隨著石油工業(yè)以及無線傳輸技術的不斷發(fā)展,越來越多的人開始研究無線傳輸技術在油氣井領域的應用。其中對于井下信息的獲取是研究的重要問題,通過對井下信息的獲取和分析,可以用來評價地層的特性,對于油氣的勘探和開發(fā)有重要的意義。利用傳統(tǒng)的有線傳輸方式獲取井下信息,有很多亟待解決的缺陷,無線傳輸的方式可以很好地彌補這些缺陷,其中,用聲波無線傳輸實現井下信息的獲取是國內外多年來的前沿課題。本文研究了聲波沿油管管柱傳輸時的性質,傳輸的衰減因素以及在傳輸過程中會受到的噪聲影響,以及聲波沿管柱傳輸時的通帶和阻帶交替出現的頻譜特性,并通過實驗驗證了這一特性。利用COMSOL Multiphysics軟件對聲波沿油管的傳輸及聲波信號的檢測進行了仿真,分析了激勵信號、壓電收發(fā)間距以及接箍,這幾個重要因素對傳輸和檢測結果的產生的影響。通過對井下聲波信號的理論以及仿真分析,為下文中研究信號檢測方法提供了理論支持,是對聲波無線遙測研究的必不可少的一步。在對理論分析和仿真計算基礎上,就聲波無線遙測系統(tǒng)信號的地面檢測與處理設計了適合的硬件電路和軟件系統(tǒng),配合調試,在實驗室搭建了平臺進行試驗,利用壓電加速度傳感器成功實現了... 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數】：88 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

哈里伯頓公司檢測聲波信號圖

西安石油大學碩士學位論文8圖2-1磁致伸縮材料磁疇運動對于壓電材料來說，可以產生聲波信號，多晶體具有壓電特性，壓電陶瓷是由人工制造的多晶體壓電材料，這些材料的內部有一些晶粒，晶粒的自發(fā)極化電疇有一定的極化方向，如圖2-2所示，當外部沒有電場存在的時候，電疇排列雜亂無章，壓電陶瓷內部極化強度為0，不具有壓電特性。當外部有電場的存在時，在外電場作用下，電疇受到電場力作用，其排列發(fā)生變化，會按照電場的方向進行改變，這時材料就會發(fā)生極化，當外電場強度足夠大，使得內部電疇極化的方向與外電場一致的時候，材料表現出壓電特性[10]。+-0+-+-拉伸正常狀態(tài)+--+壓縮圖2-2壓電材料形變作用對比以上兩種可以產生聲波的材料，即壓電材料和磁致伸縮材料，選用其中一種用于實驗中產生聲波，對比可以發(fā)現，壓電材料對于本次實驗來說更具有可操作性和優(yōu)勢。磁致伸縮材料是在磁場作用下產生的效應，而實驗中磁場需要在電場激勵下產生，從而才可以使材料發(fā)生形變產生聲波，而壓電材料是可以直接實現電和聲之間的轉換，不需要中間層作用，更加簡便的同時也減小了可能在中間層產生的影響和誤差；超磁致伸縮材料在工作時表現出來的磁致損耗，以及長時間工作之后出現明顯的渦流，都會產生熱能，帶來損耗[11]，從而對測量結果產生影響，在測量時，使用超磁致伸縮材料需要注意對材料進行降溫處理，對于壓電陶瓷來說，不需要這種處理；相對于超磁致伸縮材料而言，壓電材料在運用技術方面比較成熟，對于在實驗中可能會出現的一些問題，也有比較完善的應對措施，市場的成本價格也比較低，綜合實用性優(yōu)于超磁致伸縮材料，所以，選用壓電材料來進行聲波的產生，同理，對于聲波信號向電信號的轉換，由于壓電效應的

西安石油大學碩士學位論文16和實際差距較大，這項工作必定困難重重，但是我們可以通過對接收到的波形通過濾波，對整個過程采取相應的措施來降低噪聲干擾，讓采集到的數據更加準確。2.4聲波沿管柱傳輸特性驗證由上兩小節(jié)的對聲波特性的分析可以知道，聲波沿著管柱傳輸時，受到的影響因素比較多，會受到嚴重的衰減以及傳輸中的噪聲，這些衰減和噪聲都可以通過后期的處理來抑制噪聲盡可能地增大原信號，但是，聲波沿著油管傳輸時的頻譜特性只能通過分析，讓傳輸的頻率在其通帶內，從而使傳輸的效果最好。在實驗中，發(fā)射頻率范圍為100Hz-1000Hz，每間隔100Hz對采集到的數據進行測量記錄，繪制一組圖形，其次再對發(fā)射電壓大小進行改變，再進行繪制，如圖2-6所示，為接收端測量的電壓和頻率的對應關系圖形。圖2-6電壓頻率關系圖由上圖可知，三條線分別為不同發(fā)射電壓下接收端的信號電壓，當發(fā)射頻率為200Hz、600Hz和800Hz時，信號電壓較大，而當發(fā)射頻率為400Hz和700Hz時，信號的電壓較小，其中有一組數據已經幾乎無法測量到，聲波在沿著管柱傳輸時，呈現出通阻帶交替的梳狀濾波器特性，驗證了上文中提到的特性，所以為了使傳輸效果達到最好的狀態(tài)，選取600Hz和800Hz來作為實驗的發(fā)射頻率。在實驗中，選取一井段的數據進行統(tǒng)計分析，并根據上一節(jié)中對聲波衰減規(guī)律的研究，由式(2-28)代入任意兩點坐標計算出衰減系數為0.0019844，同時，把數據點坐標代入式(2-23)，可得初始的0J值為0.22977，這樣，就可以把聲波的傳輸衰減表示下式所示：0.00198440.22977xJe(2-30)將統(tǒng)計的數據和上式繪制成圖，如圖2-7所示：


本文編號：3140850