底部钻柱近钻头动态力测量及声传输方法.pdfVIP

学兔兔 第 45卷第 12期 机 械 工 程 学 报 VO1．45 NO．12 2009年 l2月 JOURNALOFMECHANICALENGINEERING Dec． 2009 DoI：lO．3901／JM E．2009．12．257 底部钻柱近钻头动态力测量及声传输方法术 李 成 丁天怀 陈 恳 (清华大学精密仪器与机械学系 北京 100084) 摘要：为研究随钻测井时底部钻柱近钻头动力学特性，设计直梁应变片式测力传感器，研制一种基于虚拟仪器平台的模拟钻 柱动态力无线测量装置，用于模拟钻柱旋转过程中轴向力、侧 向力和转矩的多线程检测。在此基础上，比较井下数据传输方 法，以纵波为传输载体，设计模拟钻柱声传输装置，对动态力数据进行脉冲时延和OOK(On．offkeying)调制，沿管轴方向对 有限长模拟钻柱施加纵向激励，进行模拟钻柱信道动态力测试信号的声传输试验。结果表明，系统在实验室内实现动态力数 据经时延脉冲 OOK信号调制后沿模拟钻柱信道的低频声波传输，为近钻头传感器测量数据的低频声传输系统的应用提供理 论与试验依据。 关键词：底部钻柱 动态力 近钻头 周期管结构 声传输 中图分类号：TE21 AcousticTransm issionandM easurementM ethodforNear．bit Dynam icForceSignalofBottom DrillString LICheng DNI G Tianhuai CHEN Ken (DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology,TsinghuaUniversity,Beijing100084) Abstract：A straightbeam srtain gaugesensorand avirtualinstrument-based dynamicforcewirelessmeasurementdevice of simulateddrillstringaredevelopedtostudythenera—bitbottom drillstringdynamicsinmeasurementwhiledrilling．Thestruc~tre andworkingprincipleofthemeasurementsystem areexpressed．Theaxialforces，radialforcesandtorsionalmomentsforrotating simulateddrillsrtingaredetectedmultithreadedlyinthelaboratory．Bycomparingdownholedatatransmissionmethods，anacoustic transmissionexperimentaldeviceisestablishedvialongiutdinalwavesalongsimulateddrillsrting．Then，theon—offkeyed(OOK) modulation oftime·delayedpulsesisdesigned．Thenarrow pulsemodulated signalrtansmission experimentsareperformedby applyingthelongitudinalexcitationtothelength-limitedsimulateddrillstringintheaxialdirectionofpipes．Theresultsshow htat thepulsetime-delayedandOOK modulateddynamicforcedatartnasmissionofbottom drillstringisimplementedbyusinglow