本发明专利技术涉及一种气枪节流作用系数和气体释放效率参数获取方法及系统，其包括：测量海水及气枪装置的基本参数，根据基本参数获得实测气枪远场子波，基本参数包括：海水温度、海水密度、气枪的工作压强、气枪的容积、气枪的沉放深度和海水中的声波速度；根据基本参数，构建模拟气枪远场子波；通过模拟远场子波与实测远场子波的能量相对误差，建立粒子群优化算法适应度函数，获取最优的节流常数、节流指数和气体释放效率。本发明专利技术能计算并调整气枪节流作用系数和气体释放效率，准确模拟气枪激发子波。本发明专利技术可广泛应用于油气地球物理勘探中的地震资料采集领域。震资料采集领域。震资料采集领域。
【技术实现步骤摘要】
气枪节流作用系数和气体释放效率参数获取方法及系统
[0001]本专利技术涉及油气地球物理勘探中的地震资料采集领域，尤其涉及一种气枪节流作用系数和气体释放效率参数获取方法及系统。
技术介绍
[0002]海上地震勘探以气枪作为主要震源，气枪在海面下某一深度按照一定的方式进行激发，产生地震子波，从而探测海水以下地层的构造情况。
[0003]为了增大气枪激发所产生地震波的能量、提高信噪比，海上地震勘探中通常将多支气枪进行组合激发，也就是气枪阵列。不同的气枪阵列组合形式，所产生的地震子波也不同；为了获得一种高品质的气枪阵列子波，如较高的峰峰值和气泡比，就要对不同的气枪阵列设计方案进行子波模拟，而阵列子波的模拟是以准确模拟单个气枪子波为前提的。
[0004]Ziolkowski(1970)提出了气枪子波模拟的经典数学模型，但是其所模拟的子波主脉冲峰值过大、气泡脉冲衰减缓慢，导致与实测的气枪子波差异较大，因而不能应用于海上地震勘探野外生产工作。MacGillivray(2000)通过改变热传递系数、节流常数、节流指数和气体释放效率来改善气枪子波模拟的精确程度。李国发等(2010)年以Ziolkowski模型为基础，综合考虑了枪口节流作用、气泡与周围流体的热传递作用及流体粘度气泡振动的影响，改进Ziolkowski模拟，所模拟的子波与实测子波的一致性较高。
[0005]气枪激发时，腔体中的高压气体并非瞬间释放到周围流体中，气体的释放速度要受到枪口节流作用的影响，这种影响由气枪的节流作用系数表示，其由节流常数和节流指数两个参数计算得到。在气枪激发后，所有的高压气体并非完全释放，会有部分气体残留在腔体中，气枪所释放的气体与激发前气枪中的全部气体之比称为气体释放效率。气枪的节流作用系数和气体释放效率是气枪子波模拟模型中两个十分重要的参数，决定于气枪的机械结构，并且对气枪子波形态有着显著影响。
[0006]目前生产中，气枪子波模拟和气枪阵列设计通常都是基于国外气枪子波模拟软件完成，软件模拟的气枪子波代表了新生产的气枪在静水环境(平静的湖泊)中激发的子波。然而在气枪的实际生产使用中，由于多次反复的快速充气和高压释放气体，加速了气枪内部机械结构的磨损和老化，导致气枪子波模拟中节流作用系数和气体释放效率发生变化，进而影响了气枪子波的形态。为了更准确的模拟气枪子波，气枪使用过程中，需要经常对节流作用系数和气体释放效率作调整和更新。
技术实现思路
[0007]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种气枪节流作用系数和气体释放效率参数获取方法及系统，其能计算并调整气枪节流作用系数和气体释放效率，准确模拟气枪激发子波。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种气枪节流作用系数和气体释放效率参数获取方法，其包括：
[0009]测量海水及气枪装置的基本参数，根据所述基本参数获得实测气枪远场子波；基本参数包括：海水温度、海水密度、气枪的工作压强、气枪的容积、气枪的沉放深度和海水中的声波速度；
[0010]根据所述基本参数，构建模拟气枪远场子波；
[0011]通过所述模拟远场子波与所述实测远场子波的能量相对误差，建立粒子群优化算法适应度函数，获取最优的节流常数、节流指数和气体释放效率。
[0012]进一步，根据基本参数获得实测气枪远场子波，包括：在距离气枪预设位置处放置水听器，通过测量气枪的近场子波，基于近场子波，根据测量的所述气枪的沉放深度和所述海水中的声波速度得到海水表面产生的虚反射，将所述近场子波与所述海水表面产生的虚反射叠加后得到所述实测气枪远场子波。
[0013]进一步，所述构建模拟气枪远场子波，包括：
[0014]根据所述气枪的容积、所述节流常数和所述节流指数，获取枪体的节流作用系数；
[0015]根据所述海水温度和所述气枪工作压强，获取气枪枪体的初始温度；
[0016]根据所述气体释放效率，获取气枪产生的气泡在平衡状态下气泡内的摩尔质量；
[0017]由所述节流作用系数、所述初始温度和所述摩尔质量，根据Ziolkowski的气泡振动理论模型，得到随时间变化的气泡半径，气泡壁的运动速度和气泡壁的加速度；
[0018]由所述气泡半径和所述气泡壁的运动速度得到中间函数；
[0019]由所述中间函数以及所述海水密度、所述气枪沉放深度和所述海水中的声波速度，得出气泡产生的压力波及其虚反射；
[0020]由所述压力波和所述虚反射，叠加合成所述气枪远场子波。
[0021]进一步，通过模拟远场子波与实测远场子波的能量相对误差，建立粒子群优化算法适应度函数：
[0022][0023]式中，F
fitness
为适应度函数，表示气枪模拟的远场子波与该气枪的实测的远场子波的能量相对误差，τ0表示节流常数，β表示节流指数，η表示气体释放效率，S(τ0,β,η,jΔt)表示模拟远场子波，W(jΔt)表示实测的远场子波，远场子波的单位均为bar.m，j＝1,2，
……
,N，N表示采样点数，Δt为时间采样间隔，单位为s。
[0024]进一步，将节流常数、节流指数和气体释放效率定义为种群中粒子的位置，获取最优的节流常数、节流指数和气体释放效率，包括：
[0025]粒子群初始化；
[0026]更新粒子速度；
[0027]由所述更新的粒子速度获得更新的粒子位置；
[0028]由每个所述更新的粒子位置分别计算每个更新的粒子适应度值；
[0029]将所述更新后的每个粒子的适应度值与上一次迭代的粒子最优值进行比较：若当前的适应度值小于所述上一次迭代的粒子最优值，则粒子最优值更新为当前的适应度值，粒子最优值对应的位置更新为粒子当前对应的位置；反之，粒子最优值不更新，重新迭代；
[0030]将更新后的粒子群最优适应度值与上一次迭代粒子群的最优适应度值进行比较：
若当前的粒子群最优适应度值小于所述上一次迭代粒子群的最优值，则粒子群的最优值更新为当前粒子群适应度值，粒子群的最优值对应的位置更新为当前对应的粒子群位置；反之，粒子群最优值不更新，重新迭代；
[0031]直到粒子群全部粒子最优适应度值达到预先设定的精度或迭代次数达到最大，结束；当前获得的粒子群最优粒子位置所对应的三个参数，为最优的节流常数、节流指数和气体释放效率。
[0032]进一步，所述粒子群初始化，包括：初始化位置、初始化速度和初始化每个粒子的历史最优位置和全部粒子的最优位置。
[0033]进一步，所述初始化速度和初始化每个粒子的历史最优位置和全部粒子的最优位置，包括：
[0034]由每个粒子的位置模拟远场子波，计算粒子的适应度函数，将得到的适应度值和位置作为该粒子的最优值和历史最优位置；将所有初始化粒子的最优适应度值及其所对应的粒子位置分别作为粒子群的最优值和最优位置。
[0035]一种气枪节流作用系数和气体释放效率参数获取系统，其包括：实测模块、模拟模本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种气枪节流作用系数和气体释放效率参数获取方法，其特征在于，包括：测量海水及气枪装置的基本参数，根据所述基本参数获得实测气枪远场子波；基本参数包括：海水温度、海水密度、气枪的工作压强、气枪的容积、气枪的沉放深度和海水中的声波速度；根据所述基本参数，构建模拟气枪远场子波；通过所述模拟远场子波与所述实测远场子波的能量相对误差，建立粒子群优化算法适应度函数，获取最优的节流常数、节流指数和气体释放效率。2.如权利要求1所述参数获取方法，其特征在于，所述根据所述基本参数获得实测气枪远场子波，包括：在距离气枪预设位置处放置水听器，通过测量气枪的近场子波，基于近场子波，根据测量的所述气枪的沉放深度和所述海水中的声波速度得到海水表面产生的虚反射，将所述近场子波与所述海水表面产生的虚反射叠加后得到所述实测气枪远场子波。3.如权利要求1所述参数获取方法，其特征在于，所述构建模拟气枪远场子波，包括：根据所述气枪的容积、所述节流常数和所述节流指数，获取枪体的节流作用系数；根据所述海水温度和所述气枪工作压强，获取气枪枪体的初始温度；根据所述气体释放效率，获取气枪产生的气泡在平衡状态下气泡内的摩尔质量；由所述节流作用系数、所述初始温度和所述摩尔质量，根据Ziolkowski的气泡振动理论模型，得到随时间变化的气泡半径，气泡壁的运动速度和气泡壁的加速度；由所述气泡半径和所述气泡壁的运动速度得到中间函数；由所述中间函数以及所述海水密度、所述气枪沉放深度和所述海水中的声波速度，得出气泡产生的压力波及其虚反射；由所述压力波和所述虚反射，叠加合成所述气枪远场子波。4.如权利要求1所述的参数获取方法，其特征在于，所述通过所述模拟远场子波与所述实测远场子波的能量相对误差，建立粒子群优化算法适应度函数：式中，F
fitness
为适应度函数，表示气枪模拟的远场子波与该气枪的实测的远场子波的能量相对误差，τ0表示节流常数，β表示节流指数，η表示气体释放效率，S(τ0,β,η,jΔt)表示模拟远场子波，W(jΔt)表示实测的远场子波，远场子波的单位均为bar.m，j＝1,2，
……
,N，N表示采样点数，Δt为时间采样间隔，单位为s。5.如权利要求1所述的参数获取方法，其特征在于，将所述节流常数、所述节流指数和所述气体释放效率定义为种群中粒子的位置，所述获取最优的节流常数、节流指数和气体释放效率，包括：粒子群初始化；更新粒子速度；由所述更新的粒子速...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建花，张金淼，王艳冬，卢双疆，刘志鹏，牛聪，凌云，王清振，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：
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