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《吉林大学》 2011年
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泥浆脉冲器脉冲发生机理研究

杨谦  
【摘要】:本文分析了泥浆脉冲发生器脉冲信号产生的机理,依据非定常流动原理,非牛顿流体力学理论,瞬变流理论,对泥浆脉冲信号的产生和传输过程进行了理论研究及数值模拟,取得了一定的研究进展。 首先介绍了井下信息传输方式的研究现状,通过介绍各种传输方式的特点及各自优缺点,指出连续波泥浆脉冲传输方式是主要的研究方向。 依据非定常流动原理,提出了连续波泥浆脉冲信号粘频速度及在理想状态下的传输速度计算公式,研究结果表明:钻井液脉冲传输速度与钻井液的类型、钻井液流体的固相含量、钻井液流体的含气率、钻井液脉冲信号的传输频率以及流体的水力平均摩擦系数等因素有关。钻井液固相含量和含气率对钻井液脉冲信号粘频速度及钻井液脉冲信号在理想状态下的传输速度的影响规律基本相似,钻井液脉冲信号粘频速度及钻井液脉冲信号在理想状态下的传输速度伴随着钻井液压缩性的增大以及钻井液密度的提高,具有下降的趋势。水力摩擦系数越大,钻井液脉冲信号传输速度呈下降趋势。在脉冲频率较高的频率段,钻井液脉冲信号的传输速度比较高,传输过程中的状况也比较平稳,对于连续波泥浆脉冲发生器,在工作状况都能满足的条件下,尽量选择高频脉冲信号。 分析了连续波脉冲信号的产生机理,根据流体动力学以及非牛顿流体力学等理论,应用瞬变流理论建立了传输特性的计算模型,得出了脉冲信号传输的基本方程,给出了初始条件和边界条件。用特征线法和有限差分法对方程进行了求解,其中摩擦项的处理采用有限差分方法进行处理。编写了基于特征线法分析脉冲传输的Matlab程序。研究表明:脉冲信号自井底向上传输的过程中,幅值减小,脉冲信号有衰减,并且有时间上的延迟。同时考虑到系统阶跃响应的影响,编码的影响,钻头和泵的离散反射,与容积式泵对比的离心泵的影响,差分检测和井下测试的研究,并且基于电模拟的简单方法与特征方法进行对比,验证了特征方法的正确性。 研究了泥浆脉冲器系统的阶跃响应、脉冲发生器在1b/s时“11001”编码传输、查分检测的实验数据,验证了实验结果和模拟结果有较好的一致性。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN782

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