周期性管柱信道的声波通信技术研究综述

发布时间：2021-12-11 00:20

　　井下声波通信技术利用周期性管柱信道实时传输声波数据,相比于其他通信方式,具有适应性好、复杂度低、传输效率高等优点,在随钻地质导向、油水井监测等方面有广阔的应用前景,是发展智能油田的关键技术之一。该文主要综述20世纪90年代以来关于周期性管柱信道物理模型、信道容量、声信号调制与接收方法等关键问题的研究历程和主要结论,并对通信系统的设计要点与国内外相关产品的现场应用进行梳理,为后续的技术改进提供依据。 

【文章来源】：应用声学. 2020,39(05)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

简化的管柱模型与声波多径传播

其中，k为复波数，ω为角频率，d1,2、c1,2、z1,2分别为管段和接箍的长度、声速和特性阻抗，公式(1)揭示了管柱信道的频散特性。如图2所示，群速度在频域上呈带隙结构，通阻带的位置与周期单元的材料、尺寸有关，其物理机理类似于声子晶体中的布拉格散射；通频带内存在频散现象，且随着频率增大而愈发显著，这将使脉冲波传播的时域波形产生畸变。进一步研究阻抗特性，将特征向量的系数代入公式z(x,ω)=Fs/vs，显然波阻抗是个复数，且在空间上呈周期对称分布；通过对相位的分析发现每根管段上的两个物理位置的阻抗总为实数，上述结论可以指导管柱与通信设备(中继器、接收机等)的阻抗匹配，减少注入损失[9]。

(3)通带内的“尖峰”是由声波干涉形成的驻波所引起的，数量与管段周期数成正比。为了保证计算速度，时域的数值方法通常是对低阶的单模式波进行仿真，为了进一步模拟非周期结构中多种模式波“耦合”振动的声传输行为，一些研究者提出用传递矩阵的方法[17-21]。文献[17–20]将单个管段用2×2传递矩阵进行描述，与有限差分方法的仿真结果大致相同。Han等[21]在3种模式波的非耦合传递矩阵基础上，利用厚圆柱壳模型建立了考虑耦合效应的振动传递矩阵，与实验结果符合良好，和ANSYS仿真相比能较大程度简化振动分析和建模过程，计算效率更高。

【参考文献】：
期刊论文
[1]随钻测井钻柱声波的频谱特性[J]. 车小花,乔文孝,李俊,鞠晓东,王春艳.  中国石油大学学报(自然科学版). 2008(06)
[2]随钻声波遥测及其关键问题分析[J]. 李志刚,管志川,王以法.  石油矿场机械. 2008(09)
[3]随钻测井数据传输技术应用现状及展望[J]. 刘新平,房军,金有海.  测井技术. 2008(03)
[4]信道阻尼边界对井下钻杆声传输的影响[J]. 李成,丁天怀.  振动与冲击. 2006(06)
[5]不连续边界因素对周期管结构声传输特性的影响[J]. 李成,丁天怀.  振动与冲击. 2006(03)
[6]随钻测井技术进展和发展趋势[J]. 张辛耘,王敬农,郭彦军.  测井技术. 2006(01)
[7]智能油田和智能钻采技术的应用与发展[J]. 石崇东,李琪,张绍槐.  石油钻采工艺. 2005(03)



本文编号：3533665