旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的核心是導(dǎo)向鉆井工具,其中近鉆頭傳感器測量的井眼信息傳輸?shù)诫S鉆測量儀（LWD）,進(jìn)而上傳到地面監(jiān)控平臺。傳輸過程中由于電子倉與LWD之間存在伺服平臺相對旋轉(zhuǎn)振動、套管和井壁的碰撞等干擾,無法用線纜直接相連。而井下聲波傳輸利用沿鉆桿傳輸?shù)膹椥圆ㄗ鳛檩d波,進(jìn)行井下信息無線傳輸,具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適應(yīng)性強等特點,可為井下無線信息傳輸研究提供新的方向。本文嘗試從理論推導(dǎo)、仿真模擬計算與試驗驗證三個角度對載荷下短距離鉆桿中聲波傳輸特性進(jìn)行分析,為級聯(lián)鉆桿聲波傳輸特性的研究提供基礎(chǔ)模型。理論推導(dǎo)主要介紹聲波波動特性、聲波在固體中傳輸?shù)睦碚?同時根據(jù)實驗室中聲波傳輸試驗平臺,分析試驗平臺中載荷的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、鉆桿結(jié)構(gòu)阻尼以及聲波在短距離鉆桿中的傳輸特性。仿真模擬計算主要通過多物理場耦合分析軟件,根據(jù)短距離鉆桿實際參數(shù),建立鉆桿聲波傳輸模型,模擬計算鉆桿中傳輸?shù)穆暡ㄝd波信號,分析聲波載波仿真信號在鉆桿中的傳輸特性。試驗驗證主要利用聲波傳輸試驗平臺,進(jìn)行聲波在短距離鉆桿中傳輸試驗,測量鉆桿接收端的聲波信號,分析聲波在短距離鉆桿中的傳輸特性。通過對理論推導(dǎo)的結(jié)論、仿真模擬和試驗測量的結(jié)果進(jìn)... 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文14220dxdxMCKxtdt(2-1)式中：x為質(zhì)點位移；M為質(zhì)量矩陣；C為阻尼矩陣；K為剛度矩陣。對式(2-1)求解，可得位移與時間關(guān)系為：000()cos()txtxet(2-2)由式(2-2)可看出，聲波在鉆桿中的衰減振動為一條呈指數(shù)形式衰減的曲線，其內(nèi)部包絡(luò)曲線呈現(xiàn)出余弦曲線衰減的形式。2.2聲波在固體中傳輸2.2.1聲波在固體中傳輸理論模型當(dāng)固體受外部作用力作用時，它會在體內(nèi)產(chǎn)生形變，稱為應(yīng)變。由于固體的彈性性質(zhì)，物體各部分之間就會存在相互作用的力，并且該力是通過物體的界面發(fā)揮作用的，具有表面力的性質(zhì)，通常以物理量應(yīng)力來表示。選取固體中一個微元dv，如圖2-1所示，當(dāng)固體受到相鄰部分力的作用時，微元也會發(fā)生形變，運用廣義胡克定律，分析固體介質(zhì)中應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系，可得各向同性且均勻的固體中三維彈性波方程[77]。圖2-1固體中聲波傳輸微元分析在對固體受力分析時，對固體模型進(jìn)行精簡，在直角坐標(biāo)系中建立固體的彈性波方程[78]，如式(2-3)所示：222222222()()()xxyyzzuutxuutyuutz(2-3)

第三章基于有限元法的短距離鉆桿聲波傳輸試驗與仿真25求解器求解類型主要有：穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、特征值、頻域、參數(shù)等求解類型。穩(wěn)態(tài)求解適用于求解問題與時間無關(guān)參數(shù)化掃描；瞬態(tài)求解適用于求解問題與時間有關(guān)；頻域求解本質(zhì)上也是穩(wěn)態(tài)求解，將時域的問題轉(zhuǎn)化到頻域。特征值求解適用于特征值問題，求解本征頻率；本文中主要研究聲波在鉆桿中傳輸?shù)臅r域響應(yīng)，因此本文選擇瞬態(tài)求解器和特征頻率求解器進(jìn)行研究。3.3載荷作用下鉆桿中聲波傳輸模型3.3.1短距離鉆桿聲波傳輸試驗裝置聲波傳輸試驗裝置模擬MWD與電子倉之間的聲波信號傳輸，由短距離鉆桿、聲波產(chǎn)生和接收三部分組成，試驗裝置實物如圖3-3所示。聲波傳輸試驗中，將油管放置在支架上并固定好，試驗裝置參數(shù)如表3-1所示，最后要仔細(xì)梳理檢查信號發(fā)生器、激振器、傳感器、適調(diào)器、和示波器的接線。圖3-3試驗裝置實物表3-1短距離鉆桿試驗裝置參數(shù)油管規(guī)格油管長度/mm油管外徑/mm油管內(nèi)徑/mm油管壁厚/mmJ55鋼128014012010聲波產(chǎn)生部分由型號為YE1311的掃頻信號發(fā)生器，利用其產(chǎn)生實驗所需的典型信號驅(qū)動JZK-2型電動式激振器，激勵鉆桿產(chǎn)生模擬聲波在鉆桿中傳輸時的機械振動，進(jìn)而傳遞信號。掃頻信號發(fā)生器能產(chǎn)生高質(zhì)量的正弦信號、方波、三角波及白噪聲等多種波形，可輸出頻率范圍在2~2kHz，信號輸出為1Vrms±0.5dB(20Hz~20kHz)，功率輸出為30W(4負(fù)載)(20Hz~20kHz)，大多應(yīng)用于聲學(xué)、振動等領(lǐng)域作為信號源，本文中主要采用方波驅(qū)動信號。電動式激振器為可將電能轉(zhuǎn)換為機械能的電動變換器，其額定出力正弦或隨機信號

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種周期性管柱中聲波頻譜評價方法[J]. 王慶,管志川,張波,劉永旺,李成,楊勝利.  中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2020(01)
[2]聲波在鉆柱中傳輸數(shù)值模擬研究[J]. 高理,李銘鈞,范濤,張楠.  信息記錄材料. 2020(01)
[3]一種新型井下聲波發(fā)生裝置及其聲波傳播特性[J]. 王慶,管志川,劉永旺,張波,李成.  天然氣工業(yè). 2019(05)
[4]瑞利阻尼物理本質(zhì)及參數(shù)對動力響應(yīng)的影響[J]. 胡成寶,王云崗,凌道盛.  浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2017(07)
[5]國產(chǎn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及隨鉆測井系統(tǒng)在渤海某油田的應(yīng)用[J]. 陳虎,和鵬飛,萬圣良.  探礦工程(巖土鉆掘工程). 2017(03)
[6]基于鉆柱聲波信道的隨鉆數(shù)據(jù)V-OFDM傳輸方法研究[J]. 馬東,師奕兵,張偉,柳國振.  電子科技大學(xué)學(xué)報. 2017(01)
[7]鉆桿聲波傳輸對可調(diào)脈寬驅(qū)動的敏感性研究[J]. 高理,程為彬,滿榮娟,李杰.  西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(06)
[8]彎曲鉆柱中聲傳播特性教學(xué)實驗裝置研制[J]. 劉永旺,管志川,王慶,樊滔,張波.  實驗技術(shù)與管理. 2016(10)
[9]鉆桿聲波信道分析與試驗研究[J]. 叢軍,劉建華,王振法,葛世瞳.  中國石油和化工. 2016(S1)
[10]旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具地面監(jiān)測和控制系統(tǒng)研究[J]. 張璽亮,黨瑞榮,馬認(rèn)琦.  石油機械. 2015(05)

博士論文
[1]周期性鉆柱聲波信道的信號傳輸及檢測方法研究[D]. 馬東.電子科技大學(xué) 2018
[2]隨鉆聲波遙傳中不同井況下鉆柱信道仿真及實驗系統(tǒng)研究[D]. 謝海明.西安電子科技大學(xué) 2018
[3]井下近鉆頭測量與無線短傳技術(shù)研究[D]. 李志剛.中國石油大學(xué) 2010

碩士論文
[1]懸索橋地震響應(yīng)分析的阻尼模型研究[D]. 楊舒蔚.西南交通大學(xué) 2018
[2]非正交姿態(tài)參數(shù)的數(shù)字解算與實現(xiàn)[D]. 李杰.西安石油大學(xué) 2016
[3]高速鐵路隧道列車振動響應(yīng)分析及減振降噪研究[D]. 魏雪云.合肥工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號：3000926