信道阻尼边界对井下钻杆声传输的影响

为改善低频声波沿钻杆管肇的传输性能，分析了影响声遥测的阻尼机制。考虑钻杆内外沿轴向流动的钻井液的阻尼影响，引入流体的粘性阻尼力，建立了一维纵波波动方程。基于圆柱源辐射理论，研究纵波的径向耦合损耗，并将地层等效为Kelvin粘弹性介质，应用有限单元法求解时域波动方程，讨论了钻井液粘性阻尼和粘弹性地层边界对行波传播特性的影响。理论分析表明，径向辐射和由此产生的波型耦合是声阻尼损耗的主要形式，地层粘弹性系数的变化列低频特性影响很大，但并不改变信道通阻带交替的梳状滤波器频谱。     

钻柱声传输信号多载波调制激励分析

在随钻声遥测技术中,周期性钻柱结构产生的多重回波极易造成严重的码间干扰和较高误码率,为此,根据钻柱信道的多径传输特性,基于短钻杆条件下多载波传输的实验分析,建立了多节钻杆与管箍的周期性信道有限差分模型。考虑地面噪声和信道内多径回波干扰,利用最小均方自适应均衡,基于“4钻杆—3管箍”信道结构进行了多载波调制性能仿真分析。仿真结果表明,与单载波PSK（Phase-Shift-Keying）调制相比,OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）多载波调制可使误码率平均降低约50%;在非周期性结构下其传输性能受信道变化敏感,但相同条件下仍优于PSK调制,且通过子载波相位补偿可有效改善误码率、提高传输性能。     

钻柱信道内隔声体结构建模与仿真分析

在随钻声传输技术中自钻柱底部上行的井下噪声及回波干扰严重降低声信号接收性能。基于低频纵波在声阻抗突变处及周期性管结构信道内的传输特性,设计具有周期性凹槽的隔声体结构。结合信道内噪声特征及隔声阻带中心频率,比较分析单结构隔声体短节与组合结构隔声体频响特性及隔声量,并将隔声体引入钻柱信道,用钻柱内一维低频纵波传输有限差分算法,时、频域仿真分析隔声体在信道内的隔声性能。结果表明,组合隔声结构可实现较宽的隔声频带,使噪声水平降低20~40 dB,从而改善信噪比、提高传输速率,为钻柱声遥测系统优化设计提供方法基础。     

声波沿钻柱最优传输特性的研究

为了利用钻柱作为声波信道实现地面与井下之间的信息传输,需要研究声波沿钻柱最优传输特性。建立用于井下信息声传输特性研究的非周期性钻柱组合模型,利用等效透声膜法,对8根不同长度的钻杆组合和不同截面积的钻杆组合的声传播特性进行了研究分析。结果表明,对于不同长度钻具组合,先增后减的钻具组合和先减后增的钻具组合的声传播特性优于其他钻具组合构建的声波钻柱模型;对于不同截面积钻具组合,先减后增的钻具组合的声传播特性优于其他钻具组合构建的声波钻柱模型。信道的建模与计算机仿真研究最优声波沿钻柱传输特性,可为声波信号更好传输研究提供有力的技术支持与测试平台。     

非周期型理想钻柱系统声传播特性研究

基于一维声传播理论推导出了非周期型理想钻柱系统的频散方程和透射波声衰减方程,数值计算了非周期型钻柱系统几何参量与其频散特性、声衰减特性之间的关系,并利用有限元ANSYS对非周期型理想钻柱系统的声传播特性的结果进行了验证。研究结果表明：非周期型理想钻柱系统的频散特性与多个周期性结构系统频散特性相“与”的结果一致,具有通带较窄而阻带较宽,且频率在阻带范围内的声波沿钻柱传播时声衰减较大的特性。     

周期复合板的带隙特性和辐射噪声衰减特性分析

对周期复合板的带隙特性和辐射噪声衰减特性进行了研究。运用传递矩阵法建立了周期复合板的运动方程,对于有限周期复合板,将复合板细化为小单元,利用各个单元之间的辐射阻抗,建立了周期复合板的辐射声功率预报模型。数值计算表明,周期复合板辐射噪声存在衰减阻带,在阻带频率范围内的辐射噪声被极大的抑制。研究了复合结构宽度和材料对阻带衰减特性的影响。     

尺寸差异钻杆组成的钻柱中声传播特性测试

随钻实测信息声波传输技术是井下信息无线传输技术领域的一个重要研究方向。作为信息传输通道的钻柱是由尺寸存在差异的钻杆相连接构成,钻杆的尺寸差异对钻柱中声的传播是否存在影响是声载波选取及检测必须要了解的问题之一。建立了用于测试钻柱中声波传播特性的试验装置,对不同类型钻杆组成的钻柱中声波的传播特性进行了测试;利用基于声透层理论建立的钻柱中声传播特性研究模型对测试结果进行了理论分析。研究结果表明：组成钻柱的钻杆存在尺寸差异时,钻柱中声波传播特性有所改变,表现在通带的个数减少,有些通带消失,且通带的宽度变窄;尺寸存在差异的钻杆组成的钻柱中声衰减比周期性钻杆要大;低频通带声波受钻杆尺寸差异影响相对较小;存在着个别的排列方式,可以减小钻杆尺寸差异的影响。基于声透层理论的钻柱中声传播特性研究模型在计算前4个通带时较为准确。     

周期性管结构信道的声传输方法分析

摘 要：构建了钻柱内一维低频纵波传输的有限差分模型,时域和频域仿真分析了换能器位置和载波信号对周期性管结构信道内声传输信号的影响规律,设计了时延脉冲OOK信号调制方法。采用窄脉冲调制信号激励方式,沿管轴方向对有限长模拟钻柱施加纵向激励,进行了测试信号的声传输实验。结果表明,在1W激振功率、77bit/s传输速率和长6.44m模拟钻柱信道的传输条件下,该方法可实现实验室内测试信号的低频声波传输与信号检测,为井下参数的钻柱声遥测系统设计提供理论与试验基础。     

周期结构空腹梁的动态特性研究

设计了一种内部周期性挖空的梁，它在中高频具有良好的带通和带阻特性，带阻频率范围内的弹性波不能传播。空腹梁由周期单元串联而成，把周期单元分解成薄梁和刚性联接杆等子结构，推导了Timoshenko梁纵向、弯曲振动导纳，给出了刚性联接杆振动导纳，利用传递矩阵法计算得到了周期结构空腹梁的力传递率和带隙位置。数值模拟计算表明，当激励频率在周期结构的阻带之内时，周期结构空腹梁上的位移响应和传递到基础的力响应将大大衰减。     

二维复合结构声子晶体的振动特性与实验研究

声子晶体可以获得低频带隙,抑制特定频率振动的传播。建立二维复合结构声子晶体的有限元模型,分析其传输特性,以得到各组元参数对带隙的起止频率及带宽的影响。分析声子晶体的各种材料参数、结构参数、周期数、排列方式等对带隙的影响。利用铝板、硅胶、钢片材料制作复合结构声子晶体样件,进行传输特性实验,得到的频率响应曲线与有限元仿真结果吻合很好。进而为声子晶体在中低频减振中的具体应用提供依据。     

新型钻杆的携岩原理研究与数值仿真分析

随着川渝地区的钻井深度不断增大,管柱在下入过程中易受到井内岩屑的影响,进而出现卡钻现象,甚至发生钻具断裂等重大事故。为了提高川渝地区页岩气水平井内的岩屑运移能力,设计了2种新型钻杆——悬浮式铝合金钻杆和新型脉冲射流钻杆,并与普通钻杆进行对比分析。首先,对3种钻杆的结构与携岩原理进行理论分析。然后,在ANSYS软件中建立3种钻杆的携岩仿真模型,通过采用不同的网格划分方法来验证各仿真模型的网格无关性与收敛性,并利用搭建的室内岩屑运移装置验证了仿真模型的准确性。最后,在岩屑粒径、钻井液入口排量和井斜角等因素改变的情况下,对3种钻杆的携岩能力进行了仿真分析。结果表明,悬浮式铝合金钻杆和新型脉冲射流钻杆的携岩能力相比普通钻杆有所提高。研究结果对提高水平井内的岩屑运移速度、改善井眼清洁度和减少岩屑床生成具有重要意义。     

变截面管道内流噪声预报与实验测量

应用大涡模拟(LES)时域CFD方法计算变截面管道内的气流噪声,对于突缩和突扩管道,CFD计算结果和实验测量结果吻合较好,进而研究了不同的过渡形式对变截面管道内部流噪声的影响,为变截面管道的低噪声设计提供依据。     

考虑流固耦合的典型管段结构振动特性分析

研究了两种最常见的流体管段结构模型与计算。对于直管,利用拉氏变换把时域方程变换到频域,对频域方程进行推导求解,得到了直管的频域解析解;对于弯管,直接对方程模型进行整体求解,同样求得了其频域解析解。然后以Davidson单弯管模型为例,说明典型管段结构组合的管道系统的求解方法,并验证直管以及弯管模型和求解方法的正确性。最后,通过改变弯管的弯曲半径以及角度来对管道的流固耦合振动特性的影响因素进行分析。结果表明,弯曲角度以及弯曲半径越小,频谱曲线密集程度越低,耦合振动越弱,反之越强。     

钻杆重金属污染致裂分析

试验分析了一批失效钻杆的化学成分、力学性能、金相和断口。结果表明,失效钻杆的裂纹均为沿晶裂纹,在裂纹扩展的晶界处发现含有较高的铅、锡、锑低熔点元素的白色块状物。对钻杆生产过程中的每道工序进行排查和分析后发现:在钻杆管经磁粉探伤工序时,由于磁化电流过大或接触不良而起弧造成了局部高温,使得磁化低熔点Pb-Sn-Sb电极熔化后附着在钢管上,在经过钻杆的后续摩擦焊和内涂层加热保温后,铅、锡、锑沿晶界扩散渗透到钢管基体内部,在外力作用下形成裂纹源。     

Failure analysis of IEU drill pipe wash out

Many 127.0×9.19 mm IEU G105 drill pipe failures of wash out occurred after 2367 h of pure drilling time and 8726 m of penetration footage. This paper gives a detailed investigation on these failures and a systematic analysis is carried out on service and loading conditions of the drill pipes. Measurement and inspection were performed on configuration dimensions, chemical composition, mechanical performance, metallography, macro-fractography, micro-fractography, and corrosion products. Configuration stresses at the crack positions of the drill pipe were calculated by FEA. Crack extending velocity of the drill pipe material under corrosion medium was also measured. It is thought from test and analysis results that the drill pipe wash out or fracture accidents were premature corrosion fatigue failure accident. The failure courses were as the following: corrosion pits occurred first on the internal surface at the stress concentrating area of the drill pipe, and then fatigue cracks initiated in pit bottoms, and washed out or fractured subsequently as cracks penetrated through the wall thickness of the drill pipe. The reasons of drill pipe wash out were related to configuration, material quality, and load condition of the drill pipe string.     

42MnM07地质钻杆断裂原因分析

通过化学成分分析、断口分析、金相检验和扫描电镜观察等方法,对42MnMo7铜地质钻杆的断裂原因进行了分析。结果表明：钻杆在交变力作用下,在螺纹根部的应力集中处产生裂纹．此裂纹在过载力和钻杆基体存在带状脆性马氏体的情况下进一步扩展,最终导致钻杆发生断裂。最后对此提出了相应的措施及建议。     

G105钻杆腐蚀失效分析

采用金相分析并结合X射线衍射、扫描电镜和电子探针能谱分析等方法，分析了某油田G105钻杆的腐蚀失效原因。结果表明，因腐蚀产物脱落造成井下堵水眼事故，而钻杆停钻后因未及时清理泥浆而造成钻杆内表面附着泥浆，含有氯离子的泥浆加速了其对钻杆的氧腐蚀。就停钻腐蚀问题提出了预防措施。     

Practical algorithm for reducing convex spike noises on a spectrum

Quantitative data analysis and high-sensitivity measurements by use of Raman and infrared spectroscopy often suffer from noisy spikes such as those due to cosmic rays and water vapor. Since these spikes are unidirectional and isolated, the conventional smoothing techniques do a poor job of removing them. However, a small modification can improve these smoothing techniques significantly. In this paper, we present a simple denoising technique for a single-scan spectrum that is corrupted by convex spikes. In general, the noisy spikes arising from cosmic rays or water vapor have a much narrower bandwidth compared with target "informative" bands in Raman and infrared spectra. This means that these noisy spikes can be separated from the target bands by means of the difference in the bandwidths. The proposed method employs the moving window averaging procedure to distinguish and separate the convex spike. The proposed algorithm allows us to take away the convex spikes from measured spectra without preparing multiply recorded spectra and (much) biasing the measured spectrum.