随着人类能源需求的增长，油气钻井活动日益频繁。激光钻井在能源领域具有极大的应用价值，有望实现井下原位玻璃套管的制造，以替代传统金属套管，为油气钻井工程节省大量时间和资金。激光辐照岩石玻璃化的稳定形成是实现玻璃套管的关键因素。基于激光扫描花岗岩实验并结合物相检测和数值模拟方法，对激光烧蚀花岗岩玻璃化的影响因素和机理进行了研究。结果表明，受激光扫描后，花岗岩各组成矿物按熔化的难易程度分别发生熔化和碎裂现象，部分表面转化为深色玻璃；高速气流可有效清除岩石碎屑和粉尘，且能够提高激光作用效率和增加岩石玻璃的附着力；花岗岩易受温度作用而发生破裂，其较低的扫描速度和气流辅助条件有利于玻璃化的形成。在实际工程应用中，采用控制扫描速度和辅助高速气流的方法控制岩石的温度作用，形成稳定岩石玻璃和制造稳固覆盖于硬岩表面的原位玻璃化井壁。本研究探究了激光扫描作用岩石的玻璃化机理，为拓展激光钻井的工程应用提供了重要参考。

针对脉冲涡流技术在油气井套管检测过程中易受到环境影响而产生的噪声干扰问题, 提出一种油气井套管电磁检测数据的分段动态自适应降噪方法。通过对比分析仿真信号、实验井检测信号与实测井检测信号的差异, 结合实际检测过程中的噪声来源分析, 建立了基于偏心-抖动-温度影响因素的检测信号补偿模型。基于该补偿模型训练得到油气井套管电磁检测数据的分段动态自适应降噪模型。测井数据消噪实验结果表明, 所研究方法与常用的降噪方法相比能更好地抑制实际检测过程中偏心、抖动及温度因素带来的噪声影响, 具有应用和借鉴价值。

采用一种光纤布拉格光栅三维拉力传感器对变电站高压套管的安装方式进行了测试，并对套管端部受力状态进行了长达1500 h的长时间监测。通过测量不同安装方式下套管端部的受力，优化了引下线方式和金具安装类型；对套管端部受力进行长时间监测，得到套管端部存在三维拉力和温度引起的热应力的结果，并在三维力中得到可能为风载荷加载在跨线上引起变电站结构晃动的低频信号频率为0.18 Hz和0.22 Hz。基于光纤布拉格光栅三维拉力传感器，初步实现了对变电站的健康监测，推动智能电网的发展。

在基于传统图像分割法的红外图像目标检测中, 当背景颜色和被检测物体颜色相近时, 往往难以有效地识别红外图像中的被检测物。所以为了进一步提高绝缘套管在红外图像中的识别精度, 文中提出一种基于绝缘套管伞裙纹理特征的目标检测方法。首先为增强图像纹理特性, 将双边滤波代替传统高斯 -拉普拉斯算子中的高斯卷积滤波, 通过双边 -拉普拉斯进行图像滤波和增强。之后针对高压绝缘套管外层伞裙的特殊纹理, 建立反映伞裙周期性分布的描述子, 并通过图像扫描法进行粗识别。最终基于 DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)聚类算法, 建立其超参数求解方法, 实现离群点剔除和特征聚类, 完成高压绝缘套管的精细分割。通过实验对比其他绝缘套管红外图像的识别算法, 文中算法可以有效地精细分割出绝缘套管主体, 克服其他图像分割方法的不足。并在数据集上识别率达到 85%以上。

在20 kV/40 kJ的重复频率压裂系统实验平台上，对大水泥岩样进行了电脉冲水中放电压裂实验。为了模拟井下实际工况，实验时将放电电极装入带有射孔的绝缘套管。水中脉冲放电时岩样中产生定向冲击压力波，冲击波作用于岩层使其产生裂缝。实验结果表明，冲击波通过绝缘套管作用于岩样时有一定的能量损失，部分冲击波压力会施加于绝缘套管，绝缘套管在整个实验期间没有发生形变，电脉冲放电对套管损伤作用极小，重复压裂冲击波会通过射孔在岩样上形成一定规模的微裂缝。去掉绝缘套管后，裸电极作用于岩样造缝效果会更好，裂缝明显的呈现对称规则。

针对红外图像中背景与目标的复杂性和多样性给变电站绝缘套管状态监测带来的困难，提出基于红外弱目标提取的检测方法。首先进行二维小波分解，将低频分量进行Retinex 理论增强，其余高频分量进行局部方差映射，完成小波重构后进行对比度增强，最后实现基于分步双阈值的目标提取。实验结果表明，该方法不仅改善了绝缘套管局部过热区域的红外图像的处理效果，还实现了过热点及其连带过热区域的提取和区分。

光纤传感器测量温度变化时为消除外加应力应变对温度产生的影响,设计了双套管式光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器,双层结构用来隔离外加应力应变。对温度传感器建立平衡态模型, 并进行有限元热分析,仿真结果分析表明,当温度从20℃跃变到70℃、70℃跃变到20℃时,温度响应时间分别为t0.9=50±1s、t0.9=60±1s。并与水浴法测温实验结果(t0.9=52s、t0.9=63s,灵敏度为9.8410-3nm/℃,线性度为99.88%)相比较,时间偏差小于3s。

数值模拟的方法研究了短套管二元引射喷管几何参数(LW、LN和间距比)变化对推力特性的影响, 优选出了短套管二元引射喷管几何参数的选取范围, 并计算了优选结构下短套管二元引射喷管在 3～5 μm波段的红外辐射特性, 且与轴对称喷管、二元喷管和长套管二元引射喷管进行了对比。排气系统的流场采用了商用软件计算, 红外辐射特征采用了自主开发的软件(NUAA-IR)进行计算。结果表明: 短套管二元引射喷管相对长套管二元引射喷管具有更好的推力特性和红外抑制效果。