水平井钻柱中传输井下信息声波频率的选择

水平井水平段钻进的钻柱具有独特性,且钻进时传输的井下信息量大,传输速度要求高,因此探索在水平井内利用声波来传输井下信息非常必要。利用有限差分法对加重钻杆及普通钻杆内声波传播的频谱结构进行了计算分析,对φ127.0 mm加重钻杆及普通钻杆、φ139.7 mm加重钻杆及普通钻杆中声波传播的频谱结构差异进行对比,探讨了材料差异对声波频谱的影响。研究结果表明,相同材料加重钻杆的频谱结构与普通钻杆相比,阻带宽度产生变化,通带中心位置基本不变;2种结构通带的交集随着频率的降低而增大;通带顶端毛刺的波度幅值变大、数量变少。φ127.0 mm加重钻杆与φ139.7 mm加重钻杆的频谱结构基本无差异。加重钻杆材料差异导致频谱结构变化较大,实际选频中不可忽略此差异。水平井钻柱中传输井下信息声载波的频率应该全面考虑上述因素,选择在频谱结构中通带的交集范围之内。     

正弦声信号在钻柱中传播的有限差分法模拟

将钻柱简化为理想周期性管结构,利用有限差分方法,对不同频率的正弦声信号在周期性管结构中传输过程中,存在透射系数及衰减系数差异较大的现象进行数值模拟与分析,得到不同频率的正弦声信号穿过周期性管结构后信号的时域及频域分布。分别对400 Hz和500 Hz的正弦声信号在周期性管结构中传输进行了模拟。模拟结果表明：处于带通频率的正弦声信号在周期性管结构中传播波形失真小,频谱变化小,传播性能良好;带阻频率的正弦声信号在周期性管结构中传播波形失真严重,频谱变化很大,几乎不能通过。模拟结果与同类研究成果有较好的一致性。验证该模型和所采用的数值方法的有效性,为钻柱中声信号传输的数值模拟及与其类似的实际问题的数值模拟提供参考。