短距離鉆桿聲波傳輸的頻域分析

(1.西安石油大學 電子工程學院，陜西 西安 710065；2.中國石油集團測井有限公司 長慶分公司，陜西 西安 710006)

旋轉導向鉆井技術已被廣泛用于需要精確方向控制的定向鉆井作業中[1]。旋轉導向鉆井系統的核心是井下鉆井工具系統，該系統基于來自鉆頭附近的電子倉中傳感器的信息執行井下動作，并將相應的數據傳送到隨鉆測量系統(Measure while drilling，MWD)，然后傳回地面監測系統[2-3]。短距離傳輸是為了解決滾動伺服控制平臺近鉆頭的信息跨馬達及泥漿鉆井液傳遞到MWD的通信問題，傳輸距離1～2 m。由于穩定平臺與MWD系統存在相對旋轉，不適合采用有線傳輸。目前，傳統的無線傳輸技術是泥漿脈沖傳輸和電磁傳輸，且傳輸速率都極低[4-5]。但隨著隨鉆測井技術的發展，更多的傳感器安裝在鉆頭附近，在鉆井過程中傳感器越靠近鉆頭，信息就會越準確和及時，參數就會越多，而這些參數需要快速有效地傳輸至MWD，進而傳達地面[6]。這兩種傳統無線傳輸技術的數據傳輸速率極低，不利于快速有效地進行數據傳輸。聲波傳輸技術是在這一背景下產生的一種數據傳輸方式，其載波頻率可達400～2 000 Hz，且不受地層電導率分布的影響[7]。鉆桿聲波傳輸技術是一種潛在的新型井下無線信息傳輸技術。在這種技術中傳播介質是鉆桿管壁、信號載體是聲波，通過聲波在鉆桿中的傳播進行井下數據無線傳輸[8-10]。國際上井下聲波傳輸技術的研究已經進行了60 年左右，美國太陽石油公司、Barnes、Drumheller、Halliburton公司、Extreme Engineering對于聲波在鉆桿中傳輸特性的研究都各有進展；……