目前，把隨鉆聲波測井從“聲速測量”提升為“智能導鉆”的最大瓶頸是井下數(shù)據(jù)的通訊速率太低，無法實現(xiàn)實時、有效的地層評價。用鉆柱導波作為載體開展數(shù)據(jù)遙傳是一項新穎的設(shè)想，具有部署成本低、信道容量大和場景適應性廣等潛在優(yōu)勢，近年來受到國際石油工業(yè)界的關(guān)注。而實現(xiàn)該技術(shù)應用的關(guān)鍵是掌握周期結(jié)構(gòu)導波在充液井孔中的傳播特性。

　　為此，中科院聲學所超聲學實驗室固體聲學與深部鉆測團隊成員提出了針對井下數(shù)據(jù)遙傳的鉆柱聲信道建模與仿真方法。他們將二維隨鉆聲場中的導波傳播特性歸結(jié)為軸向波數(shù)與激發(fā)函數(shù)的解析求解，并在此基礎(chǔ)上建立了一維等效的傳播矩陣信道模型，著重考慮了鉆柱導波與流體導波(內(nèi)、外斯通利波)在接箍處的相互轉(zhuǎn)換作用。推導得到的全波信道函數(shù)能有效模擬周期鉆柱在流固耦合柱面波導中的聲響應特性。相關(guān)成果在線發(fā)表于國際學術(shù)期刊Petroleum Science.

　　圖1 鉆柱聲信道的一維等效示意圖（圖/中科院聲學所）

　　研究表明，相比于自由鉆柱場景，充液井孔環(huán)境會導致鉆柱聲信道的通阻帶分布發(fā)生根本性變化。鉆柱聲信道在時域上的多徑時延反映到頻域上則呈現(xiàn)出大尺度的頻率選擇性衰落，一方面表現(xiàn)為離散帶隙的幅頻特性，另一方面則是非線性失真的相頻特性。而從傳播機理上看，鉆柱聲信道的多徑效應不僅是指載波信號沿多路徑延遲到達，還包含不同速度載波分量的耦合傳輸，這是由固-液分層波導的聲學性質(zhì)所決定的。本研究有助于推動鉆柱導波通訊從理論走向?qū)嶋H應用。

　　圖2 信道函數(shù)計算（圖/中科院聲學所）

　　圖3 載波瞬態(tài)特征（圖/中科院聲學所）

　　本研究得到國家自然科學基金項目(No.12174421, No.11734017)和中國科學院科研儀器設(shè)備研制項目(No.YJKYYQ20200072, No.GJJSTD20210008)的資助。

　　關(guān)鍵詞：

　　隨鉆遙傳；鉆柱聲信道；周期導波；流固耦合；頻率選擇性

　　參考文獻:

　　Ao-Song Zhao, Xiao He, Hao Chen, Xiu-Ming Wang. Response analyses on the drill-string channel for logging while drilling telemetry[J]. Petroleum Science, 2023. DOI: 10.1016/j.petsci.2023.03.007.

　　論文鏈接：

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1995822623000742