底部钻柱随钻信息的声传输机理及检测方法研究

实现井下随钻测量参数无缆上传至地面是国内外油气井勘探与开发的研究热点和关键技术，获取的底部钻柱近钻头处动态力参数有助于分析底部钻柱的动力学特性和建立底部钻具组合（Bottom-Hole Assembly，简称BHA）的动力学模型。本项目拟利用钻柱内低频声波的远距离传播特性，重点研究旋转条件下不同边界条件对旋转模拟钻柱内低频声波传播特性的影响规律，分析随钻钻柱信道的声传输特性及不同波型之间的耦合，建立随钻钻柱信道内低频声遥测信号的传输模型，提出一种底部钻柱随钻信号的数据传输方法。该项目的研究可为生产测井和随钻测井的低频声遥测提供理论和方法基础，有助于数字化油田的井下地面一体化建设，具有重要的理论意义和应用价值。

实现井下随钻测量参数无缆上传至地面是国内外油气井勘探与开发的研究热点和关键技术。利用钻柱声传输技术获取底部钻柱动态力参数及井下地层信息，对控制井眼轨迹和评估地层特性具有重要意义，且具有受地层影响小、可实现100 bit/s较高传输速率，且前期投入少、应用范围广泛等优点，近年来受到国内外石油界日益广泛的关注，已成为当前随钻测井的发展方向。但实际钻柱主要由多节钻杆与管箍相连而成，具有周期性结构，同时随钻测井作业将产生大量的噪声，主要包括由地面设备的电力或机械系统产生的地面噪声和由井下钻头击破岩层所产生的井下噪声，且声波在钻柱中传输不具有方向性，造成声波在传输过程中存在色散现象和多重回波，导致钻柱声传输特性变差。.为此，本项目利用钻柱内低频声波的通阻带梳状滤波器频谱特性，构建与改进了模拟钻柱声传输特性实验平台，分析了模拟钻柱内低频声波传播的影响规律。并且，重点针对周期性钻柱信道内存在的通阻带特征、复杂回波噪声、码间干扰严重等问题，开展了理论特性与仿真分析，以及信道内声传输特性的相关实验研究。.1. 利用上、下行信道的瞬态脉冲响应，构建了回波噪声抑制模型，提出了双声接收器的检测方式，在单接收器和双接收器模式下时域和频域仿真分析了钻柱内声信号的传输特性，并实验验证了双声接收器检测方式的有效性；.2. 结合信道内噪声特征和隔声阻带中心频率，设计了一种具有周期性凹槽的隔声体结构，将隔声体引入钻柱信道，应用钻柱内一维低频纵波传输的有限差分算法，时、频域仿真分析了隔声体在信道内的隔声性能，可实现较宽的隔声频带；.3. 针对钻柱信道的多径传输特性，基于短钻杆条件下多载波传输的实验分析，综合考虑地面噪声和信道内多径回波干扰，引入OFDM多载波调制技术，并利用最小均方自适应均衡，进行了多载波调制声信号传输性能仿真，可实现比传统PSK调制更低的误码率，.在周期性结构信道内声信号传输特性的仿真分析与实验研究的基础上，本项目提出了底部钻柱随钻信号的振动噪声与回波抑制方法，通过改善信道容量，提高信噪比，实现较高速率的稳定数据传输。该项目的研究不仅可为生产测井和随钻测井的低频声遥测提供理论和方法基础，也有助于数字化油田的井下地面一体化建设。