管道連續(xù)壓力波傳遞及其在隨鉆測(cè)量與懸掛試壓中的應(yīng)用.pdf

1、在管道中普遍存在著壓力的連續(xù)波動(dòng)，這種波動(dòng)有時(shí)是有利的，有時(shí)是有害的。在無(wú)線隨鉆測(cè)量(Measurement While Drilling,MWD)過(guò)程中，利用鉆柱內(nèi)的鉆井液壓力波動(dòng)將井下的測(cè)量信息傳遞到地面，能夠提高鉆井作業(yè)精度，降低作業(yè)成本。但是在傳遞數(shù)據(jù)的過(guò)程中，存在信號(hào)時(shí)有時(shí)無(wú)的問(wèn)題，因此需要找出信號(hào)在鉆井液中傳輸?shù)囊?guī)律，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠傳輸；在懸掛器試壓過(guò)程中，由于測(cè)試管道中壓力急劇上升并且伴隨劇烈波動(dòng)，導(dǎo)致對(duì)懸掛器動(dòng)作壓力

2、的測(cè)量誤差很大，面臨著如何抑制管道內(nèi)壓力波動(dòng)，提高測(cè)量精度的問(wèn)題。無(wú)論對(duì)壓力波動(dòng)的利用還是抑制，都需要對(duì)波動(dòng)的傳遞規(guī)律和特性進(jìn)行深入研究，探尋問(wèn)題的本質(zhì)和影響因素。
　　本文從脈沖波動(dòng)理論出發(fā)，建立了管道中連續(xù)壓力波動(dòng)的矩陣傳遞模型，利用傳遞函數(shù)對(duì)管道中連續(xù)波動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了深入研究。該模型不但可以解釋鉆柱內(nèi)連續(xù)波動(dòng)的傳遞情況，解決MWD載波頻率的選擇問(wèn)題，還可以用于分析試壓管道中連續(xù)波動(dòng)的傳遞情況，設(shè)計(jì)濾波管道結(jié)構(gòu)，為解決懸掛器試壓

3、過(guò)程中壓力測(cè)量精度差的問(wèn)題提供理論基礎(chǔ)。本文主要研究了以下幾個(gè)方面內(nèi)容：
　　首先，針對(duì)傳統(tǒng)波動(dòng)理論無(wú)法準(zhǔn)確有效分析管道中連續(xù)波動(dòng)衰減的問(wèn)題，通過(guò)研究連續(xù)壓力波動(dòng)的傳遞現(xiàn)象，建立了基于雙向傳遞系數(shù)的連續(xù)波動(dòng)傳遞模型，能夠準(zhǔn)確描述波動(dòng)傳遞與管道的尺寸、阻力和流體特性之間的關(guān)系。傳遞系數(shù)的實(shí)部代表管道對(duì)波動(dòng)幅值的衰減，虛部代表管道對(duì)波動(dòng)相位的影響，對(duì)于大傾角管道來(lái)說(shuō)，兩個(gè)傳遞系數(shù)的實(shí)部是不同的，說(shuō)明沿著重力方向的波動(dòng)傳遞情況與逆著重力

4、方向的波動(dòng)傳遞情況是不一樣的，體現(xiàn)了重力對(duì)波動(dòng)傳遞的影響。由于長(zhǎng)管道對(duì)于連續(xù)波動(dòng)傳遞來(lái)說(shuō)，與輸電線路中電壓和電流的波動(dòng)有相似性，從而可以定義管道的阻抗和特征阻抗表達(dá)式，利用輸電線路的分析方法分析管道中的連續(xù)壓力波動(dòng)。
　　其次，針對(duì)MWD過(guò)程中，載波頻率選擇困難的問(wèn)題，通過(guò)研究管道兩端的壓力與流量的波動(dòng)情況，建立了用于描述管道波動(dòng)傳遞的傳遞矩陣模型和傳遞函數(shù)。通過(guò)對(duì)模型的分析，得到了壓力波動(dòng)在管道中的分布情況，即在連續(xù)波動(dòng)情況下，

5、管道中的壓力波動(dòng)呈現(xiàn)駐波狀態(tài)。通過(guò)對(duì)傳遞函數(shù)的分析，得到了管道的幅值頻率特性，該特性表明管道對(duì)不同頻率波動(dòng)的衰減是不一樣的，整個(gè)傳遞趨勢(shì)呈現(xiàn)波動(dòng)衰減，低頻衰減小而高頻衰減大，管道對(duì)于高頻波動(dòng)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于低通濾波器，從而解釋了在無(wú)線隨鉆測(cè)量過(guò)程中井下信號(hào)時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的原因?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，提出了用于鉆井液MWD的載波頻率的動(dòng)態(tài)選擇方法，并通過(guò)管道的幅值頻率實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了管道對(duì)不同頻率波動(dòng)傳遞的影響。
　　再次，針對(duì)傳統(tǒng)波動(dòng)理論無(wú)法有效分

6、析各種結(jié)構(gòu)管道中波動(dòng)傳遞的問(wèn)題，基于管道中連續(xù)波動(dòng)傳遞模型，改進(jìn)了結(jié)構(gòu)管道中波動(dòng)傳遞的矩陣分析模型，用于分析各種地面結(jié)構(gòu)管道對(duì)連續(xù)波動(dòng)傳遞的影響。由于地面管道大部分是水平狀態(tài)或傾角很小，可以將連續(xù)波動(dòng)傳遞模型簡(jiǎn)化后得到適用于地面水平管道的波動(dòng)傳遞模型，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的管道，可以通過(guò)影響函數(shù)來(lái)體現(xiàn)分支管道和容器對(duì)主管道的影響，得到連續(xù)波動(dòng)在管道結(jié)構(gòu)中傳遞的計(jì)算方法?；谠撃Ｐ驮O(shè)計(jì)了帶容器的管道結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了幅值頻率實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同頻率