基于周期性钻柱系统的随钻数据声波传输方法研究

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1、摘要随钻测井LWD(Logging-While-Drilling)是在钻井过程中进行井下信息实时测量和上传的现代钻井技术，LWD可以直接观测井下工程参数，及时准确的获取地层资料，对于准确评价地层和进行地层对比、地质导向及油藏描述具有重要意义。数据的最佳传输方式是LWD的研究核心，随钻数据声波传输方法具有传输率较高、开发成本低、结构简单的优点，具有很好的发展前景。由于钻柱信道的高环境噪声、有限频带、传输时延大、码间干扰严重等特点极大的影响了井下信息的可靠和高效传输。正交频分复用OFDM(OrthogonalF

2、requencyDivisionMultiplexing)技术是一种多载波传输，频谱利用率高，具有很好的抗干扰性能。本文基于一维声传播模型，研究了周期性钻柱结构系统的声传播特性，给出了频散方程，分析了通带、阻带与钻柱参数的关系，利用有限元方法对钻柱系统的瞬态特性进行了数值模拟；针对钻柱系统中声传播特性，结合OFDM技术设计了随钻数据声波传输系统模型，对随钻数据声波传输系统中的关键环节(编码解码、调制解调)进行了Matlab数值仿真，并运用数值模拟方法对相关调制与解调技术进行了验证。研究结果表明：周期性结构钻

3、柱系统具有通阻交替的梳状滤波特性，随钻数据声波传输采用l／3编码效率的卷积编码和四进制绝对相移健控QPSK(QuadraurePhaseShiRKeying)调制技术能提高数据通信的可靠性，降低系统的误码率，为随钻数据声波传输技术的进一步研究打下了基础。关键词：随钻数据传输，钻柱系统，OFDM，卷积编码解码，调制解调AResearchontheLoggingWhileDrillingAcousticDataTransmissionBasedonPeriodicDrillStringSystemCaiXiao

4、qing(RadioPhysics)DirectedbyProf．YahXianghongAbstractLogging—While-Drilling(LWDlisamodemdrillingtechnologyofreal-timemeasurememofdownholeinformationanduploadtechnologyindrillingprocess．LWDCandirectlyobserveddownholeengineeringparamenters，andgainunderstandi

5、ngoftheearthformationsinrealtime．Thisknowledgeisnotonlyusefulforformationevaluationandcorrelation，itisalsoimportantingeosteeringandreservoircharacterization．ThebestdatatransfermethodisstillthecoreofLWD．Acousticdatatransmissionhastheadvantageofhigherrateofd

6、atatransmission，lowcostofdevelopmentandsimplestructure．Thistechniquewillbeappliedbrodly．Therealemanyotherproblemsencounteredindrillingchannel，such嬲largerambientnoise，much-limitedbandwidth，much·extendedpropagationlatency,seriouslyinter-symbolinterferencewhi

7、chlowerseverelythereliabilitiesandvalidityofthedownholeinformationtransmission．OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing(OFDM)iscountermultipath,fullyuseofthefrequencybandandgoodanti-interferenceperformance．ThispaperbaSedonone·dimensionacousticspreadmodel，st

8、udiesthepropertiesofthedrillstringsystemofacoustictransmission，andpresentsthefrequency-scatteringequation,inthispaper,weanalysetherelationofpassband，stopbandanddrillstringparameters，andmakethenumericalvaluesi