儲量考慮其不確定性，用概率分布進行評價。可采儲量在一般情況下用下列參數的積來計算：

A、含油面

積（集油面積）B、油層厚

度 C、儲集層

中孔隙的比率（孔隙度）

D、孔隙中石油的占據率（含有飽和度）

E、把石油從地表抽出到地面時的體積變化率（體積系數）F、可采的石油比率（采收率）

用上述單一的一種參數來說明可采儲量是不可能的，所以用概率分布來表示。在求取 可采儲量的計算中，應用根據各參數的概率分布隨機選擇數值反復進行計算的蒙特卡羅模擬技術，求出可采儲量的概率分布。因為個人計算機性能的提高，幾千甚至幾萬次的反復計算也可以實施下去。

所得到的可采儲量的概率分布可以用平均值表示，但是僅此方法卻不能表示其不確定性的程度。因此從大儲量事件向小儲量事件累加概率做成累計概率分布圖。例如，增加5億桶事件的概率表示為10%（p10），超過8000萬桶事件的概率表示為50%（p50），1000萬桶以上事件的概率表示為90%（p90）。這樣一來，p90事件是相對悲觀的而且是可能性高的可采儲量，而p10則是樂觀的且可能性最高的潛在量指標。兩者的比值表示概率分布的振幅，即不確定性的程度。隨著信息量的增加，p10/p90的值減小。

4、開發對象——油氣田的儲量評價

如果預探井發現石油，就要追加鉆探評價井，以此采集油層的含油面積、厚度、儲油物性（孔隙度、滲透率）等相關的數據，并致力于掌握儲量的多少，在勘探初期階段表現的數十到一百以上的p10/p90的值在減少，但即便在開發階段還保留著2——7這種程度的不確定性。考慮到與成本的兼顧，不可能在評價時期大量鉆井，這樣就要在不確定性殘存的情況下進行開發決策。因為在開發階段會使用比勘探階段更多的成本，所以要制定并研究與儲量的不確定性有關的生產設備的規模、生產計劃等事項的各種規劃方案，考慮不確定性而構建多種地質模型，實施油層模擬并進行生產預測。綜合地質構造及孔隙分布模式這一類的地質模型要素構建多種地質模型，根據各種要素的發生概率求出各規劃方案的實施概率，并繪制累計概率圖。據此和評價不確定性一起能夠提取出與儲量概率（p90、p10）相當的模型。最近，實驗計劃法也在應用。

三、地質風險的事后評價（事后評審）

為了研究地質風險評價的可靠性，要進行鉆井前的評價結果與鉆探后評價結果的比較，即鉆井的成功與不成功、成功時的儲量與鉆探前評價的儲量相比較，這項工作稱為事后評審（post well audit）。

關于預測的地質成功率，要在一定量的鉆探成果出來后，用實際的成功率進行比較。根據鉆探前預測的概率對鉆探目標進行分組，對各組計算實際的成功率并根據與預測結果的比較檢測事前評價的可靠性。進而，在鉆探不成功的情況下，確認這種不成功的因素是否是在鉆探前評價中的高風險因素，這才是最重要的事后評審。例如，在計算成功率時，盡管對儲集層的存在給予了0.9的高概率，但是如果鉆探的結果是沒有儲集層，這就說明鉆探前的儲集層評價存在問題，需要修正攻關方向。

關于預測儲量的評價，要比較鉆探前評價的概率分布和鉆探后的再次評價值，儲量以及孔隙度、飽和度等儲量計算參數應該與實際值比較并修改鉆探前的評價，這是很重要的。在概率分布的預測和實際情況的評價中，鉆探結果（結果還不確定而用概率分布表示，所以以概率分布圖中的p50值作為代表值。）與預測的p50值及平均值接近并不表示預測的可靠性，應該注意到在多數情況下由概率分布的振幅所標示的各種儲量值都存在才是一個完美的評價（有時應該是p90，有時應該是p10，假設僅僅為接近p50的數值，那么就可能是在勘探前評價中過大地估計了不確定性）。

因為地質風險是根據概率論來評價的，所以在預測值與實際值比較時，必須使用統計方法，如果不收集一定量的評價樣本，那么事后評審就不能實施。事后評審不但關系到風險評價的精度提高，而且會了解到技術評價的弱點，這將成為設立攻關項目的重點過程。

四、結語

在石油勘探開發中，以數值定量地表示地質風險的方法如今正在廣發地應用，并根據地質風險評價的結果進行經濟評價，并研究項目組合的經營戰略，這樣一來可以分散投資風險而產生返還的穩定化，同時以相對高風險的高返還為目標的最佳化經營戰略這種項目管理就成為可能。

由于定量的地質風險評價的引入，技術人員也提高了對風險的認識，在評價中并不只是象以前那樣描述出最有可能的結果，而是把明確地表示出技術上的不確定性作為重點。因為能夠在經濟上把握最有影響力的主要因素，所以能夠從中找到重點的評價項目。例如，正確地把握最高可能性（樂觀情況）和最低可能性（悲觀情況）的結果，有助于確定合理的油田生產設備的建設。

地質風險評價并不僅僅起作用于經濟評價。因為評價的定量化，所以使得通過事后評審的繼續檢驗科技能力的做法成為可能，這關系到找出項目進行的關鍵及改善科技力量布局的問題。