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超声波在钻柱中的传播特性研究
20世纪90年代以来,井下测量技术的发展成为钻井领域的一项重大技术进步。虽然井下信号的实时采集和地面信号处理不再是难题,但如何实现井下信号长距离、双向、快速传输仍然是制约井下测控技术发展的关键。
文章通过理论计算和实验分析的手段,研究了在钻柱中超声波的传播和衰减规律。首先分析计算了超声波在钻柱中折射和反射规律,结合超声波散射、吸收等物理特性,总结出钻柱中超声波的衰减模式;然后结合钻井工程实际,在分析适用于井下信号传输的超声波换能器参数要求的基础上,设计了换能器的结构和尺寸,并对换能器做了声匹配和电路匹配,同时设计并建成了模拟井下信号传输实验装置系统;最后,通过实验手段,得到了超声波在不同结构和长度的钻住中的传播数据,从而验证和回归了理论分析所得的结论,验证了超声波在钻柱中短传的可行性,并为近钻头测量系统传输信号提供了超声波参数选择,同时分析总结出在钻柱中超声波的衰减方程,以此判断超声波在钻柱中长距离传输的可能。

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关键词：超声波 信号传输 技术发展 理论分析 20世纪