一种精密测量超声波传输时间的方法

针对超声波传输时间精密测量的要求,提出了一种精密测量超声波传输时间的方法.该方法以高分辨率高精度A/D和高速FPGA作为硬件核心,保证了超声波回波信号采样数据的高分辨率和实时性.精密测量超声波传输时间的软件算法综合了整个超声波回波信号采样数据,利用细分插补算法精确计算超声波传输时间的终点时刻,保证了超声波传输时间测量的高精度.实验表明,该方法能够在不增加生产成本的前提下,达到ns级,乃至ps级的超声波传输时间精密测量.

钻杆中声波传输特性测试

在实验室进行钻杆声波传输特性测试试验。使用激振器和自制激励装置作为激发源、特制的钻杆短节为传输信道,研究声波在钻杆充气、充水、压沙袋3种状态下的传输特性;利用扫频信号激励钻杆,确定钻杆中声波的最佳传输频率点,得出钻杆中声波衰减的经验公式。结果表明:钻杆接箍和声波频率是造成声波衰减的主要因素;纵波是相对较好的信息传输载体;钻杆信道通带为非平滑的梳状滤波器结构。

分层媒质中声波传输规律的研究

利用声波在分层媒质中的传播理论，分析了平面声波在由不同固体、液体构成的多层媒质中声波的透射规律，计算得到透射系数公式，并进行了数值计算。结果为激光扫描声学显微镜的设计及实际应用提供了参考依据。

油管声波传输特性机理及应用分析

为验证声波在油管中的传播特性,获取实际井况中声波传输的频率点或频段等问题.设计了现场试验方案,并利用先导井实测数据开展油管声波传输特性应用研究,探索了以油管为信道实现无线井筒控制技术的可行性.采用800 m油管为研究对象,通过理想的油管频率方程,分析了波数k与频率f曲线,群速度频率曲线等之间的关系.先导井中以常规的2^(7/8)油管为声波信道,进行声波传播特性测试.在不同声波频率下,分析了声波在油管中传播存在的梳状滤波器特性和色散现象,并获得了800 m油管中声波传播的频率点和频率范围.所实测的声波传输数据,也可为理想模型修正提供有效依据.

钻杆声波传输对可调脉宽驱动的敏感性研究

设计了一种占空比可调的激振器驱动电路,并对短距离钻杆进行声波传输试验,研究占空比可调的脉冲驱动信号对单钻杆声波传输特性的影响。脉冲信号频率不同时,调节驱动信号的占空比从10%到90%变化,利用压电传感器接收传输信号。测试数据分析表明：所设计的电路可以输出占空比任意调节的驱动信号,且占空比在20%-30%时钻杆声波信号传输效果较好。

钻柱中声波传输系统样机的研制

声波传输是一种具有极大潜力的井下信息无线传输技术。在方案设计的基础上,研制出基于钻柱信道的由井下声波发射装置和地面声波接收换能器组成的声波传输系统样机。开展了样机试验井试验,检验了声波传输系统样机的性能,测试了钻柱的频谱特性。通过试验井试验数据对声波在钻柱中传播的衰减、噪声和多途干扰等进行了分析,得到了井下无线信息传输系统的可用信号频率、编码方法等,证明用声波在钻柱上进行数据传输是可行的。

短距离钻杆声波传输的频域分析

为研究声波在钻杆中的短距离传输特性,获取适合传输井下信息的声波频段,以特制的钻杆短节作为传输信道,以激振器作为激励源进行钻杆声波传输特性测试试验,并采集试验数据进行频谱分析。结果表明:在钻杆中传输的声波信号的频谱是从零频附近开始的基带信号,在接收到的声波信号的整个频带范围内,不同频段的幅值是不同的;改变激振器的激励频率,在2000~4000 Hz之间接收到的声波信号强度明显大于其他频段的信号强度。因此,在井下利用声波通信是可行且前景可期的。

短距离钻杆中声波传输仿真与实验

井下短距离声波通信技术是将近钻头传感器测量的井眼信息传输到随钻测量仪(MWD)的关键。为了探究声波载波信号在短距离钻杆中的传输特性,采用有限元法建立1.28 m长的钻杆模型,对钻杆施加频率为20 Hz,占空比为50%的激振载荷,模拟计算钻杆径向接收点响应和钻杆结构的特征频率,并分析声波在短距离钻杆中的传输特性。结果表明,当钻杆在初始条件下受到激振载荷作用时,钻杆接收点的声波信号整体具有一条呈指数形式衰减的包络曲线,其内部为幅值逐渐衰减的余弦周期信号,并最终稳定在新的平衡位置;当钻杆继续受载荷作用后,声波信号会在之前稳态的基础上继续衰减,最终逐渐衰减并稳定在初始状态,仿真结果及理论分析与实验结果吻合良好,为声波在多钻杆中传输的仿真提供基础模型。

深井声波传输特性仿真分析

在油井通信传输系统中,利用油管管壁作为通信的信道,将井下与地面之间进行有效可靠的通信,需要研究声波沿管壁的传输特性。首先根据传递矩阵法研究一维理想油管管壁的声波传输模型,进而深入研究周期性的油管管壁和非周期性的油管管壁声波传输模型,将3种组合形式的井道进行综合考虑,并进行有效的对比。编写Matlab程序,通过计算机仿真分析声波沿管壁的传输特性。结果表明:声波通过一维理想的信道之后,为不具有选择性的一条直线;声波通过周期性的信道,输出是通带和阻带交替出现的波形,为梳状结构,但是改变系统的某一参量,输出的波形会发生变化;声波通过非周期性的信道,输出的结果和周期性的一样,输出通带变窄的梳状结构。该研究为从事相关工作的研究人员提供了技术支持和参考。

单载波频域均衡技术在随钻声波传输中的应用

随钻声波传输信道频域特性为梳状窄带通道,为了克服这种信道衰落引起的码间串扰,本文应用单载波频域均衡(SC-FDE)技术进行处理。首先分析了SC-FDE抗码间干扰的原理,然后针对声波传输信道是多径传输信道的特性,应用SC-FDE技术进行码间串扰消除分析。最后应用matlab对本文的分析方法进行了仿真。结果表明,SC-FDE技术能有效地对抗多径传输带来的码间干扰,降低通信误码率。

随钻数据声波传输系统算法研究

油田井下随钻测斜数据的声波传输具有速率高等优点,具有广泛的应用前景。设计了基于LDPC和OFDM的声波传输系统,利用OFDM系统改善声波系统中码间干扰问题,仿真对比了LS、LMMSE、MMSE、SVD等算法,LS算法的误码性能较差,然而其复杂度较低,比较适合于井下数据的传输。为了增强系统的抗误码性能,提出了改进的LDPC译码算法,降低了系统的复杂度。

随钻声波传输的信道特性研究

为给随钻声波传输系统的设计和研发提供理论和试验依据,对声波在钻柱中传输的信道特性进行了研究。首先以声波在周期性结构的传输理论模型为基础,编制了计算机仿真程序,仿真分析了钻柱结构、钻柱长度及钻管长度对单位脉冲响应的影响;然后采用Φ88.9与Φ127.0mm钻杆,较系统地进行了声波传输试验,分析了钻柱长度、支撑方式、信号接收位置、钻柱曲率及钻柱尺寸对声波传输信道特性的影响。结果表明:钻柱信道呈梳状滤波特性;钻柱的信道特性不随支撑方式的改变发生较大变化;钻杆数量的增加导致时域波形衰减;钻柱的声波信道特性基本不受钻柱长度的影响,但单根钻杆的差异会引起通频带缩小;不同接收位置接收信号的通频带的位置及宽度完全一致,只是幅值不同;钻柱曲率不会对通频带的位置产生影响,但会对其宽度造成影响;钻柱尺寸基本不会对通频带结构产生影响。仿真分析结果与声波传输试验结果可为随钻声波传输系统的设计提供模拟及试验依据。

煤矿井下随钻测量数据声波传输系统

煤矿井下坑道钻探是防治瓦斯和水突出最直接、最有效的技术手段,常规回转钻进工艺因为工艺简单、成孔速度快和设备要求低等优点成为煤矿坑道钻探的主流施工方式,但其钻进过程中不能进行钻孔轨迹随钻测量,给煤矿安全开采留下了安全隐患。针对常规回转钻进过程中无法随钻测量钻孔轨迹的关键问题,进行随钻测量数据声波传输的研究,弥补现有随钻测量数据传输方式应用于常规回转钻进的不适应性。首先,通过建立钻杆柱中声波传输数学模型、借助仿真分析软件和搭建声波传输特性试验平台,得到声波在不同钻杆柱结构中传播时幅值衰减和波形变化规律,为数据传输速率的确定提供理论依据;其次,通过建立稀土超磁致伸缩换能器输出特性数学模型和优化激励线圈和预压力系统参数,研制钻孔内声波信号发送装置,为声波传输系统提供大功率高精度信号源;然后,针对接收信号的波形识别问题,通过对识别的信号提取多维特征向量,构建支持向量机分类器,提出SVM多维特征向量提取的波形识别方法,解决煤矿复杂工况条件下声波信号的智能识别问题;最后,通过搭建的随钻测量数据传输平台验证系统在传输距离289.5 m和传输速率10 bit/s条件下的运行效果,证明各模块理论模型、设计方法和整体系统的科学性和有效性。

短距离级联钻杆声波传输频域特性研究

使用有限元方法研究短距离级联钻杆中声波信号的传输特性。基于理想突变截面和螺纹结构连接的三维级联钻杆模型对声波传输的频域特性进行了研究。结果表明:理想管频谱分布相对稳定,而螺纹管频谱结构比较复杂,衰减程度更大。主要体现在随着钻杆数量和接箍数量的增加,螺纹结构的反射作用使得通频带结构发生变化,通频带内尖峰数差异明显,频率逐渐增大时,通频带内的尖峰数量呈减少趋势。

基于声波传输的射孔管柱校深系统

研究了基于声波传输的射孔管柱校深系统。射孔管柱校深系统通过对井下预先放置的放射源进行定位,实现射孔深度校正。利用井下压电换能器发射声波信号,以金属管柱为载体实现声波传输,最后在井上接收并识别该信号。室内实验表明,利用声波在金属管柱中实现井下数据向地面的实时传输,对提高井下射孔校深系统工作效率具有重要意义。

声波传输测试技术在油田的应用

随着我国油田建设规模的不断扩大以及科学技术的迅猛发展,越来越多的新兴技术应用在油田生产领域当中,并发挥极大作用,推动我国油田建设发展。声波传输测试技术是一种以声波为核心的检测技术,其利用声波能量小,作用快的特征,能够将岩石作为弹性体,根据弹性波的特点研究传播过程及规律,帮助工作人员快速掌握油井的实际状态,并以此为依据制定有效的开采策略,实现油田开采的简单高效性。

井下声波信号沿油管传输特性试验

针对试油测试中声波遥传技术的信号传输问题,研制了声波中继器试验样机,开展了声波沿管柱的传输特性试验研究。通过3口井的现场试验,探索了声波沿管柱的传输规律,结果表明,声波信号沿管柱的传输特性受井眼尺寸、油管长度以及套管内介质影响较大,声波信号强度随油管长度的增加呈指数衰减规律,本次试验条件下,最大传输距离为805 m;井内介质对声波信号的较优载波频率影响较大,当井内为空气时较优载波频段为10~10.5kHz,当井内充满水时较优载波频段为13~13.5 kHz。研究成果为声波遥传技术相关工具的开发提供数据支持,也为打破技术垄断,实现实时高效测试技术奠定基础。

井下高速传输技术应用现状及前景展望

随着钻井智能化程度的不断提高,井下与地面的信息传输已成为钻井工程领域的重要研究课题,在随钻测量与控制中占有十分重要的地位。通过信息传输系统可以实时监测随钻信息及地质参数,进而可以对井下的执行机构进行实时调控。在此介绍了声波传输技术、电磁传输技术和泥浆脉冲传输技术的技术特征以及在国内外所取得的最新的仪器成果,同时阐述了各传输技术的未来发展趋势。

单模光纤中声波传输的衰减及其对光纤声光滤波器工作特性的影响

研究了声波在光纤中的衰减对光纤声光滤波器性能的影响 ,提出了通过测量不同长度光纤的声光模式转换效率测量声波在光纤中传输衰减的新方法 ,指出声波的衰减造成声光耦合效率降低并使声光滤波器的带宽展宽和消光比变差 。

基于钻柱声波信道的随钻数据V-OFDM传输方法研究

随钻数据声波传输系统利用声波沿钻柱信道传播,实现井下和地面信息准确高效的实时通信。钻柱信道由钻杆和接箍周期性构成,通过理论分析和建模仿真,得到通阻带交替存在的梳状频谱特性,并采用FIR滤波器逼近,建立信道仿真平台。矢量正交频分复用技术(V-OFDM)可以将多径衰落信道分解为多个矢量子信道,通过加入适量的循环前缀,在消除符号间干扰(ISI)的同时,利用分集增益,可以减小由于信道频谱零点造成的误码,增加系统的鲁棒性。仿真和实测结果表明,该方法在满足低误码率的同时,能降低数据冗余,提高传输效率。