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油气井随钻声波遥测系统的结构设计

段志锋  
【摘要】:随钻声波遥测是在钻井作业过程中,利用声波作为载波将井下信息传输至地面的无线传输技术,亦可以将地面信号传送到井下,从而实现地面与井下的双向通信。随钻声波遥测是一种较新的无线传输技术,其优点是成本低、体积小、传输速度快、数据量相对较大、不受地层特性影响等;其缺点是声波传输方式不仅与钻杆自身的周期性管结构有关,更对信道阻尼非常敏感,声波沿钻柱传播时,信号会发生严重衰减,在钻进时易受到周围噪音环境的干扰。 为了实现油气井井下声波遥测,提出以纵波为信息传输载体,研究声波在钻杆这一信息传输通道中的传输规律,探讨了通阻带交替、通带非平滑伴有谐振尖峰的梳状滤波器结构及产生机理,分析了端面、管箍截面积、杆长等对通阻带分布的影响,以及泥浆介质、径向辐射、粘弹性地层的阻尼影响,从而优选出载波频率、脉冲形式及数目。在分析适用于井下声波信号传输的声波换能器参数要求的基础上,研究了换能器的结构及声匹配和电路匹配,并对声换能器在钻杆信道的位置进行了设计。机械结构设计是随钻声波遥测系统实现其测量功能的前提和基础,其机械部分是声波随钻遥测系统的壳体构架,为换能器、传感器及电路提供包容空间,因此,其结构及强度设计是否合理关系到遥测系统的安全和测量稳定性。井下发射短节作为整个钻柱的组成部分,必须在高温高压的环境中保持足够的强度和抗腐蚀性,同时还必须保证仪器舱的密封性。在本文中比较系统的对声波遥测系统的发射部分和接收部分进行机械结构的设计,设计出几种适合于钻井作业中工作的声波遥测系统,优选出最佳方案并对其进行强度校核计算。


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