旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的核心是導(dǎo)向鉆井工具,其中近鉆頭傳感器測量的井眼信息傳輸?shù)诫S鉆測量儀（LWD）,進(jìn)而上傳到地面監(jiān)控平臺(tái)。傳輸過程中由于電子倉與LWD之間存在伺服平臺(tái)相對(duì)旋轉(zhuǎn)振動(dòng)、套管和井壁的碰撞等干擾,無法用線纜直接相連。而井下聲波傳輸利用沿鉆桿傳輸?shù)膹椥圆ㄗ鳛檩d波,進(jìn)行井下信息無線傳輸,具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),可為井下無線信息傳輸研究提供新的方向。本文嘗試從理論推導(dǎo)、仿真模擬計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)角度對(duì)載荷下短距離鉆桿中聲波傳輸特性進(jìn)行分析,為級(jí)聯(lián)鉆桿聲波傳輸特性的研究提供基礎(chǔ)模型。理論推導(dǎo)主要介紹聲波波動(dòng)特性、聲波在固體中傳輸?shù)睦碚?同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室中聲波傳輸試驗(yàn)平臺(tái),分析試驗(yàn)平臺(tái)中載荷的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、鉆桿結(jié)構(gòu)阻尼以及聲波在短距離鉆桿中的傳輸特性。仿真模擬計(jì)算主要通過多物理場耦合分析軟件,根據(jù)短距離鉆桿實(shí)際參數(shù),建立鉆桿聲波傳輸模型,模擬計(jì)算鉆桿中傳輸?shù)穆暡ㄝd波信號(hào),分析聲波載波仿真信號(hào)在鉆桿中的傳輸特性。試驗(yàn)驗(yàn)證主要利用聲波傳輸試驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行聲波在短距離鉆桿中傳輸試驗(yàn),測量鉆桿接收端的聲波信號(hào),分析聲波在短距離鉆桿中的傳輸特性。通過對(duì)理論推導(dǎo)的結(jié)論、仿真模擬和試驗(yàn)測量的結(jié)果進(jìn)... 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文14220dxdxMCKxtdt(2-1)式中：x為質(zhì)點(diǎn)位移；M為質(zhì)量矩陣；C為阻尼矩陣；K為剛度矩陣。對(duì)式(2-1)求解，可得位移與時(shí)間關(guān)系為：000()cos()txtxet(2-2)由式(2-2)可看出，聲波在鉆桿中的衰減振動(dòng)為一條呈指數(shù)形式衰減的曲線，其內(nèi)部包絡(luò)曲線呈現(xiàn)出余弦曲線衰減的形式。2.2聲波在固體中傳輸2.2.1聲波在固體中傳輸理論模型當(dāng)固體受外部作用力作用時(shí)，它會(huì)在體內(nèi)產(chǎn)生形變，稱為應(yīng)變。由于固體的彈性性質(zhì)，物體各部分之間就會(huì)存在相互作用的力，并且該力是通過物體的界面發(fā)揮作用的，具有表面力的性質(zhì)，通常以物理量應(yīng)力來表示。選取固體中一個(gè)微元dv，如圖2-1所示，當(dāng)固體受到相鄰部分力的作用時(shí)，微元也會(huì)發(fā)生形變，運(yùn)用廣義胡克定律，分析固體介質(zhì)中應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系，可得各向同性且均勻的固體中三維彈性波方程[77]。圖2-1固體中聲波傳輸微元分析在對(duì)固體受力分析時(shí)，對(duì)固體模型進(jìn)行精簡，在直角坐標(biāo)系中建立固體的彈性波方程[78]，如式(2-3)所示：222222222()()()xxyyzzuutxuutyuutz(2-3)

第三章基于有限元法的短距離鉆桿聲波傳輸試驗(yàn)與仿真25求解器求解類型主要有：穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、特征值、頻域、參數(shù)等求解類型。穩(wěn)態(tài)求解適用于求解問題與時(shí)間無關(guān)參數(shù)化掃描；瞬態(tài)求解適用于求解問題與時(shí)間有關(guān)；頻域求解本質(zhì)上也是穩(wěn)態(tài)求解，將時(shí)域的問題轉(zhuǎn)化到頻域。特征值求解適用于特征值問題，求解本征頻率；本文中主要研究聲波在鉆桿中傳輸?shù)臅r(shí)域響應(yīng)，因此本文選擇瞬態(tài)求解器和特征頻率求解器進(jìn)行研究。3.3載荷作用下鉆桿中聲波傳輸模型3.3.1短距離鉆桿聲波傳輸試驗(yàn)裝置聲波傳輸試驗(yàn)裝置模擬MWD與電子倉之間的聲波信號(hào)傳輸，由短距離鉆桿、聲波產(chǎn)生和接收三部分組成，試驗(yàn)裝置實(shí)物如圖3-3所示。聲波傳輸試驗(yàn)中，將油管放置在支架上并固定好，試驗(yàn)裝置參數(shù)如表3-1所示，最后要仔細(xì)梳理檢查信號(hào)發(fā)生器、激振器、傳感器、適調(diào)器、和示波器的接線。圖3-3試驗(yàn)裝置實(shí)物表3-1短距離鉆桿試驗(yàn)裝置參數(shù)油管規(guī)格油管長度/mm油管外徑/mm油管內(nèi)徑/mm油管壁厚/mmJ55鋼128014012010聲波產(chǎn)生部分由型號(hào)為YE1311的掃頻信號(hào)發(fā)生器，利用其產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需的典型信號(hào)驅(qū)動(dòng)JZK-2型電動(dòng)式激振器，激勵(lì)鉆桿產(chǎn)生模擬聲波在鉆桿中傳輸時(shí)的機(jī)械振動(dòng)，進(jìn)而傳遞信號(hào)。掃頻信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生高質(zhì)量的正弦信號(hào)、方波、三角波及白噪聲等多種波形，可輸出頻率范圍在2~2kHz，信號(hào)輸出為1Vrms±0.5dB(20Hz~20kHz)，功率輸出為30W(4負(fù)載)(20Hz~20kHz)，大多應(yīng)用于聲學(xué)、振動(dòng)等領(lǐng)域作為信號(hào)源，本文中主要采用方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)。電動(dòng)式激振器為可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)變換器，其額定出力正弦或隨機(jī)信號(hào)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3000926