井下声波双向无线传输中继系统研究

发布时间：2021-08-29 11:52

　　近年来,井下声波无线传输技术因其便捷、高效、低成本等优势,在随钻、试井、储层动态监测等领域的应用受到了越来越多研究人员关注。然而,声波信号在钻杆、油管等各类管柱接箍处的衰减较大,导致传输距离受限,严重限制了其推广。针对这一问题,论文重点研究了基于双向无线中继的井下声波传输系统设计。本文首先介绍了井下声波无线传输的基本原理,分析了声波沿钻杆传输的频率特性和衰减特性,研究了声波沿钻杆传播过程中的噪声的形成机理。此外,针对井下声波无线中继传输,建立了基于放大转发的中继双向传输模型,研究了声波无线中继分时双向传输方法。设计了相应的仿真模型,并采用FSK调制验证分析了声波沿钻杆传输模型以及基于分时传输的双向中继模型。在此基础上,根据解码转发中继系统原理,设计了对中继系统捕获到的声波信号进行采集、放大、解调和转发的处理流程。并以dsPIC33EV高温数字信号控制器为中继系统主控芯片,优化设计了相应的发射电路、接收电路、数据采集电路、电荷放大以及调制解调电路等中继系统模块。最后,搭建了模拟实验平台,开展了井下声波无线中继传输系统的模拟实验与分析。实验结果表明,本文设计的中继传输系统硬件电路工作稳定,... 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

周期性钻柱结构图

第二章井下声波无线传输系统模型与仿真分析7由(2-6)可以得出，在质量坐标下，又可以将上面(2-2)和(2-3)重新转换为下面的两个关系式：2(2-7)(2-8)其中：(2-9)再次将(2-7)和(2-8)联立可以得出：222(2-10)22222(2-11)截止到此为止，在质量坐标系中的经典波动方程就是最后一个公式。从此(2-11)的计算过程中可以知道，声波为什么会衰减。它的频率、阻带和带宽就是影响声波衰减的几个因素。2.2声波沿钻杆传输影响因素分析2.2.1声波沿钻杆频率特性通过对近代声波测井波动声学理论的研究，了解了声波发射的激励频率会造成声波沿钻杆传播的速度和幅值都会发生相应的变化。如下图2-2所示理想钻柱模型。每个钻柱模型都由钻杆和接箍两部分组成，两种结构的特征参数都是固定的，且用=1，2。每个元件的长度用表示，质量用表示。且有：(2-12)图2-2理想的钻柱声波传输模型下面，在零初始状态条件下对质量坐标下的经典波动方程做FFT变化：d2d2+20(2-13)

西安石油大学硕士学位论文12置结构之间相互作用的噪声、套管和钻柱系统之间摩擦后的噪声以及设计好的井下系统之间的各类传感器、电路板上的电磁噪声等等。这些噪声都会混入有用信号中去，淹没原本有用的信号。在matlab中向声波信号叠加高斯白噪声，该波形即声波传输过程中理论上的波形。波形图如图2-4所示：图2-4声波在钻杆中传播的噪声与干扰综上所述，井下声波的传输面临着各种各样的噪声，这些噪声给我们对井下有用信号的提取造成了很大困难。这就要求我们在井下声波传输的过程中，研制出一级一级的中继器，这些中继器承担着将有用信号接收、再放大的作用。2.3COMSOL仿真模拟声波传输在COMSOL中模拟仿真声波在钻柱中传播，本文在COMSOL建立模型。基本模型为一发一收，具体二维模型如图2-5所示：图2-5声波在钻杆中传播仿真二维模型COMSOL中对声波发射换能器施加不同频率的激励信号，得到声波接收换能器

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本文编号：3370603