隨著石油工業(yè)以及無線傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的人開始研究無線傳輸技術(shù)在油氣井領(lǐng)域的應(yīng)用。其中對于井下信息的獲取是研究的重要問題,通過對井下信息的獲取和分析,可以用來評價(jià)地層的特性,對于油氣的勘探和開發(fā)有重要的意義。利用傳統(tǒng)的有線傳輸方式獲取井下信息,有很多亟待解決的缺陷,無線傳輸?shù)姆绞娇梢院芎玫貜浹a(bǔ)這些缺陷,其中,用聲波無線傳輸實(shí)現(xiàn)井下信息的獲取是國內(nèi)外多年來的前沿課題。本文研究了聲波沿油管管柱傳輸時(shí)的性質(zhì),傳輸?shù)乃p因素以及在傳輸過程中會受到的噪聲影響,以及聲波沿管柱傳輸時(shí)的通帶和阻帶交替出現(xiàn)的頻譜特性,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一特性。利用COMSOL Multiphysics軟件對聲波沿油管的傳輸及聲波信號的檢測進(jìn)行了仿真,分析了激勵(lì)信號、壓電收發(fā)間距以及接箍,這幾個(gè)重要因素對傳輸和檢測結(jié)果的產(chǎn)生的影響。通過對井下聲波信號的理論以及仿真分析,為下文中研究信號檢測方法提供了理論支持,是對聲波無線遙測研究的必不可少的一步。在對理論分析和仿真計(jì)算基礎(chǔ)上,就聲波無線遙測系統(tǒng)信號的地面檢測與處理設(shè)計(jì)了適合的硬件電路和軟件系統(tǒng),配合調(diào)試,在實(shí)驗(yàn)室搭建了平臺進(jìn)行試驗(yàn),利用壓電加速度傳感器成功實(shí)現(xiàn)了... 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

哈里伯頓公司檢測聲波信號圖

西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2-1磁致伸縮材料磁疇運(yùn)動對于壓電材料來說，可以產(chǎn)生聲波信號，多晶體具有壓電特性，壓電陶瓷是由人工制造的多晶體壓電材料，這些材料的內(nèi)部有一些晶粒，晶粒的自發(fā)極化電疇有一定的極化方向，如圖2-2所示，當(dāng)外部沒有電場存在的時(shí)候，電疇排列雜亂無章，壓電陶瓷內(nèi)部極化強(qiáng)度為0，不具有壓電特性。當(dāng)外部有電場的存在時(shí)，在外電場作用下，電疇受到電場力作用，其排列發(fā)生變化，會按照電場的方向進(jìn)行改變，這時(shí)材料就會發(fā)生極化，當(dāng)外電場強(qiáng)度足夠大，使得內(nèi)部電疇極化的方向與外電場一致的時(shí)候，材料表現(xiàn)出壓電特性[10]。+-0+-+-拉伸正常狀態(tài)+--+壓縮圖2-2壓電材料形變作用對比以上兩種可以產(chǎn)生聲波的材料，即壓電材料和磁致伸縮材料，選用其中一種用于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生聲波，對比可以發(fā)現(xiàn)，壓電材料對于本次實(shí)驗(yàn)來說更具有可操作性和優(yōu)勢。磁致伸縮材料是在磁場作用下產(chǎn)生的效應(yīng)，而實(shí)驗(yàn)中磁場需要在電場激勵(lì)下產(chǎn)生，從而才可以使材料發(fā)生形變產(chǎn)生聲波，而壓電材料是可以直接實(shí)現(xiàn)電和聲之間的轉(zhuǎn)換，不需要中間層作用，更加簡便的同時(shí)也減小了可能在中間層產(chǎn)生的影響和誤差；超磁致伸縮材料在工作時(shí)表現(xiàn)出來的磁致?lián)p耗，以及長時(shí)間工作之后出現(xiàn)明顯的渦流，都會產(chǎn)生熱能，帶來損耗[11]，從而對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，在測量時(shí)，使用超磁致伸縮材料需要注意對材料進(jìn)行降溫處理，對于壓電陶瓷來說，不需要這種處理；相對于超磁致伸縮材料而言，壓電材料在運(yùn)用技術(shù)方面比較成熟，對于在實(shí)驗(yàn)中可能會出現(xiàn)的一些問題，也有比較完善的應(yīng)對措施，市場的成本價(jià)格也比較低，綜合實(shí)用性優(yōu)于超磁致伸縮材料，所以，選用壓電材料來進(jìn)行聲波的產(chǎn)生，同理，對于聲波信號向電信號的轉(zhuǎn)換，由于壓電效應(yīng)的

西安石油大學(xué)碩士學(xué)位論文16和實(shí)際差距較大，這項(xiàng)工作必定困難重重，但是我們可以通過對接收到的波形通過濾波，對整個(gè)過程采取相應(yīng)的措施來降低噪聲干擾，讓采集到的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。2.4聲波沿管柱傳輸特性驗(yàn)證由上兩小節(jié)的對聲波特性的分析可以知道，聲波沿著管柱傳輸時(shí)，受到的影響因素比較多，會受到嚴(yán)重的衰減以及傳輸中的噪聲，這些衰減和噪聲都可以通過后期的處理來抑制噪聲盡可能地增大原信號，但是，聲波沿著油管傳輸時(shí)的頻譜特性只能通過分析，讓傳輸?shù)念l率在其通帶內(nèi)，從而使傳輸?shù)男Ч詈�。在�?shí)驗(yàn)中，發(fā)射頻率范圍為100Hz-1000Hz，每間隔100Hz對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量記錄，繪制一組圖形，其次再對發(fā)射電壓大小進(jìn)行改變，再進(jìn)行繪制，如圖2-6所示，為接收端測量的電壓和頻率的對應(yīng)關(guān)系圖形。圖2-6電壓頻率關(guān)系圖由上圖可知，三條線分別為不同發(fā)射電壓下接收端的信號電壓，當(dāng)發(fā)射頻率為200Hz、600Hz和800Hz時(shí)，信號電壓較大，而當(dāng)發(fā)射頻率為400Hz和700Hz時(shí)，信號的電壓較小，其中有一組數(shù)據(jù)已經(jīng)幾乎無法測量到，聲波在沿著管柱傳輸時(shí)，呈現(xiàn)出通阻帶交替的梳狀濾波器特性，驗(yàn)證了上文中提到的特性，所以為了使傳輸效果達(dá)到最好的狀態(tài)，選取600Hz和800Hz來作為實(shí)驗(yàn)的發(fā)射頻率。在實(shí)驗(yàn)中，選取一井段的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)上一節(jié)中對聲波衰減規(guī)律的研究，由式(2-28)代入任意兩點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出衰減系數(shù)為0.0019844，同時(shí)，把數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)代入式(2-23)，可得初始的0J值為0.22977，這樣，就可以把聲波的傳輸衰減表示下式所示：0.00198440.22977xJe(2-30)將統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)和上式繪制成圖，如圖2-7所示：


本文編號：3140850