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随钻测井(LWD)在泥浆侵入地层前测量地层数据,能够更真实地反映原状地层的特征,已成为大斜度井、水平井、多分支井油臧评价的重要手段,但数据传输技术的限制极大地束缚了它的发展。本文针对LWD数据传输问题,对钻柱声波遥测进行了基本的数值模拟工作。
在不考虑钻柱内外流体以及地层的影响的前提下,将钻柱声传播问题视为具有周期性结构的钻柱纵波传播模型,数值研究了钻柱中的纵波传输特性与钻柱的各种参数(钻杆、接箍的几何尺寸和数量等)、声波频率等量之间的关系。结果表明,在理想钻杆的周期性结构中,纵波的传输特性在频域表现为通带、阻带交替出现的梳状结构,通带、阻带的位置与宽度受钻柱几何尺寸的控制。
根据弹性波的运动方程和本构方程,推导了柱坐标下的三维有限差分公式,编写了相应计算程序,考察了钻柱内外泥浆、井壁地层对钻柱中声传播的影响。结果表明,泥浆、地层等与钻柱构成复杂的声波导结构,导致整个声场产生更多种波动模式,但是钻柱中纵波在传播过程中受它们的影响不大,且钻柱外介质性质改变时钻柱中纵波的波速和幅度基本没有变化。