钻柱中声波传播特性实验研究

摘要

探究声波在实际钻柱中的传播特性和规律是随钻信息声波传输技术的一项基础性研究工作,而国内在这方面才刚起步,仅进行了一些理论研究和室内实验工作.为此,基于已有成果,研制了基于压电效应的纵向变幅杆井下声发射换能器和地面声波信号接收换能器,设计了钻柱中声波传播特性的现场井下实验方案.采用钻井工程上常用的φ127 mm钻杆,分别在200 m、430 m、542 m、700 m、827 m、997 m等6个不同的深度点,测试了400～4000 Hz频率范围内不同频率声波在钻柱中的传播特性,并分析了测试结果,进而认为,基于钻柱的声波传输技术用于随钻信息传输是可行的.研究结果表明:①有一些频率的声波可以在钻柱中传播,而另一些频率的声波在钻柱中传播能力则很差;②声波在钻柱中传播衰减程度与声波频率、钻柱长度和周围介质有关,在介质为清水的情况下,平均衰减值约为0.05 dB/m:③综合考虑数据传输速度与衰减等因素,可用于数据传输的声波频率应为400～1000 Hz之间的一些频率点,最佳频率点为600 Hz、650 Hz和950 Hz.结论认为:在试验井中的实验得到了钻柱中声波传播的重要数据和结论,可以为声波传输技术的研究和应用提供技术基础和依据.