研究人员提出了一种用于井下遥测的钻柱声学通道建模方法

在随钻测井(LWD)领域，从“声波测量”升级到“智能导钻”的最大挑战之一是井下遥测传输速率过低，无法实现实时有效的地层评价。

以钻柱导波作为数据遥测载体，具有部署成本低、信道容量大、场景适应性广等潜在优势，是一项很有前途的技术。应用该技术的关键问题是周期性结构导波在充满流体的钻孔中的传播特性。

针对这一问题，中国科学院声学研究所(IACAS)的研究人员提出了一种用于井下遥测的钻柱声通道建模方法。

他们将二维LWD波场的传播特性归因于轴向波数和激励函数的解析解。在此基础上，他们利用传播矩阵法建立了一维等效通道模型，其中特别考虑了钻柱波与钻杆接头处流体波的相互转换效应。导出的全波通道函数可以有效地模拟液固耦合圆柱波导中周期性管道的声学响应。

计算结果表明，与自由钻柱方案相比，充满流体的钻孔环境导致通道的带隙分布发生显着变化。信道在时域的多径时延对应于频域面临大范围的频率选择性衰落，表现为离散带隙的幅度特性和非线性失真的相位特性。

从传播机理上看，钻柱通道的多径效应不仅指载波信号沿多条路径延迟到达，还包括不同速度的载波分量的耦合传输。这种新现象归因于液-固分层波导的声学特性。

这项发表在《石油科学》杂志上的研究可能有助于促进井下声学遥测从概念到应用。