DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 各类识别方法及实例分析 3.1. 常规测井识别岩性 雷四段岩性较为复杂，有白云岩、灰质白云岩、含泥白云岩、石膏质白云岩、石膏岩、灰岩、含泥灰岩等。雷四顶部风化壳储层岩性主要以云岩、泥质云岩和灰质云岩为主。各种岩性反映在测井曲线上有不同的响应特征。 白云岩：受泥质含量较重的影响，雷四段泥质云岩测井响应特征与纯云岩存在一定差异，自然伽马值较高，在30~45 API之间，声波时差值在50 ms/ft左右；随泥质含量增大而增大，补偿中子CNL的值一般大于5%，且随着物性变好，中子测井值也相应增大；补偿密度DEN的值主要取决于岩石的物性条件，在致密层，密度测井值一般在2.86 g/cm 3 左右，储层发育段一般低于2.8 g/cm 3 ；致密层电阻率值一般大于1000 W∙m，随物性和泥质含量的增大而减小，如图1所示4638.0~4642.0米为元坝12井雷四顶部发育的白云岩。 黄铁矿：除常规碳酸盐岩和硬石膏外在雷四顶部还不连续发育含黄铁矿的薄夹层，其测井响应特征为低自然伽马值，声波和中子值中等、高密度和低电阻率值，易将其判断为物性较好的含水储层，如图1元坝12井雷四顶部4651.0~4652.5米密度值较高，电阻率值较低，为典型黄铁矿特征，需结合电成像甚至岩心或岩屑资料进行判别。 灰岩：灰岩在雷四段也普遍发育，测井响应特征为：自然伽马值较高，在30~40 API之间变化，声波时差在50 ms/ft以上，中子值为0%~2%、密度值2.65~2.73 g/cm 3 ，电阻率值较高，在致密纯灰岩段可达20，000 W∙m以上，如图1所示4705.0~4710.0米为元坝12井灰岩发育段。 硬石膏：在元坝雷四段沉积有硬石膏(或云质石膏、膏质云岩)夹层，硬石膏层比较容易识别，其测井响应特征通常为：自然伽马极低值，一般在15 API以下，密度测井高值，纯石膏层高于2.95 g/cm 3 ；中子测井值为低值，一般在−2%~0%之间；声波时差一般在51 ms/ft之间，深侧向电阻率一般是在中低阻背景下增高，其增高的幅度与岩石中硬石膏的含量成正比，其电阻率值一般在几千甚至上万欧姆米。如图2为元坝11井雷四段中部硬石膏发育段，其中5007.0~5013.0米硬石膏含量较纯，密度值在2.98 g/cm 3 左右，电阻率高值接近50，000 W∙m。 3.2. 利用PE曲线识别岩性 不同岩石的有效光电吸收截面指数值具有明显的差别，而且孔隙中流体对PE值的影响较小。表1 图1. 元坝12井雷四段云岩和灰岩测井响应特征 图2. 元坝11井雷四段硬石膏测井响应特征 是几种常见岩石和矿物的体积密度rb、有效光电吸收截面指数PE和体积光电吸收截面指数U。 由表1中数据分析可知：各矿物岩石之间的PE (或U)值具有明显区别，并且油、气、水的PE (或U)值与矿物岩石之间一般都差一个数量级以上。因此，用PE (或U)曲线能有效的区分地层岩性。分析表中数据，可以看出，硬石膏与石灰岩的PE值相近，差别就在补偿密度上，单纯的利用有效光电吸收截面指数PE是无法识别硬石膏和灰岩的。根据现场的实际情况，储层发育段岩性主要为白云岩和灰岩，而白云岩和灰岩的PE (或U)值具有明显区别，这就为只利用有效光电吸收截面指数PE判别储层段的岩性提供了有利的条件。 Table 1 rb、PE、U values of several common rocks and mineral 岩石、矿物 rb (g/cm 3 ) PE (b/e) U (b/cm 3 ) 砂岩 2.65 1.81 4.78 石灰岩 2.71 5.08 13.8 白云岩 2.87 3.14 9.01 硬石膏 2.98 5.05 14.93 盐岩 2.04 4.65 9.45 重晶石 4.09 267 1070 伊利石 2.52 3.65 8.73 黄铁矿 4.99 16.97 84.68 表1. 几种常见岩石和矿物的rb、PE、U值 在雷四段岩性主要以白云岩和灰岩为主，图3为元坝2井雷四段顶部测井曲线成果图，图中第三道为PE曲线，该井4818.0~4824.0米PE值较低，为纯云岩特征，常规曲线显示该段密度值较高，在2.8 g/cm 3 左右，中子值较大，声波值在46 μs/ft左右，显示岩性为云岩；图中4828.0~4838.0米PE值较高，为灰岩特征。由于受井眼条件和泥浆的影响，PE值整体较高，因此在利用PE进行岩性识别时不能只看绝对值，要看其相对变化并结合其他曲线一起使用。 3.3. 利用成像测井识别岩性 除了上述几种直观识别岩性的方法外，成像测井也可作为岩性识别的一种技术手段，主要依据成像测井静、动态图像颜色深浅变化以及层理的发育程度来识别岩性。图4为阆中2、元坝12、元坝103井雷四段泥质含量相对较重层段，层理较发育，在成像动态和静态图上主要表现为明暗相间的条纹。 图5为阆中2、元坝103、元坝12井致密灰岩段成像测井成果图，静态图像上表现为浅黄色夹杂黑色，因含有泥质，在动态图像上在浅色块状背景下的深色团块特征，图6为阆中2、元坝103、元坝12井云岩发育层段成像测井成果图，由于云岩普遍含有泥质，部分井有溶蚀现象，在静态和动态图像为暗色块状伴随深色条带状特征。图7为阆中2、元坝103、元坝12井石膏发育层段成像测井成果图，静态图像上表现为亮黄色到白色，在动态图像浅色片状特征。 3.4. 利用ECS识别岩性 ECS测井是通过快中子在地层中与一些元素发生非弹性散射，经过几次非弹性碰撞快中子变为热中子，最终被周围的原子俘获，元素通过释放伽马射线回到初始状态，由BGO晶体组成的探测器探测到伽马射线能谱，主要是由H、Cl、Si、Ca、Fe、S、Ti、Gd元素的谱所组成 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]。H和Cl在地层中 图3. 元坝2井PE曲线识别岩性 图4. 电成像识别泥岩 图5. 电成像识别灰岩 图6. 电成像识别云岩 和井眼中都存在，而其它的元素一般只出现在地层骨架矿物中，其中元素Si、Ca、Fe、S、Ti、Gd是ECS谱数据解释的关键数据。 其中Si主要与石英关系密切，Ca与方解石和白云石密切相关，利用Si和Ca可以计算石膏的含量，Fe与黄铁矿和菱铁矿等有关系，铝元素与粘土含量密切相关，因此ECS是通过Si、Ca、Fe等元素来计算复杂岩石的矿物含量。 如图8为阆中1井6400.0~6650.0米ECS处理成果图，其中第一道为剥谱后计算出的岩性剖面，第 图7. 电成像识别石膏 图8. ECS计算矿物含量 图9. 测井分析岩石矿物成分与岩石薄片分析对比图 三到九道为各种元素的含量，从处理剖面看，该段主要为灰质，与常规测井计算岩性剖面相一致。 通过研究，形成了阆中–元坝地区雷四段地层岩性识别技术，经岩石薄片标定，利用测井资料计算的岩石矿物成分与地层实际情况一致，因此，在测井资料标准化的基础上，利用中子–密度交会能准确计算雷口坡组的岩石矿物成分。如图9为元坝12井、元坝4井岩石矿物成分与岩石薄片分析对比图。 3.5. 各方法对比分析 常规测井识别岩性，受井眼影响较大，在识别地层硅质矿物含量以及黄铁矿等特殊矿物时有一定的局限性，但却是最普遍实用的一种岩性识别方法，因其施工费用相对较低，做为探井、开发井的基本测井项目。利用PE曲线识别岩性，能够定性识别白云岩，但受泥浆中重晶石的影响相对较大。利用成像测井识别岩性，能够更加高效的分析地层岩性构造特征，识别复杂岩性，但对井况要求相对较高。利用ECS识别岩性，能够准确识别碳酸岩岩性，定量计算地层矿物含量百分数，但施工费用非常昂贵，所以并不可能普及到生产之中。
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user: 4. 结论 1) 元坝地区雷口坡组岩性复杂，现有岩心矿物分析资料较少，运用综合测井资料，能较准确地识别其岩性，为元坝地区雷四段风化壳气藏测井评价提供了技术支撑。 2) 不同测井资料蕴含测井信息及侧重点不同，针对该区复杂岩性，识别时要采取相结合的方法，这样才能达到更准确、精细的评价效果。 3) 通过将常规测井资料计算的岩性剖面与ECS测井资料、岩石薄片分析对比研究及标定，得出在缺乏该类特殊资料的情况下，运用常规测井资料也能较好地计算复杂岩性剖面。
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user: 摘 要 不同的油田区块、不同的地层和岩性，钻井作业过程中常会出现各种不同的钻井复杂情况。南苏丹3/7区油田地层岩性以泥岩和砂岩为主，钻井作业过程中容易出现地层漏失和井眼缩经垮塌。本文分析了该区地层岩性，总结了钻井过程中发生的地层漏失、缩径与坍塌、钻头泥包和卡钻等四类复杂问题。针对不同类型的钻井复杂，提出了合理有效的处理方法和预防对策，包括随钻堵漏技术、注水泥塞堵漏技术、难易渐进式方法解卡等。本文提出的钻井复杂技术对策将有利于减少南苏丹3/7区钻井的非生产时间，降低钻井成本，也为其他相似区块高效钻井提供了重要的借鉴。 关键词 :南苏丹3/7区，钻井复杂，地层漏失，缩径与坍塌 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 钻井作业是油气勘探开发的必要手段和关键环节，其投资比例可达整个油田投资的三分之一。在钻井施工作业中，复杂情况与事故自始至终威胁着钻井的全过程，严重影响油田开发的经济效益。通过文献调研发现，国内外基本每个油田均会钻遇钻井复杂，而处理对策因地质条件、技术水平、经济成本等各种原因又有所不同。通过分析钻井复杂的原因，提前预防或出现后采取合理的处理措施，减少非生产时间。
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user: 2. 工区概况 南苏丹3/7区油田位于Melut盆地，该盆地是中非裂谷系的第二大沉积盆地，盆地走向为北西-北西西，长约600 km，宽约150 km，面积3.3 × 104 km 2 ，沉积厚度大于8000 m，是在中非剪切带右旋走滑活动背景下发育的中-新生代被动裂谷盆地。整个油田位于南苏丹上尼罗河洲，距离首都朱巴约700公里。 目前中石油公司已在南苏丹3/7区油田开发18年左右，是中石油海外合作项目的典范。开发以直井井型为主，同时兼有少量的水平井和定向井。油田主要储层是Yabus和Samma层位，储层埋深在1300~1400米之间，储层物性整体较好，孔隙度在20%~30%之间。已钻井井数已达900多口，但是目前仍有多个圈闭未钻、未勘探，根据现有资料推测，剩余可采储量数量可观，该油田仍具有长期开发的价值和意义。
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user: 3. 地层岩性与特征分析 该油田地层岩性以泥岩和砂岩为主，如图1所示。Agor、Daga上部地层成岩性差，地层孔隙压力和破裂压力均低，钻井作业过程中容易出现地层漏失和井壁垮塌。从Daga下部到Adar地层存在大段泥岩，以蒙脱石、伊利石、伊/蒙混层为主，夹杂少量砂岩，水敏性强，极易水化分散、膨胀导致缩径。Yabus地层上部以棕色泥岩为主，有砂岩夹层，已发生井壁坍塌。自Yabus下部地层至Samma地层，岩石发生很大变化，由胶结差的细–粉砂岩、粗砂岩和含砾砂岩组成，并且夹有泥岩。 图1. 南苏丹3/7区油田地层岩性剖面图
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user: 4. 钻遇复杂风险分析 通过详细查看近100口井的已钻井资料，发现南苏丹3/7区钻遇的主要复杂情况分为4类，分别是地层漏失、缩径与坍塌、钻具泥包及卡钻。 4.1. 地层漏失 钻井过程中发生地层漏失，这是一种常见的钻井复杂情况，处理漏失复杂会占用大量的钻井时间，同时造成钻井液的损失，更有可能引起卡钻、井喷、井壁坍塌等其他钻井事故，甚至导致井眼报废，最后造成巨大的经济损失。漏失发生的3个必要条件是压差、漏失通道及空间、漏失通道的尺寸大于钻井液中固相的粒径。 查看了南苏丹3/7区钻于2008~2015年近100口已钻井的钻井资料，其中有16口井钻遇地层漏失，钻井液总漏失量不少于9705 bbls，15口井的漏失发生在地层上部，只有1口井漏失发生在下部地层Yabus地层。所以该区块地层漏失主要发生在上部地层，Agor和Daga地层，这2个地层多由砂岩、粗砂岩夹薄泥岩组成，胶结差，比较疏松，孔隙度大且连通性好，形成很好的漏失通道，一旦发生漏失，大多是恶性漏失，井口无返出；其他地层如果钻遇较大断距的断层或断层破碎带，也可能发生地层漏失，比如FJ-27井在Yabus地层钻遇断距约为10米的断层，发生了失返性地层漏失，损失了2516 bbls钻井液。 4.2. 井眼缩径与坍塌 在南苏丹3/7区油田，井眼缩径与坍塌的复杂情况在钻井作业中比较常见。在查看的近100口已钻井中，其中64口井发生过不同程度的坍塌、缩径，这些复杂可造成起钻过提和下钻遇阻等。单就2015年25口已钻井中就有20口井出现了不同程度的井眼缩径，处理时间大约是475.85小时，占非生产时间的58.5%。如表1所示。井眼缩径与坍塌主要发生在中间地层，Miadol、Jimidi、Adar及Yabus上部地层，这些地层主要是泥岩地层，含有大量的粘土矿物，所以该区井眼缩径与坍塌的原因除了力学因素之外，也有化学因素或者兼有二者耦合作用的共同结果。从井径测井曲线可以看出井眼缩径与坍塌的情况和地层位置。从图2可看出，Adar地层中井眼缩经和坍塌同时存在；从图3可看出，Miadol、Jimidi地层在600~850米井段井眼坍塌比较严重，在这一井段钻井作业时钻井液循环比较频繁以保持井眼清洁。 同时井眼缩径、坍塌的强度与地层中泥岩含量、井眼浸泡时间长短、钻井液性能、钻井措施等相关。 Table 1 Loss data statistics of the 3/7 block oilfield in South Suda 井名 复杂详情 漏失量(bbl) 地层层位 FE-34H 50~136 m: many times total loss 850 Agor FF-32H 292 m: total/partial loss 629 Agor/Daga FJ-33H Surface hole: total/partial loss 1140 Agor/Daga Fal-8H 80~110 m: total /partial loss 627 Agor FC-29 50~160 m: total loss 750 Agor FE-26 70~150 m: loss 130 Agor FE-32 67~78/260 m; total loss 590 Agor FJ-27 1190~1381 m: total /partial loss 2516 Yabus FJ-31 120~166 m: total loss 600 Agor FF-31 97 m: total loss 600 Agor FK-9 13~56 m: partial loss 138 Agor Ma-25 50~80 m: total loss 109 m/175 m/193 m/282 m: loss 566 Agor/Daga FM-19 Partial loss 126 Agor/Daga/Miadol Ma-26 71 m: total loss 298 Agor As-15 272 m: loss 145 Agor/Daga FK-12 55 m: loss / Agor 表1. 南苏丹3/7区漏失情况统计表 图2. FJ-27井井径测井曲线图 图3. FN-24井井径测井曲线图 4.3. 钻头泥包 由于南苏丹3/7区中下部地层岩性以泥岩为主，容易坍塌入井，造成钻井液中固相含量增加，如果得不到及时清除，极易导致钻头泥包及水眼被堵。2015年钻井25口，有7口在钻井过程中发生了钻头泥包，总共处理时间152.75小时，主要发生在Adar、Yabus地层，如表2所示。 Table 2 Balling up trouble data statistics of the 3/7 block oilfield in South Suda 井名 钻井复杂 处理时间(hrs) 地层层位 Ha-22 钻头泥包 20 Yabus Ha-26 钻头泥包 43.75 Adar Ha-29 钻头泥包 16.5 Yabus Ma-22 钻头泥包 16.25 Adar Ma-24 钻头泥包 33 Adar PS-13 钻头泥包 20.5 Jimidi Mh-18 钻头泥包 2.75 Adar 表2. 南苏丹3/7区泥包复杂情况详细表 4.4. 卡钻 该油田钻遇的卡钻复杂相对较少。在查看的近100口已钻井中有3口井发生了卡钻，大多发生在二开井段，其中1口井发生了2次卡钻，如表3所示。2015年已钻井中1口井中发生了卡钻复杂，即As-15井，复杂处理时间将近2天，造成卡钻的原因是钻至975米(Jimidi地层)，由于安全因素需要钻井人员撤离，必须关井，关井将近10天，井眼裸眼被钻井液浸泡时间过长，导致泥岩水化膨胀而缩径；另一个原因就是停泵时间过长，岩屑过多，且钻井液长期不循环，其粘度和切力值较高。另外2口井是水平井，在斜井段容易岩屑堆积，泥岩地层容易缩径，这两个原因叠加，提高了卡钻复杂发生的几率。 Table 3 Stuck trouble data statistics of the 3/7 block oilfield in South Suda 井名 钻井复杂 处理时间(hrs) 地层层位 件数 FM-26H 卡钻 19.5 Miadol/Yabus 由缩径/岩屑堆积引起 FD-33H 卡钻 15.75 Adar 由缩径引起 As-15 卡钻 41 Jimidi 由长时间关井引起 表3. 南苏丹3/7区卡钻复杂情况详细表
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user: 5. 钻遇复杂风险分析 针对南苏丹3/7区出现的钻井复杂情况，结合该区块的地层岩性特点，处理和预防复杂可从三个方面着手：一是选择合理的钻井参数；二是在泥岩地层增加提钻划眼、循环的次数；三是调整钻井液密度。钻井液密度对保证井眼安全钻进的影响非常大，如图4所示，钻井液密度应大于孔隙压力梯度及剪切破坏梯度，小于岩石破裂压力梯度；当钻井液液柱压力严重低于孔隙压力时，会导致严重的井壁坍塌；当钻井液密度在孔隙压力梯度与剪切破裂梯度之间时，会导致井眼形成缩径，同时形成剪切破裂；当钻井液密度大于破裂压力梯度时，则会导致漏失复杂 [ 1 ] [ 2 ]。 图4. 钻井液密度对井眼的影响 5.1. 地层漏失的处理及预防 在南苏丹3/7区上部地层Agor、Daga地层存在钻遇漏失的风险，且漏失一般比较严重，经常钻遇无返出性漏失，处理方式首先是采取随钻堵漏技术，在钻井液中加入随钻堵漏材料进行循环；如果随钻堵漏无效，则采用注水泥塞堵漏技术，利用钻杆在漏失地层井眼中注入速凝水泥浆，水泥浆凝固之后再进行钻井作业，一般不会重复发生地层漏失。 该区地层漏失主要发生在上部疏松地层，通过前期预防工作可以进一步降低漏失发生的风险。首先，采用高粘度泥浆快速强钻通过；其次，现场准备足够的随钻堵漏材料；泥浆工程师对钻井液总量进行检测，及时发现漏失，把握堵漏时机，尽早在钻井液中加入堵漏材料进行先期堵漏，以防形成大漏或恶性漏失；钻井过程中尽量减少激动压力的出现；及时调整钻井液性能 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。 5.2. 缩径与坍塌的处理及预防 井眼缩经和坍塌均会造成过提、遇阻，但是处理方式是不同的。处理井眼缩径需要进行短起下、划眼作业，循环钻井液以清洁井眼；处理坍塌复杂需要调整钻井液性能，增加钻井液密度，同时循环钻井液以清洁井眼。 南苏丹3/7区油田发生井眼缩径与坍塌复杂，这与地层岩性及岩石的矿物组份、钻井液密度及性能、地层应力状态有关。无法改变和调整地层岩性及岩石矿物组份，但是可以通过施工措施、钻井液的密度调整和钻井液性能优化来预防井眼缩径与坍塌。 南苏丹3/7区从Daga地层下部到Yabus地层上部存在大段泥岩，和砂岩夹层，易水化膨胀导致缩径，同时存在坍塌的风险，为此采用KCl钻井液来预防井壁失稳，其作用机理：一是KCl抑制作用使井壁稳定、不吸水膨胀软化，保持井壁硬度是稳定井壁的前提；二是添加GWJ防塌剂、FT-1暂堵剂封堵微裂缝，阻止水进入泥岩层理造成裂解；三是保持合理的密度，这是稳定井壁的关键，合理的钻井液密度，不仅可以平衡释放的地应力，而且也能够使封堵粒子进入微缝形成致密屏蔽带；四是控制好钻井液的PH值，最好在8.0~9.0之间，过高的PH值会促进泥岩水化分散 [ 4 ] [ 5 ]。 除了采用技术上的预防措施，在施工当中也可采取一些预防措施以维持井壁稳定。一是每钻进300米左右，循环钻井液，清洁井眼，进行短起下作业；二是钻至下部地层起钻至井口，再次下钻过程中，至少循环钻井液一周；三是在钻井作业过程中，尽量采用钻井液密度窗口的上限，四是严格使用固控设备，振动筛、除砂器、除泥器、离心机等，保证钻井液达到净化要求 [ 8 ] [ 9 ]。 5.3. 钻头泥包的处理及预防 南苏丹3/7区出现钻头泥包可从以下几个现象判断：钻速明显降低，1 m/hr左右；扭矩严重波动；泵压升高等。钻头堵水眼、钻头泥包复杂情况发生后，采用先冲洗后换钻头，即首先将钻头提离井底，增大排量进行清洗；若清洗无效，则上提钻具至井口，对钻头进行清理或者更换钻头。 预防钻头泥包发生的最主要技术措施是对钻井液性能进行维护和调整。尤其是对于该区块的泥岩地层，需要控制钻井液的失水，提高钻井液的抑制性、润滑性，同时加强固相含量控制。工程措施是采取尽可能大的排量，将井底岩屑尽快带出，防止形成淤泥而泥包钻头；同时优选钻头和喷嘴；作业过程中送钻要均匀；钻压不可过大 [ 8 ] [ 9 ]。 5.4. 卡钻的预防及处理 南苏丹3/7区钻遇地层主要是泥岩地层，容易发生井眼缩径或井壁坍塌产生的岩屑堆积，从而造成卡钻。尤其在定向井或水平井的二开、三开的斜井段，岩屑容易堆积，存在卡钻复杂发生的风险。处理卡钻复杂采用难易渐进式方法解卡，即首先进行开泵循环，清洁井眼，然后活动钻具；若钻具无法活动，可采用震击器震击解卡；若震击解卡仍然无效，则用解卡剂浸泡，逐步活动钻具；如果解卡剂依然无法解卡或者发现卡钻后开泵不通，则采用倒钻具或爆炸松扣，将卡点以上钻具倒出，然后再套铣落鱼。 A-15井关井10天左右，逐步开泵循环，多次活动钻具均无效，后采用油泡解卡剂进行浸泡，根据公式(1)计算得出，需要10 m 3 解卡液进行浸泡，浸泡6个小时，逐步活动钻具，得以解卡。解卡剂用量计算公式如下： Q = K π ( D 2 − d 外 2 ) H 4 + π d 内 2 h 4 (1) Q——解卡剂用量，m 3 ； K——井径扩大系数，一般取1.2~1.25； D——钻头直径，m； d 外 ——钻杆外径，m； d 内 ——钻杆内径，m； H——管外浸泡高度，一般要求泡过卡点以上100米； h——管内解卡剂高度，m。根据卡钻的具体情况和预计浸泡时间来决定，一般比管外解卡剂液面高出200~400米 [ 10 ]。 公式中参数影响解卡效果的是浸泡高度，管内外浸泡高度均需达到要求，同时浸泡时间不要超过12小时。 为预防南苏丹3/7区卡钻复杂的发生，在钻井作业过程中，检测钻井液性能参数，根据情况及时进行循环，以清洁井眼，防止岩屑的堆积；优化钻井液性能，防止井眼缩径的发生；钻具带上震击器，同时检查钻具，已有损伤的钻具不再下入井眼等 [ 9 ] [ 11 ]。
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user: 6. 结论与认识 1) 南苏丹3/7区钻遇的主要复杂是地层漏失、缩经坍塌、泥包、卡钻，对其出现的成因进行逐一分析。 2) 针对地层漏失复杂，提出采用随钻堵漏和水泥回注对策；针对井眼缩经与坍塌，提出采用循环短起下、划眼、清洁井眼、增加钻井液密度等不同的处理方法；针对钻头泥包复杂，提出先冲洗钻头、若无效再更换钻头，同时优化钻井液性能等措施；针对卡钻复杂，提出采用难易渐进式方法解卡。 3) 本文为该区块在后期的钻井作业中预防复杂发生、及时采取合理有效的方法处理钻遇复杂，提高钻井作业效率，降低钻井成本，提供了重要的技术参考，对本区块和其他相似区块的油田钻井有着重要的借鉴意义。
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user: 致 谢 非常感谢中国石油勘探开发研究院的赵国良、王瑞峰、聂臻、黄奇志、冯敏、王敏等对本文提供的指导和帮助。
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user: 摘 要 本文研究了一类含时滞的非线性脉冲切换系统稳定性问题，利用平均停留时间方法对系统的指数稳定性进行了探究，并结合引理给出了保证系统指数稳定的充分条件，以及确保系统状态在一段特定时间区间内始终不超出某个特定区域的充分条件。最后给出算例说明了定理的有效性。 关键词 :切换系统，脉冲，时滞，指数稳定性，平均停留时间 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 切换系统稳定性 [ 1 ] [ 2 ] 结果可以分为依赖切换序列的稳定性问题与切换序列不受限制的稳定性问题两类。脉冲的概念可以理解为在系统运行过程中一些变量在某一时刻瞬时的骤增或剧减。这种短暂的骤变会使系统运动状态产生很大变动，因此，这样的骤变不容忽视，将这类现象考虑到系统描述中就是常见的脉冲切换系统 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]。正是由于这一系统更加准确地描述了物体的运动状态，并精确地描绘了物体的运动轨迹，才使得脉冲系统的应用愈加广泛。 时滞现象广泛的存在于系统控制、物理学、生态学等领域的研究中 [ 6 ]。正是由于其存在的普遍性才使得时滞现象成为人们在研究各种自然现象和社会科学时所不可忽视的因素。时滞的出现常常会破坏系统的稳定性，使系统产生变差，因此如何消除时滞对系统产生的不利影响就成了系统控制界研究的一个热门问题。 停留时间和平均停留时间这两个概念是Morse和Hespan ha提出的。在文献 [ 7 ] 中可以找到有关停留时间的详细介绍及一般理论，正如文中所给出的，停留时间就是指每个子系统被激活所需要的时间。在文 [ 8 ] 中，继停留时间的概念后又提出了平均停留时间的概念。“平均”二字体现在：在一个切换系统中，不要求每个子系统的激活时间都大于 τ a ，系统中也有可能出现激活时间小于 τ a 的情况，但综合所有子系统激活的平均时间大于 τ a 时，系统就会达到稳定。 本文研究了一类含时滞的脉冲切换系统稳定性问题，利用平均停留时间方法结合给定的几个引理研究了系统的指数稳定性和有限时间稳定性。本文所讨论的系统是在文 [ 9 ] 所给出的系统中引入时滞的结果。
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user: 2. 预备知识 在下文中，用符号“T”表示矩阵的转置，符号 R n 代表n维欧氏空间，若向量 u ∈ R n ，则 ‖ u ‖ = ( ∑ i = 1 n u i 2 ) 1 / 2 ； R、 R + 、 R − 分别代表全体实数、正实数、负实数。 L p ( R + ， R n ) = { u | u : R + → R n ， | u | p = ( ∫ R + ‖ u ( t ) ‖ p d t ) 1 / p < + ∞ } ， 1 ≤ p < + ∞ ， R n × m 代表所有 n × m 实数矩阵，I为对应阶的单位矩阵。 考虑下列脉冲切换系统： x ˙ ( t ) = A σ ( t ) x ( t − τ ) + f σ ( t ) ( t ， x ( t ) ) ，                                   t ∈ ( t k − 1 ， t k ] ，             k = 1 ， 2 ， ⋯ Δ x ( t ) = x ( t k + ) − x ( t k ) = F k x ( t ) ，                                                             t = t k x ( t 0 + ) = x 0 ， x ( t ) = h ( t ) ，                 t < 0 ， (1) 其中 x ∈ R n 代表系统状态， x 0 表示初始状态， τ ∈ N 表示时滞， h ( t ) 是定义在区间 [ − τ ， 0 ] 的初始值函数。指示函数 σ ( t ) : ( 0 ， T ) → G ≜ { 1 ， ⋯ ， g } 表示子系统间的切换信号， g > 0 表示系统中所含子系统的个数，其中 A i ( i ∈ G ) 是常数矩阵， f i ( t ， x ( t ) ) ( i ∈ G ) 表示系统所含的非线性扰动，并且满足条件： | f i ( t ， x ( t ) ) | 2 ≤ m | x ( t ) |   2 ， i ∈ G ， m是常数且 m > 0 。 F k ( k = 1 ， 2 ， ⋯ ) 是常数矩阵，代表在切换时刻所产生的脉冲结果，且 0 < ‖ F k ‖ ≤ θ k ， N σ ( τ ， t ) 表示切换信号 σ 在区间 ( τ ， t ) 的切换次数，并且假设 x ( t k + ) = lim l → 0 + x ( t k + l ) 。 定义1 [ 10 ] 指数稳定性的判据：如果系统(1)对于任意的切换信号 σ ( t ) ，在 t > t 0 时，存在正常数 α 和 λ ，使得 ‖ x ( t ) ‖ ≤ α e − λ ( t − t 0 ) ‖ x 0 ‖ ， x ( t 0 ) = x 0 则称系统(1)是全局指数稳定的。 定义2 [ 11 ] 平均停留时间定义：对于每个切换信号 σ ，任意给定时间 t > u > t 0 ， N σ ( u ， t ) 定义为切换信号 σ 在时间区间 ( u ， t ) 上的切换次数。对于给定的 N 0 ， τ a > 0 ，定义 S a [ τ a ， N 0 ] 为切换信号的集合，满足： N σ ( u ， t ) ≤ N 0 + t − u τ a 其中 τ a 叫做平均停留时间，将 N 0 称为震颤界。 引理1 [ 12 ] 系统： ， (2) 满足条件：A为n阶常数矩阵，w是实数， 表示非线性函数。 给定系统(2)的初始条件： 当 时 ; ， (3) 其中 ， 满足： (i) ； ； (ii) ， m是常数。 系统(2)在 上存在解，表示为： ， 其中 满足微分方程： ， 满足 满足 ， 给 取范数得 引理2 [ 13 ] 对于齐次方程： ， (4) 将方程(4)定义在区间 上，且初始条件 ， ，其中集合 表示所有定义在 上的连续函数的全体。规定当 ， ， 齐次方程(4)的特征方程为： ， (5) 对任意的 ， ，如果对于每一个矩阵A以及方程(5)的每一个特征根都满足 ，则有常数 ，对于初始值为 ， 的方程(4)满足： ，对于所有的 。 如果 ，则有 ，对于所有的 。
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user: 3. 主要结论 对于在时间区间 的任意切换信号 ，定义 为特征根的实部 的所有子系统的总的活跃时间， 为所有特征根的实部 的子系统的总的活跃时间。 ， ，对任意给定的 ，选择任意的常数 满足 ， (6) 对于任意的 。 定理1对于给定的m和时间T，若切换信号满足条件(6)，且存在正常数 使得任意的平均停留时 间 ，m满足 ，则系统(1)满足 ， 即切换系统(1)是全局指数稳定的。这里 ， ， ，k和v满足 。 证明 定义 为切换发生的时间点，t满足 ，设 ， 是切换信号 在 上的函数值。 当 利用引理1可得 ， 以及 . 基于脉冲结果在 时的作用，有 . 同样地，在时间 内可得 ， 及 又 . 通过归纳总结，可以推导出在时间区间 ， . 由于 ，可以得到 . 令 ，利用引理2，可以得到 . 对于任意给定的 ， 和N，可以找到常数k满足 ；因此有， 式(6)可以等价地写成 . 由上述不等式，可以得到： . 同时可以找到常数v满足： ， 其中 ， ， 。因此有 ， 将上式变形得 ， 上式也可改写为： 利用引理3，可以得到： 还可以写成 变形得： 当m满足条件 时，由此便可证得脉冲切换系统(3.1.1)满足定义2.3.1中所要求的条件， 即对于满足定理条件的切换信号系统是指数稳定的。
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user: 4. 算例 考虑系统中所描述的参数： ， ， 显然 是不稳定的， 是Hurwitz 稳定的，由计算可得 ， ， 。 此外，脉冲矩阵： ， ， 其中 表示由子系统 切换到子系统 时所产生的脉冲矩阵， 表示由子系统 切换到子系统 的脉冲矩阵，易得 。 假设非线性扰动 ， ， 初始值 。 令 ，由不等式 可以求得 。 如果取 ， ，平均停留时间 ， ， 考虑系统总的作用时间为 时的情况，图1所描述的是 ， 的激活时间分别是1 s和3.5 s时系统的运动轨迹，从图中可以清楚地看到系统(1)是指数稳定的。 图1. 平均停留时间 的系统运动轨迹 若切换系统的非线性扰动满足： ，令 ， ，由计算可得 。 相应地，当非线性扰动： ， ， 可以得到 。图2是系统运动轨迹的模拟，这时系统已不满足指数稳定性。 图2. 平均停留时间 的系统运动轨迹
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user: 5. 结论 本文研究了一类脉冲切换系统的指数稳定性，系统中既含有Hurwitz稳定子系统又含不稳定系统，并将时滞与非线性扰动引入系统中，利用平均停留时间方法给出了使系统满足指数稳定性的充分条件。
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user: 摘 要 利用榆中县2006~2009年净辐射、潜热通量、平均风速、平均温度、平均相对湿度资料研究气象因子对实际蒸散量、可能蒸散量和湿润环境蒸散量的影响并利用相对实际蒸散量与相对可能蒸散量建立起实际蒸散量的估算模型。研究发现，在日变化过程中，实际蒸散量、可能蒸散量以及湿润环境蒸散量呈现出先升高、后下降的日变化特征。对实际蒸散量有重要影响的气象因子是近地层温度，呈现负相关关系，湿润环境蒸散量主要的影响因素是地面净辐射这一气象因子，呈现出正相关关系。进一步建立起实际蒸散量的估算模型(A = 0.834， B = −0.664)，并通过检验证明该模型具有实际可用性。 关键词 :可能蒸散量，湿润环境蒸散量，实际蒸散量估算模型 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 近世纪以来，水资源问题对全人类生活的影响早已逐渐成为国际最重要的议题之一。它对人类所生存的全球环境和国际的经济发展的影响是潜移默化的。随着对气候变化的研究逐渐重视，研究在水文循环中占有核心一环的蒸散发过程就显的尤为重要。蒸散发过程不仅是水文循环中的关键一环，更是在大气–土壤中充当“桥梁”的作用。 蒸散发(Evapotranspiration， ET)是由陆面表层蒸发和植物表面水分蒸发所构成的连续过程 [ 1 ]，关于蒸散发的研究已经有200多年的历史，国内外学者对此进行大量的研究，建立了区域蒸散发相关关系的互补关系模型 [ 2 ]；并发现3种实际蒸散量模型对不同气候地区有不同的适用性 [ 3 ]；建立了高原上的蒸发悖论 [ 4 ] 和Bouchet互补相关假设 [ 5 ]；此外，研究发现植被生长季内的年平均降水量与潜在蒸散量之间存在一定差值 [ 6 ]，各气象因素与蒸散量也有一定相关关系 [ 7 ]；另外，研究发现陆地上主要的淡水资源来源于降水，而蒸散发过程与降水息息相关，且地表热量的平衡状态水分收支的平衡状态，地理气候环境形成和演变的关键因素也是蒸散发过程 [ 8 ]。 榆中县地处甘肃省中部、省会兰州东郊，总面积3301.64平方公里。海拔在1480~3670米之间，据国家气象局统计，榆中年均降雨量与蒸发量相差较大，降水量在350毫米左右，蒸散量远大于降水量在1450毫米左右，总统计得年平均气温在6.7℃左右。总的来说，榆中的气候属温带半干旱气候区，由于受地理条件影响，榆中大陆性季风气候比较明显。因此，研究榆中地区蒸散发过程有重要意义。
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user: 2. 资料和方法 2.1. 资料 气象要素数据包括净辐射，潜热通量，平均风速，平均温度，平均相对湿度。该数据来源于榆中县气象台得到的基本气象观测资料。 2.2. 方法 计算可能蒸散量( E p a )以及湿润环境蒸散量( E P 0 )时选取Morton [ 9 ]，Davies [ 10 ]，Brutsaert [ 11 ] [ 12 ] 的等定义的Penman ( E p a )，Priestley-Taylor ( E P 0 )公式： E p a = Δ Δ + γ ( R n − G ) + γ Δ + γ E a ， E p 0 = ∂ Δ Δ + λ ( R n − G ) 。 采用相关分析法研究气象因子对实际蒸散量和湿润环境蒸散量的影响 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]。相关分析是研究两个或两个以上处于同等地位的随机变量间的相关关系的统计分析方法，相关系数计算公式如下所示 r k l = 1 n ∑ i = 1 n ( x k i − x k s k ) ( x l i − x l s l ) (1) 其中 s k 和 s l 分别表示第k，第l个变量的标准差， r k l 的绝对数值越大，表示两者的关系越密切。
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user: 3. 结果和分析 3.1. 蒸散量日变化特征分析 如图1所见，可能蒸散量，实际蒸散量，和湿润环境蒸散量总的走向在一天之中的变化趋势相同，从凌晨至下午一直为增长趋势，在15时左右达到峰值。自下午后又开始呈现下降趋势。实际蒸散量主要取决于潜热通量，随潜热通量的增长(或降低)，而增长(或降低)。20时左右，实际蒸散量出现一个明显较大的增长起伏，可能是与当地当晚的降水情况、土壤湿润度、以及大气干燥度有关。而湿润环境蒸散量则主要与当天的净辐射有关，日出前，来自太阳的短波辐射小于地表辐射出去的长波辐射时，净辐射为负，使得湿润环境蒸散量较小，日出后，随着地面接收到的太阳短波辐射增强，湿润环境蒸散量也会随之增加，直到当太阳辐射不再大于地面所放射出的长波辐射时，其会随之减少。 图1. 实际蒸散量( E T a )，可能蒸散量( E p a )以及湿润环境蒸散量( E p 0 )的日变化图 3.2. 实际蒸散量湿润环境蒸散量与气象因子的关系 影响区域的实际蒸散发的因素众多，机理较为复杂。进一步利用地面净辐射(Rn)、潜热通量(LE)、风(U)、平均温度(T)以及相对湿度(H)这五个气象要素来探究对气象因子对实际蒸散量及湿润环境蒸散量的影响。由实际蒸散量与各气象因子的相关关系(图2)可以得到。 实际蒸散量随地面净辐射的变化呈现正相关的关系，相关系数为0.127，在置信度为0.01时，正相关性是显著的；实际蒸散量随风速的变化呈负相关，相关系数为0.484，同样在置信度为0.01时负相关显著；实际蒸散量与温度也呈负相关，相关系数为0.533，在置信度为0.01时负相关关系显著；实际蒸散量随相对湿度变化呈正相关，相关系数为0.32，置信度为0.01时负相关关系显著。因此，温度与实际蒸散量的相关关系最大，可认为本文影响实际蒸散发的主要是近地层温度这一气象因子。 图2. 实际蒸散量与Rn、U、T、H的相关关系 由图3可以看出，在置信度为0.01时，湿润环境蒸散量与地面净辐射呈现出正相关关系，相关系数为0.928，正相关性显著；湿润环境蒸散量随风速的变化呈正相关，相关系数为0.224，在置信度为0.01时，正相关关系是显著的；湿润环境蒸散量与温度呈正相关，相关系数为0.567，置信度为0.01时，正相关关系显著；湿润环境蒸散量随相对湿度的变化呈现出负相关的关系，相关关系为0.644，在置信度为0.01时，相关性显著。由上述相关性分析表明，在可信的置信度下，湿润环境蒸散量与地面净辐射的相关系数最大。由此，可以认为相比于风速、温度以及相对湿度，使湿润环境蒸散量改变得主要原因是来自于地面的净辐射。综合来看，对实际蒸散量、湿润环境蒸散量的影响因素分别是近地层温度和地面的净辐射这两个气象因子。 图3. 湿润环境蒸散量与Rn、U、T、H的相关关系 3.3. 实际蒸散量的估算模型建立 本文选择Morton，Davies，Brutsaert的等定义的Penman，Priestley-Taylor估算式，用 E T a E P 0 表示相对实际蒸散，用 E p a E P 0 表示相对可能蒸散，建立一线性的回归模型。如相对实际蒸散、相对可能蒸散拟合的效果图(图4)所示，其中，线性回归方程参数估计值 B = − 0.664 ， A = 0.834 。相对实际蒸散量和相对可能蒸散量的相关性为负，但并不是完全负相关，建立线性回归方程为 E T a E P 0 = A E P a E p 0 + B 带入上述 E T a 、 E p a 以及 E p 0 的估算式可得： E T a = ( A + B α ) Δ Δ + γ ( R n − G ) + A γ Δ + γ E a (2) 其中， Δ 为饱和水汽压曲线斜率(KPa/℃)、 γ 为干湿常数(KPa/℃)；G为土壤热通量(MJ/(m 2 ∙d))、 R n 为净辐射(W/m 2 )， E a = f ( U Z ) ∗ ( e ( T ) − e ) 是关于风速函数和相对湿度的量，带入参数可得半干旱地区的日际实际蒸散量估算的模型： E T a = 0.35 Δ Δ + γ ( R n − G ) − 0.664 γ Δ + γ E a (3) 这里建立的实际蒸散量的估算模型，是日际估算模式，由于 E T a 、 E p a 以及 E p 0 的估算式选取不同，也会出现一定的误差。进一步验证模型，用2006年的实际蒸散量 E T a 与使用估算的模型所得到的估算实际蒸散量 E T a c 进行对比，用 E T a 和 E T a c 的相关关系验证所建立日际实际蒸散量模型的精确度，如图4可见，实际蒸散量( E T a )与估算实际蒸散量( E T a c )呈现线性回归关系，相关系数为0.941，均方根误差RMSE = 0.434，因此本文建立半干旱地区的估算日际实际蒸散量的模型有一定的实际可用性。 图4. 相对实际蒸散与相对可能蒸散的拟合图、实际蒸散量和估算实际蒸散量的相关关系图
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user: 4. 结论 1) 在日变化的过程中，受地面所接受净辐射、潜热通量、空气湿度、温度等因素的影响，实际蒸散量、可能蒸散量以及湿润环境蒸散量随陆面热量的增加和温度的升高呈现出先升高、后下降的日变化特征。可能蒸散量在先上升后下降的基础上，一直大于实际蒸散量和湿润环境蒸散量。 2) 根据各气象因子与实际蒸散量和湿润环境蒸散量的相关性分析，可以得到，潜热通量是影响实际蒸散量的主要气象因子，呈现负相关关系，相关系数为0.533，地面净辐射是影响湿润环境蒸散量的主要气象因子，在置信度为0.01下正相关性显著，相关系数为0.928。 3) 利用相对实际蒸散量和相对可能蒸散量建立起实际蒸散量的估算模型 E T a = 0.35 Δ Δ + γ ( R n − G ) − 0.664 γ Δ + γ E a ，并检验所得实际蒸散量估算式精确度，得到实际蒸散量与估算蒸散量的相关系数为0.941，均方根误差RMSE = 0.434，故该模型通过检验。
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user: 摘 要 研学旅行是具有探究性、实践性、开放性、自主性的综合实践活动课程，是实现地理实践力现代化、社会化发展的重要教学方式，是培养高中地理学习生活化的重要教学途径。通过跨自然带、流域和省市的湿地研学旅行活动，不仅全面提升高中生的地理实践力，拓宽知识视野和丰富人生阅历，更有利于学生的健全人格、道德、价值观的培养。 关键词 :研学旅行，地理实践力，湿地 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 研学旅行最早以“修学旅行”的形式实行于日本，并在英、美、韩等国家风行，成为中小学生、大学生综合实践的必修课程 [ 1 ]，强调通过室外课堂对自然社会的观察与探索成为自然人。在中国，随着素质教育的推进，创新性、实践性、科学性的开放式课堂逐渐受到关注，于2012首批研学旅行试验区成功实验至今，全国已有20多个省(直辖市、区)发布研学旅行实施方案。中国高校的研究性活动课程计划与研学旅行活动具有一定的相似性，这与中学室外综合实践活动不谋而合。高中地理作为一门涉及社会、自然、化学、生态等的综合学科，与研学旅行的科学知识背景具有极大的联系性，地理研学旅行将丰富高中课堂的生活化知识，提升学生的实践力。
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user: 2. 研学旅行的综合实践活动课程特性 2016年，《关于中小学生研学旅行的意见》定义中小学研学旅行是指由教育部和学校有计划地组织安排，通过集体旅行、集中食宿的方式开展研究性学习和旅行体验相结合的校外教育活动，研学旅行是教育教学的重要内容，是综合实践育人的有效途径 [ 2 ]。研学旅行的课程目标确定、课程资源选择、课程实施和课程评价的全过程中，坚持学生为主体的自主性教育原则，学生是课程活动的策划者、组织者、实施者和体验者；坚持学校教育和校外教育相结合的综合性教育方法，教育内容开放性，教育环境多样性，教学设计个性化和普适性；坚持“教、学、做合一，行是知之始”的实践性教育理念，课堂理论联系实际生活，在实践活动中使地理实践力得以运用、提升、创新；坚持自主、探究、合作的探究性和合作性学习方法，促使学生思维全面发展和个体的个性化和社会化发展。 高中阶段学生研学旅行内容主要以增进学生对省情和国情的自然社会认识，培养社会责任感和实践力，完成素质教育的目标。地理研学旅行是在学校–教育部门–旅游机构(户外教育、生态教育组织等)联合推动下，教师–学生–导览员之间以教育优先的校外实践拓展课程，通过跨区位、跨省市、跨流域、跨自然带和人文环境的知识传承与实践力提升的教育活动，有利于培养学生的全面的知识视野，健全的人格、道德、价值观等综合素质，丰富人生阅历。
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user: 3. 研学旅行的地理实践力培养 地理实践力作为高中地理核心素养的关键，是指人们在考察、调查和模拟实验等地理实践活动中所具备的意志品质和实践能力 [ 3 ]。通过开展户外探索、实验、观察、研究自然和分析人文历史现象为主题的地理学科研学旅行活动，充分利用生活地理，寓教于乐，做中学、玩中学，在符合应试理论知识的背景下进行素质能力拓展。目前，研学旅行资源结合自然和文化遗产、知名院校、工矿企业、科研机构等，通过教育部门的政策和方针引导，学校结合本校学生的学习能力、知识特点、兴趣爱好和经济状况设计不同主题路线和多种地理实践力为主题的集体活动，并采用专业导览员、科研人员、高校教师为主导，本校任课教师课辅，学生为主体的活动形式，弥补课堂知识偏差，拓展兴趣空间，提升社会化、现代化的地理实践力。 地理观察与测量能力：在高中研学旅行过程中，学会使用罗盘、指南针、测量仪、地图等地理工具，学习并实践现场过程观察自然现象如：气候、植被、土壤、水资源和生物特点，判别地形地貌、岩石等地质特点以及绘图制图能力等等。 地理调查与考察能力：在研学过程中，针对某种人文现象、工业、农业区位影响因素、水质等自主合作设计收集资料，进行调查问卷和访谈以及撰写地理调查分析报告等。 地理实验能力：在旅行途中专业指导员的指导下，能够有目的地开展模拟实验、水质监测、风速风向测定等地理实验。 地理问题分析与决策能力：能够在指导员的引导下采用自主、合作、探究的学习方法，发展、分析并解决现实问题，能够分析某种国情和人文现象。 地理信息技术运用能力：在全程活动过程中，运用地理信息工具如：GPS、GIS、RS等工具进行信息收集、传输、处理、应用，并解决地理实际问题。
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user: 5. 总结 研学旅行是根据学生经验与兴趣、社会发展需求、经济支付水平、教育基础条件、应试考试需要而实行的素质教育开放之旅。在这一旅程中，开放的教学空间和教学形式，结合学生自身特点，拓展延伸，完成个性化和社会化发展。地理作为一门生活化课程，开展开放式研学旅行课程，才能时刻使这门课程保持前瞻性和专业性，将知识运用于生活，将生活融入学习，使学生的学习力和实践力在学习中得到锻炼，这不仅拓展学生的地理学习兴趣，更让大家形成科学的人地关系观点，通过生动活泼的视觉色彩，促进学生人类和自然环境的可持续发展观点的形成，实现生命教育的意义。
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user: 摘 要 随着智能手机的广泛普及以及网约车市场的兴起，网约车服务已经成为了大众出行的重要交通方式。随着网约车市场的快速增长，网约车用户的出行将对路网中交通流的分配造成极大的影响，进而影响未来的交通规划。不同于传统的私家车出行，网约车司机的路径选择行为取决于用户的出行需求，因此，传统的私家车用户均衡模型并不适用于网约车。本文提出了一个新的数学模型来捕捉乘客需求对网约车司机的寻客策略和路径选择行为的影响，进而刻画出考虑网约车的路网均衡模型。该模型通过变分不等式进行描述，并通过一个简单的算例来突出其可行性和合理性。 关键词 :网约车，路网均衡，路径选择，变分不等式 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 截止至2018年第二季度末，全国的移动电话用户达到15.1亿户。如此庞大的移动手机用户团体以及移动通信技术的发展带来了点对点共享出行交通行业的蓬勃发展。作为一个典型的例子，时至今日，网约车的便捷性已使其成为公众出行的重要交通工具。滴滴平台的2018年第二季度城市运行报告显示，该平台用户规模已超过5.5亿，每日为全国400多个城市的用户提供3000万次的出行服务 [ 1 ]。在为用户出行带来便利的同时，网约车的出现有可能会增加交通拥堵。具体的，由于网约车市场在空间的供求关系并不均衡，网约车司机通常无法在下客的区域成功载客，因此他们需要空车驾驶到别的区域寻找客源，而该部分空载的行程增加了交通拥堵和环境污染。Crammer和Krueger [ 2 ] 在对5个美国大城市(波士顿、洛杉矶、纽约、三藩市和西雅图)的2000个网约车司机的调查中，发现其空载率高达45%至57%。而在2017年的一份三藩市的网约车数据分析中，三藩市的空载率为20%，而该空载行为导致车辆里程数增加了6.5%至10% [ 3 ]。 鉴于此，考虑网约车行为对交通路网流量分布的影响非常重要。Ban等 [ 4 ] 建立变分不等式来描述网约车的运营路径选择行为。在他们的模型中，所有的网约车的运营行为均被假设统一服从平台的调度，以最优化平台的总收益。该假设与实际的网约车运营模式有较大的出入，后者的运营通常以最优化网约车司机个人收入为原则。Xu等 [ 5 ] 通过一系列的不等式方程组建立了能够捕捉网约车空载和寻客行为的用户均衡模型，以反映网约车的真实运营行为，并且通过该模型刻画了网约车空载行为对路网交通流的影响。国内学者也针对网约车做了许多研究，但主要聚焦于网约车使用特征与选择偏好 [ 6 ] [ 7 ]、定价 [ 8 ] [ 9 ]、停车行为 [ 10 ] 等。本研究提出一个简单的变分不等式模型来刻画乘客需求对网约车司机的寻客策略和路径选择行为的影响，进而描述考虑网约车运营行为在内的路网均衡模型。这一变分不等式模型可用于相关部门的交通规划。
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user: 2. 网约车司机的用户均衡模型 2.1. 简介及符号 我们用 G ( A ， N ) 来表示一个交通路网，其中A和N分别是路网的路段和结点的集合。符号R和S分别表示路网上的所有OD对的起点和终点集合，其中 R ⊆ N ， S ⊆ N 。符号 P ¯ r s 表示连接OD对 r ∈ R 和 s ∈ S 的路径集合； P r s k 表示连接OD对 r ∈ R 和 s ∈ S 并且经过结点 k ∈ N 的路径集合。定义 q r s 和 d r s 分别为从起点 r ∈ R 到终点 s ∈ S 的总私家车流量和网约车乘客需求。 B k s 定义为从结点k载客并在结点s卸客的网约车收入， φ 为驾驶员的时间价值。表1定义了模型的变量符号。 Table 1 Variable definitio 符号 含义 f ¯ r s p 从起点r出发到终点s并选择路径 p ∈ P ¯ r s 的私家车车流 C ¯ r s p 选择路径 p ∈ P ¯ r s 的私家车的出行成本 m r 在起点r产生的网约车总流量 m r s k 从结点r出发选择到结点k载客并在结点s卸客的网约车流量 f r s ， p k 从结点r出发选择到结点k载客然后在结点s卸客，并选择路径 p ∈ P r s k 的网约车流量 路段a的总流量 选择路径 的网约车的出行成本 表1. 变量定义 2.2. 网络均衡模型 对于私家车而言，当网络达到均衡状态时，每个OD对的各条被使用的路径具有相等且最小的驾驶成本；没有被使用的路径的驾驶时间大于或等于最小行驶时间。因此，以下四个公式描述了私家车的用户均衡状态。 其中， ， 表示OD对rs之间的最小行程成本。 而对于网约车，由于网约车司机对客源的分布估计是不完全准确的，因此，他们的寻客策略(载客点和卸客点，即 )需要通过随机选择模型来描述。具体的，我们考虑连接OD对r和s并且经过结点 的路径 的网约车出行成本为： 其中 ， 为在结点k的竞争成本函数，与在该结点产生的网约车用户总需求量 成反比，而与在该结点寻客的网约车司机总量 成正比； 为参数。 假设网约车对出行成本或收益的理解误差是服从Gumbel分布相互独立的随机变量，那么网约车对各种寻客策略 的选择概率为： 其中 为与理解出行成本的方差成反比的参数。 根据上述选择概率，我们可以得到从起点r出发的网约车的期望最小理解出行成本为： 由于网约车在结点r的供给量将受到该结点的期望最小理解出行成本 的影响，我们将该函数定义为 ，即 对于相同起点和寻客策略的网约车，它们在路径的选择上会遵循传统的用户均衡模型，即选择出行时间最短的路径。因此，他们的路径流量分配可由下述公式表达： 其中 为相同起点r和寻客策略 的最小出行成本，即时间成本减去收入。由于这些网约车的寻客策略 相同，所以他们的竞争成本 和载客收入 也相同。因此， 可理解为最短路径的驾驶成本。 为方便读者，我们将上述的路网均衡充要条件归纳如下： (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) 定义 ，那么(1)~(14)等价为下列变分不等式问题： 为证明其等价性，下列式子描述了该变分不等式的最优性条件 (1)，(2)，(5)~(8) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) 其中 ， ， ， ， 和 分别为式(1)，(2)，(5)~(8)的拉格朗日因子。 结合(15)~(17)以及(21)，我们可以得到 上述两式与(1)和(2)式共同描述了私家车的用户均衡状态。 结合(18)和(21)~(23)式，可以推导出 与(5)、(7)式共同描述了网约车的路径选择行为。 (19)式可转化为 结合(5)式，我们得到 因此，我们可以推导出 上式正是网约车寻客策略的概率函数。 另外，通过(20)可以推导出 即， 该式描述了网约车的供给流量与期望最小出行成本的关系。综上所述，我们所构造的变分不等式与路网均衡状态(1)~(14)完全等价。 由于该变分不等式的可行域为凸且有界，而各个函数均为连续可导。因此，该变分不等式必然存在至少一个解。 2.3. 算法求解 为求解该变分不等式，我们采用Aghassi等人 [ 11 ] 提出的方法，将其转化为以下非线性最优化问题 s.t. 其中 为新增的变量。 该非线性问题可通过商业求解器(如CONOPT)求解，当最优目标值为0时，其最优解即为变分不等式的最优解。