本文選題：隨鉆測井　切入點：聲傳特性　出處：《西南石油大學》2017年碩士論文

【摘要】：聲波傳輸技術是一種井下隨鉆測量信息傳輸技術。相較于目前通用的泥漿脈沖傳輸技術,聲波傳輸技術具有鉆柱信道性質穩(wěn)定,不依賴泥漿循環(huán)以及能廣泛應用于現(xiàn)有的各種鉆井技術中等優(yōu)點。因此,開展聲波沿鉆柱的傳播特性研究,為井下聲波傳輸技術的研發(fā)和隨鉆測井儀器的研制提供理論和技術支持,在推動鉆井技術自動化和智能化方面具有一定價值。首先,以聲學在固體中的傳播理論為基礎,建立了聲波沿一維理想鉆桿傳播的數(shù)學模型,研究了聲波沿鉆柱傳播的傳播規(guī)律和頻響特性;依據(jù)定常結構在截面突變時會造成阻抗不匹配這一現(xiàn)象,分析了鉆桿+接頭組合的色散特性,為井下隔聲結構的設計提供了理論依據(jù);采用有限差分法和傳遞矩陣法分別對周期型和非周期型鉆柱結構的頻響特性進行了研究,結果顯示鉆柱結構呈現(xiàn)梳狀濾波器性質——通帶和阻帶交替出現(xiàn),且鉆柱結構越復雜,通帶的帶寬越窄;還考慮了接頭兩端截面漸變部分對鉆柱結構頻響特性的影響,結果表明,由于截面漸變部分的存在使通帶的帶寬增大,更有利于聲波的傳輸。其次,結合井下實際工作環(huán)境,考慮鉆井液粘滯阻尼和地層邊界條件,研究了聲波沿鉆柱傳播過程中的衰減規(guī)律并計算了聲波沿鉆柱傳播的最大距離,表明井下聲波通訊需考慮安裝中繼器;另外,由于地層邊界對聲波具有一定的反射作用,將使載波信號產(chǎn)生很大的畸變,建議確定聲波發(fā)生器合理安裝位置。最后,依據(jù)對鉆柱系統(tǒng)的聲學性質分析,設計了一套可基本實現(xiàn)井下聲波數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。采用組合隔聲結構、雙聲接收裝置以及確定聲波發(fā)生器和接收器的合理安放位置分別對井底噪聲、地面噪聲和信道回波噪聲進行抑制,通過計算機仿真,三種方法均能對噪聲取得很好的抑制效果,對于聲波信號中的其他噪聲,給出了四階帶通濾波器的設計電路(在數(shù)值模擬時采用了數(shù)字濾波器);對比分析了幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)三種基本信號調(diào)制方法,優(yōu)選出適合井下聲波通訊的二進制相移鍵控(BPSK)調(diào)制方法,并采用隨機生成100位二進制信號對正弦載波進行模擬調(diào)制,將其施加于鉆柱系統(tǒng),對接收信號進行濾波和解調(diào),誤碼率僅為7%,獲得了較好的傳輸效果。
[Abstract]:Acoustic wave transmission technology is a kind of downhole measurement information transmission technology.Compared with the current mud pulse transmission technology, acoustic wave transmission technology has the advantages of stable channel property, independent of mud circulation, and can be widely used in various drilling technologies.Therefore, the research on the propagation characteristics of acoustic wave along the drill string provides theoretical and technical support for the research and development of downhole acoustic wave transmission technology and the development of logging tools while drilling, which has certain value in promoting the automation and intelligence of drilling technology.Firstly, based on the theory of acoustic propagation in solid, the mathematical model of acoustic wave propagation along one dimensional ideal drill pipe is established, and the propagation law and frequency response characteristics of acoustic wave along drill string are studied.According to the phenomenon that the impedance mismatch is caused by the constant structure when the cross section changes, the dispersion characteristic of the drill pipe joint combination is analyzed, which provides the theoretical basis for the design of the downhole acoustic insulation structure.The frequency response characteristics of periodic and aperiodic drill string structures are studied by using finite difference method and transfer matrix method respectively. The results show that the drill string structure is characterized by comb filter properties-pass band and stopband alternately, and the more complex the drill string structure is, the more complex the drill string structure is.The narrower the bandwidth of the passband is, the more the influence of the tapered section of the joint on the frequency response characteristics of the drill string structure is considered. The results show that the bandwidth of the passband increases due to the existence of the section gradient part, which is more favorable for the transmission of sound waves.It is indicated that it is necessary to install repeaters for acoustic communication in downhole, in addition, due to the reflection effect of formation boundary to acoustic wave, the carrier signal will be distorted greatly. It is suggested that the reasonable installation position of acoustic wave generator should be determined.Finally, according to the analysis of the acoustic properties of drill string system, a set of acoustic data transmission system is designed.All of the three methods can achieve a good effect on noise suppression, and for other noises in acoustic signals,In this paper, the design circuit of fourth-order band-pass filter is given (digital filter is used in numerical simulation, and three basic signal modulation methods, amplitude shift keying, frequency shift keying, FSKK and phase-shift keying, PSK) are compared and analyzed.The binary phase shift keying (BPSK) modulation method suitable for downhole acoustic wave communication is selected, and a 100 bit binary signal is generated randomly to simulate the sinusoidal carrier, which is applied to the drill string system to filter and demodulate the received signal.The error rate is only 7, and the transmission effect is better.
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE921.2

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本文編號：1721066