近日，我院安全科学与工程学科博士研究生张紫衡在深水钻井气侵监测方面取得重要进展，相关研究成果《基于超声多普勒频谱的深水钻井隔水管内气侵监测方法》(Gas kick monitoring in deep-water drilling risers based on ultrasonic Doppler spectroscopy)发表在《Ocean Engineering》。《Ocean Engineering》是海洋工程领域的国际顶级期刊，目前影响因子为4.6。论文第一作者为博士研究生张紫衡，通讯作者为殷晓康教授，中国石油大学（华东）为第一署名单位和通讯单位，该研究得到国家自然科学基金及“泰山学者”青年专家计划等项目的联合资助。
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在现有的深水钻井气侵监测方法中，利用多普勒效应的声波监测技术（AMT）因其具有高灵敏度和低成本而受到研究人员的广泛关注。然而，现有用于研究 AMT的实验装置往往无法真实模拟深水钻井工况，这对超声波多普勒换能器的设计优化以及液相流动条件下气侵特征信号的精确提取构成了挑战。针对上述问题，该研究通过有限元仿真优化了深水钻井气侵监测用的超声多普勒传感器的关键参数。此外，基于优化后的传感器，该研究利用配备真实隔水管的气侵模拟实验系统，提出了一种基于超声多普勒频谱分离法（SD）的新型气侵特征信号提取方案。
不同液相流量下声波接收信号的频移随含气率变化关系
不同液相流量下声波接收信号的频谱峰值随含气率变化关系
结果表明，当隔水管内的含气率从0%增加到9%时，声波接收信号的频移从0 Hz增加到340 Hz；当含气率为5% ~ 7%时，声波接收信号的频谱幅值为1.30 ~ 2.40，而当含气量为7% ~ 9%时，幅值小幅下降至1.22 ~ 2.12。通过上述结论，该方法能够在多种液相流速条件下有效识别隔水管内含气率的变化，从而能为深水钻井现场作业人员提供可靠的技术参考和指导。
