鉆井液連續(xù)脈沖信號產(chǎn)生及井筒內(nèi)傳輸規(guī)律研究.pdf

1、井筒內(nèi)的信息傳輸是實現(xiàn)井眼軌道閉環(huán)自動控制的關(guān)鍵技術(shù)。目前，對鉆井液連續(xù)脈沖信號的產(chǎn)生及傳輸過程研究的遲滯，嚴重制約了MWD系統(tǒng)的研制和發(fā)展。連續(xù)脈沖信號的產(chǎn)生是信號傳輸?shù)某跏紬l件，信號的傳輸過程則是流體流動過程、信號在系統(tǒng)中的傳輸過程以及壓力波在傳輸介質(zhì)中的傳播過程的有機組合。這三個過程對連續(xù)脈沖信號的傳輸質(zhì)量和精度都起著重要的作用，因此開展連續(xù)脈沖信號的產(chǎn)生及傳輸規(guī)律的研究是十分必要和迫切的。 本文首先分析了連續(xù)脈沖信號的產(chǎn)

2、生機理并建立了計算模型，根據(jù)模型進行了影響因素分析，提出了優(yōu)化信號發(fā)生器設(shè)計的建議。其次，利用分散介質(zhì)理論、信號與系統(tǒng)理論以及壓力波動理論分別建立了連續(xù)脈沖信號傳輸過程中的流體流動動態(tài)模型、信號系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)臅r域特性與頻域特性模型以及脈沖壓力波傳播的壓力脈動模型，對模型作了實例驗證，并進性了數(shù)值模擬研究。研究結(jié)果表明，脈沖信號傳輸時間隨傳輸距離的增加而增加，信號振幅則隨傳輸距離的增加而減小，且減小的程度逐漸降低。脈沖信號的諧振頻率與鉆井液

3、流體特性相關(guān)，在頻域內(nèi)間斷分布。脈沖信號諧振頻率點處的振幅隨著頻率的增加而增加，非諧振頻率點處的振幅則隨頻率的增加而減??；當(dāng)信號頻率達到穩(wěn)定傳輸頻率后，脈沖振幅不再發(fā)生劇烈變化。鉆井液流體體積含氣率是影響信號傳輸?shù)闹匾獏?shù)之一，含氣率越大，脈沖信號的傳輸時間越長，信號衰減越嚴重，信號響應(yīng)程度越小且響應(yīng)的滯后效應(yīng)表現(xiàn)得越明顯。 連續(xù)脈沖信號的傳輸速度及衰減特性與傳輸系統(tǒng)的粘性頻率特性密切相關(guān)。本文依據(jù)流體動力學(xué)以及非牛頓流體力學(xué)等

4、理論建立了傳輸速度和頻率相關(guān)衰減的計算模型，通過數(shù)值模擬計算進行影響因素分析。研究結(jié)果表明，信號頻率越大，脈沖信號的傳輸速度越大，而脈沖信號的衰減也越大。鉆井液流體粘度對信號的傳輸速度和衰減特性的影響比流性指數(shù)、稠度系數(shù)等參數(shù)更為重要。鉆井液流體粘度越大，信號的衰減程度越大，而信號的傳輸速度及穩(wěn)定傳輸頻域范圍則越小。這些規(guī)律的得出為提高信號傳輸速度以及減少信號衰減的技術(shù)發(fā)展提供了理論依據(jù)。 工程實際表明，連續(xù)脈沖在傳輸過程中會出