CN103244111A - 基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法 - Google Patents

基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法 Download PDF

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CN103244111A CN2012100319395A CN201210031939A CN103244111A CN 103244111 A CN103244111 A CN 103244111A CN 2012100319395 A CN2012100319395 A CN 2012100319395A CN 201210031939 A CN201210031939 A CN 201210031939A CN 103244111 A CN103244111 A CN 103244111A
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Abstract

本发明提供一种基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，该基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法包括：依据钻柱结构形式，简化钻柱模型结构；依据该简化了的钻柱模型结构，建立计算分析模型；依托该计算分析模型，建立基于传递矩阵法的模型求解方法，并耦合井下钻井液的影响因素，得到计算分析公式；计算分析得到通频带；以及依据钻井施工现场条件，进行工作频率的优选。该基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法改善了传统依托周期性管柱结构模型在计算适用性和计算精度上的不足，并为井下相关仪器设备设计，声信号传输过程中抑制信号的衰减，以及减小井下环境的干扰和检测出有效的声信号提供理论支撑。

Description

基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法
技术领域
本发明涉及井下信息无线传输技术，特别是涉及到一种基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法。 
背景技术
油气井是获取原油和天然气的通道，如何准确地、高质量地建立这条通道一直是钻井工程领域的主要课题。随着油气勘探开发的不断深入，钻井技术将逐步进入精细化、信息化和自动化时代，对于井下信息无线传输技术，以钻井液脉冲方式使用最为广泛，但该方式传输能力有限，而需要传输的数据量越来越大，使得该方式无法满足日益提高的技术要求，同时气体及各种非常规钻井液的可压缩性强，不能产生有效的钻井液脉冲，无法使用传统的钻井液脉冲传输方式，因此石油钻井行业迫切需要一种适用性强的井下信息无线传输技术。声传输方式因结构简单、成本较低、易于定向发射等优点成为研究的热点，同时石油钻井过程中使用的钻柱，自上而下贯穿整个井筒，为声波的高速传输提供了得天独厚的条件，利用声波通过钻柱进行井下信息的传输是一种较理想的传输方式。 
利用声波通过钻柱进行井下信息的传输是一种较理想的传输方式，但声波在现场真实钻柱中的传播规律受各种因素影响而变化，目前对于实际钻柱中声波传播特性和衰减规律还没得到充分的认识和研究。现有钻柱声传信道分析计算分析方法是建立在周期性钻柱结构基础之上，通过分析可知结构尺寸和物性参数对钻柱信道声传特性有显著影响，同时实际钻柱结构尺寸复杂，与理想周期性钻柱结构的声特性存在较大差异，因此需要建立一种适合实际钻柱结构的计算分析模型，并对不同钻柱结构进行计算分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用性强，可极大的改善传统依托周期性管柱结构模型在计算适用性和计算精度上的不足的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法。   
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，该基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法包括：步骤1，依据钻柱结构形式，简化钻柱模型结构；步骤2，依据该简化了的钻柱模型结构，建立计算分析模型；步骤3，依托该计算分析模型，建立基于传递矩阵法的模型求解方法，并耦合井下钻井液的影响因素，得到计算分析公式；步骤4，计算分析得到通频带，确定基本选频范围；步骤5，依据钻井施工现场条件，进行工作频率的优选。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤2中，对理想周期性钻柱结构，将结构中的接头等效为声透层，对于结构尺寸呈现周期性结构，建立周期性管柱结构声透层模型；
对非周期复杂钻柱结构，以声透层模型为基础，建立非周期复杂钻柱结构分析模型。
步骤3包括：
得到模型计算的边界条件表达式；
对理想周期性钻柱结构数值建模；
对非周期复杂钻柱结构数值建模； 
耦合井下钻井液的影响。
在得到边界条件表达式的步骤中，模型的关键界面上满足位移的法向分量和法向作用力连续的边界条件，位移形式为：
Figure DEST_PATH_883436DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure DEST_PATH_2702DEST_PATH_IMAGE002
为位移；下标
Figure DEST_PATH_192375DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure DEST_PATH_29881DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure DEST_PATH_595992DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure DEST_PATH_835343DEST_PATH_IMAGE006
分别表示透射波和反射波。
横截面上的轴向力为：
Figure DEST_PATH_195917DEST_PATH_IMAGE007
该边界条件表达式为：
Figure DEST_PATH_19255DEST_PATH_IMAGE008
式中，
Figure DEST_PATH_389056DEST_PATH_IMAGE009
为距离；
Figure DEST_PATH_217335DEST_PATH_IMAGE010
为截面积；
Figure DEST_PATH_14389DEST_PATH_IMAGE011
为密度；为声速；
Figure DEST_PATH_734401DEST_PATH_IMAGE013
为角频率。
在对理想周期性钻柱结构数值建模的步骤中，钻杆和接头的界面上满足该位移的法向分量和法向作用力连续的边界条件，该边界条件表达式为：
Figure DEST_PATH_682765DEST_PATH_IMAGE014
令
Figure DEST_PATH_650721DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure DEST_PATH_183071DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_697546DEST_PATH_IMAGE018
Figure DEST_PATH_836404DEST_PATH_IMAGE019
Figure DEST_PATH_357515DEST_PATH_IMAGE020
则，
Figure DEST_PATH_530187DEST_PATH_IMAGE022
令
Figure DEST_PATH_839946DEST_PATH_IMAGE023
，其中分析单元长度周期为
Figure DEST_PATH_346888DEST_PATH_IMAGE024
，利用传递矩阵法推导得到公式：
Figure DEST_PATH_177758DEST_PATH_IMAGE026
令，
Figure DEST_PATH_596101DEST_PATH_IMAGE027
设两端为吸收边界，透射系数可表示为：
Figure DEST_PATH_888542DEST_PATH_IMAGE028
在对非周期复杂钻柱结构数值建模的步骤中，对非周期复杂钻柱结构，突变界面上满足该位移的法向分量和法向作用力连续的边界条件，该边界条件表达式为：
Figure DEST_PATH_683323DEST_PATH_IMAGE029
突变界面位置为分析的关键界面，各关键界面与激励位置的轴向距离分别为：
Figure DEST_PATH_377609DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure DEST_PATH_465389DEST_PATH_IMAGE031
、……、
Figure DEST_PATH_510705DEST_PATH_IMAGE032
，推导得
Figure DEST_PATH_843598DEST_PATH_IMAGE033
处界面，其矩阵表达形式为：
式中，下标
Figure DEST_PATH_685149DEST_PATH_IMAGE036
表示各部分编号；
Figure DEST_PATH_821732DEST_PATH_IMAGE037
Figure DEST_PATH_225032DEST_PATH_IMAGE038
Figure DEST_PATH_920193DEST_PATH_IMAGE039
令
Figure DEST_PATH_674522DEST_PATH_IMAGE040
则，
Figure DEST_PATH_411534DEST_PATH_IMAGE041
设两端为吸收边界，解得透射系数公式为：
Figure DEST_PATH_872602DEST_PATH_IMAGE042
在耦合井下钻井液的影响因素的步骤中，耦合了钻井液影响的钻柱运动方程为：
式中，
Figure DEST_PATH_216176DEST_PATH_IMAGE002
为轴向位移；
Figure DEST_PATH_756879DEST_PATH_IMAGE044
为横截面积；
Figure DEST_PATH_338033DEST_PATH_IMAGE011
为密度；
Figure DEST_PATH_673199DEST_PATH_IMAGE045
为钻柱泊松比；下标，
Figure DEST_PATH_917154DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure DEST_PATH_415131DEST_PATH_IMAGE048
分别为钻柱，管内钻井液，环空钻井液；
根据流体力学的连续性理论，设管内和环空钻井液参数相同，波动方程可改写为：
Figure DEST_PATH_858882DEST_PATH_IMAGE049
设声波波场为：
式中，
Figure DEST_PATH_895288DEST_PATH_IMAGE051
为波数；
Figure DEST_PATH_247772DEST_PATH_IMAGE010
为衰减系数；
Figure DEST_PATH_128003DEST_PATH_IMAGE052
为虚数单位；
Figure DEST_PATH_565938DEST_PATH_IMAGE013
为角频率；
带入各个参量解得如下公式：
在步骤4中，对理想周期性钻柱结构计算分析可知，钻柱作为声传输通道表现为窄频带多波段通信通道，随着钻杆和接头尺寸差异的增大，钻柱信道声传性能下降。
在步骤4中，对非周期复杂钻柱结构计算分析可知，结构差异增大会引起声传播性能的下降，长度差异对于频带结构影响大，截面积差异对于频带结构影响小，对于非周期复杂钻柱结构其在频率0-700Hz内有稳定的通带，可作为载波频率的基本选频范围。
在步骤5中，依据钻井施工中实际工况，结合计算分析所得通频带，在200-700Hz频带范围内优选工作频率。
本发明中的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，依据钻柱结构形式，简化钻柱模型结构，并依据简化结构，建立计算分析模型，以便对不同钻柱结构进行计算分析。本发明中的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，将极大的改善传统依托周期性管柱结构模型在计算适用性和计算精度上的不足。同时，该计算分析方法将为井下相关仪器设备设计，声信号传输过程中抑制信号的衰减，以及减小井下环境的干扰和检测出有效的声信号提供理论支撑。附图说明
图1为本发明的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法的一具体实施例的流程图；
图2（a）是本发明的一实施例中声透层分析单元的示意图；
图2（b）是本发明的一实施例中声透层周期性分布模型的示意图；
图3是本发明的一实施例中非周期复杂钻柱结构模型的示意图；
图4（a）是本发明的一实施例中的信号时域图；
图4（b）是本发明的一实施例中的频域图；
图4（c）是本发明的一实施例中第二个通带微结构的示意图；
图5（a）是本发明的一实施例中钻杆与钻铤组成的钻柱结构频域图；
图5（b）是本发明的一实施例中钻杆尺寸存在差异的频域图；
图5（c）是本发明的一实施例中采用平滑梯度法后的频域图；
图5（d）是本发明的一实施例中结构差异增大后的频域图。具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法的流程图。在步骤101，依据钻柱结构形式，简化钻柱模型结构。流程进入到步骤102。
在步骤102，依据简化结构，建立计算分析模型。
对理想周期性钻柱结构，将结构中的接头等效为声透层，对于结构尺寸呈现周期性结构，建立周期性管柱结构声透层模型。
声波在钻柱中传播时，如果遇到突变截面将会发生反射和透射，钻柱结构中正是因为接头的存在使得在接头和钻杆连接处发生透射和反射，将结构中的接头等效为声透层，如图2（a）取结构中的分析单元进行研究，假设单元两端为均质无限长结构，两端边界为全吸收边界，接头的长度为
Figure DEST_PATH_895343DEST_PATH_IMAGE054
，取接头中点为坐标原点。对于整个钻柱可以表示成如图2（b）所示的分析单元周期性分布结构。
对非周期复杂钻柱结构，以声透层模型为基础，以突变界面为关键界面，建立非周期复杂钻柱结构分析模型。
如图3，图3是本发明的一实施例中非周期复杂钻柱结构模型的示意图。假设钻柱结构是由材料相同、尺寸不一致的均匀圆管连接组成，下标
Figure DEST_PATH_743213DEST_PATH_IMAGE036
表示各部分圆管编号，突变界面位置为分析的关键界面，根据图各界面与激励位置的距离分别为：
Figure DEST_PATH_606127DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure DEST_PATH_830435DEST_PATH_IMAGE031
、……、
Figure DEST_PATH_95194DEST_PATH_IMAGE032
。流程进入到步骤103。
在步骤103，依托计算分析模型，建立基于传递矩阵法的模型求解方法，并耦合井下钻井液的影响因素，得到计算分析公式。
模型的关键界面上满足位移的法向分量和法向作用力连续的边界条件，位移形式为：
Figure DEST_PATH_379545DEST_PATH_IMAGE055
式中，
Figure DEST_PATH_729755DEST_PATH_IMAGE002
为位移；下标
Figure DEST_PATH_492174DEST_PATH_IMAGE056
、和、
Figure DEST_PATH_465050DEST_PATH_IMAGE006
分别表示透射波和反射波。
横截面上的轴向力为：
Figure DEST_PATH_968844DEST_PATH_IMAGE058
该边界条件表达式为：
式中，
Figure DEST_PATH_568770DEST_PATH_IMAGE009
为距离；
Figure DEST_PATH_955889DEST_PATH_IMAGE010
为截面积；
Figure DEST_PATH_997794DEST_PATH_IMAGE011
为密度；
Figure DEST_PATH_153969DEST_PATH_IMAGE012
为声速；
Figure DEST_PATH_951023DEST_PATH_IMAGE013
为角频率。
对理想周期性钻柱结构，钻柱结构中正是因为接头的存在使得在接头和钻杆连接处发生透射和反射，将结构中的接头等效为声透层，建立了周期性管柱结构声透层模型。假设单元两端为均质无限长结构，两端边界为全吸收边界，接头的长度为
Figure DEST_PATH_996078DEST_PATH_IMAGE054
，取接头中点为坐标原点，如图2（a）所示。钻杆和接头的界面上满足位移的法向分量和法向作用力连续的边界条件，表达式为：
 
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE060
令，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE062
和
Figure DEST_PATH_55618DEST_PATH_IMAGE063
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE064
 
Figure DEST_PATH_961257DEST_PATH_IMAGE065
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE066
 
Figure DEST_PATH_57389DEST_PATH_IMAGE067
则，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE068
令
Figure DEST_PATH_939632DEST_PATH_IMAGE023
，其中分析单元长度周期为
Figure DEST_PATH_8082DEST_PATH_IMAGE024
，利用传递矩阵法推导得到公式：
令，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE070
设两端为吸收边界，透射系数可表示为：
Figure DEST_PATH_668050DEST_PATH_IMAGE071
。
对非周期复杂钻柱结构，突变界面上满足位移的法向分量和法向作用力连续的边界条件，表达形式为：
Figure DEST_PATH_855449DEST_PATH_IMAGE060
突变界面位置为分析的关键界面，各关键界面与激励位置的轴向距离分别为：
Figure DEST_PATH_840723DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure DEST_PATH_150481DEST_PATH_IMAGE031
、……、
Figure DEST_PATH_657424DEST_PATH_IMAGE032
。推导得
Figure DEST_PATH_710830DEST_PATH_IMAGE033
处界面，其矩阵表达形式为：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE072
式中，下标
Figure DEST_PATH_488294DEST_PATH_IMAGE036
表示各部分编号。
可知，
Figure DEST_PATH_906637DEST_PATH_IMAGE073
Figure DEST_PATH_136761DEST_PATH_IMAGE075
令
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE076
则，
Figure DEST_PATH_993858DEST_PATH_IMAGE077
设两端为吸收边界，解得透射系数公式为：
此外，还需要耦合井下钻井液的影响因素。耦合了钻井液影响的钻柱运动方程为：
Figure DEST_PATH_124363DEST_PATH_IMAGE079
式中，为轴向位移；
Figure DEST_PATH_758924DEST_PATH_IMAGE044
为横截面积；
Figure DEST_PATH_91816DEST_PATH_IMAGE011
为密度；
Figure DEST_PATH_640609DEST_PATH_IMAGE045
为钻柱泊松比；下标
Figure DEST_PATH_666334DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure DEST_PATH_933367DEST_PATH_IMAGE047
，分别为钻柱，管内钻井液，环空钻井液。
根据流体力学的连续性理论，设管内和环空钻井液参数相同，波动方程可改写为：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE080
设声波波场为：
Figure DEST_PATH_971785DEST_PATH_IMAGE081
式中，为波数；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE082
为衰减系数；
Figure DEST_PATH_594845DEST_PATH_IMAGE052
为虚数单位；为角频率；
带入各个参量解得如下公式：
Figure DEST_PATH_58504DEST_PATH_IMAGE083
流程进入到步骤104。
在步骤104，计算分析得到通频带。
对理想周期性钻柱结构计算分析，如图4（a）-4（c）所示，计算分析可知，钻柱作为声传输通道表现为窄频带多波段通信通道，钻杆和接头的长度与截面积尺寸决定了频带结构，频带分布呈现出通带和阻带交替出现的梳状滤波器结构特性，频带分布具有一定的周期性和对称性特征，在一个频带周期内通带先变窄再变宽，阻带则先变宽再变窄，随着结构复杂程度的增加其通带传输性能下降。当钻杆长度增大时，通带中心向低频偏移，通带和阻带变窄，频带周期变小，一个频带周期内通阻带数目增加，频带结构的复杂程度增大；当接头的横截面积减小时，通带变宽，阻带变窄，频带周期内通带和阻带数目不变，一个频带周期内通带中心向频带中心频率偏移，距离频带中心越近其偏移量越大，频带周期不变，接头与钻杆的截面积差异增大时，通带结构中小谱峰的峰值增大，即其通带性能下降，截面积差异小时通带内平滑。分析可知，随着钻杆和接头尺寸差异的增大，钻柱信道声传性能下降，对于不同长度钻杆的组合，假设其通带是包络曲线中通带的重叠部分，可知通带将变窄，甚至出现完全阻带。
对非周期复杂钻柱结构计算分析，如图5（a）-5（d）所示，计算分析可知，结构差异增大会引起声传播性能的下降，长度差异对于频带结构有较为显著的影响，长度差异增大时频带结构中通带数目减少，甚至在一个频带周期的中部出现完全的阻带；截面积差异对于频带结构影响较小，对于通带内的声透射系数幅值存在较为明显的影响，截面积差异增大时声透射系数幅值减小。同时钻柱在空间物理参数的突变，会造成钻柱声信道的复杂波阻抗，因此根据单根钻杆的长度重新排列，这种结构尺寸平滑梯度的做法，可以缓解由结构差异引起的声传播性能的下降。对于非周期复杂钻柱结构其在频率0-700Hz内有较为稳定的通带，可作为载波频率的基本选频范围。流程进入到步骤105。
在步骤105，依据钻井施工中实际工况，结合计算分析得到的该通频带，在200-700Hz频带范围内优选工作频率。

Claims (2)

1.基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，其特征在于，该基于钻
柱声传信道的工作频率计算分析方法包括：
步骤1，依据钻柱结构形式，简化钻柱模型结构；
步骤2，依据该简化了的钻柱模型结构，建立计算分析模型；
步骤3，依托该计算分析模型，建立基于传递矩阵法的模型求解方法，并耦合井下钻井液的影响因素，得到计算分析公式；
步骤4，计算分析得到通频带，确定基本选频范围；
步骤5，依据钻井施工现场条件，进行工作频率的优选。
2.根据权利要求1所述的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，其特征在于，在步骤2中，对理想周期性钻柱结构，将结构中的接头等效为声透层，对于结构尺寸呈现周期性结构，建立周期性管柱结构声透层模型；
对非周期复杂钻柱结构，以声透层模型为基础，建立非周期复杂钻柱结构分析模型。
3. 根据权利要求1所述的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，其特征在于，步骤3包括：
得到模型计算的边界条件表达式；
对理想周期性钻柱结构数值建模；
对非周期复杂钻柱结构数值建模； 
耦合井下钻井液的影响。
4. 根据权利要求3所述的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，其特征在于，在得到边界条件表达式的步骤中，模型的关键界面上满足位移的法向分量和法向作用力连续的边界条件，位移形式为： 
式中，为位移；下标
Figure DEST_PATH_944542DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure DEST_PATH_724279DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE006
分别表示透射波和反射波。
横截面上的轴向力为：
Figure DEST_PATH_57171DEST_PATH_IMAGE007
该边界条件表达式为：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE008
式中，
Figure DEST_PATH_809226DEST_PATH_IMAGE009
为距离；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE010
为截面积；
Figure DEST_PATH_67907DEST_PATH_IMAGE011
为密度；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE012
为声速；为角频率。
5．根据权利要求4所述的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，其特征在于，在对理想周期性钻柱结构数值建模的步骤中，钻杆和接头的界面上满足该位移的法向分量和法向作用力连续的边界条件，该边界条件表达式为：
Figure DEST_PATH_409207DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE015
Figure DEST_PATH_78086DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE017
Figure DEST_PATH_9133DEST_PATH_IMAGE018
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE019
Figure DEST_PATH_199680DEST_PATH_IMAGE020
则，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE021
令
Figure DEST_PATH_874375DEST_PATH_IMAGE022
，其中分析单元长度周期为
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE023
，利用传递矩阵法推导得到公式：
Figure DEST_PATH_335443DEST_PATH_IMAGE024
令，
Figure DEST_PATH_765288DEST_PATH_IMAGE025
设两端为吸收边界，透射系数可表示为：
Figure DEST_PATH_944596DEST_PATH_IMAGE026
6. 根据权利要求4所述的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，其特征在于，在对非周期复杂钻柱结构数值建模的步骤中，对非周期复杂钻柱结构，突变界面上满足该位移的法向分量和法向作用力连续的边界条件，该边界条件表达式为：
Figure DEST_PATH_219720DEST_PATH_IMAGE027
突变界面位置为分析的关键界面，各关键界面与激励位置的轴向距离分别为：
Figure DEST_PATH_863191DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure DEST_PATH_634575DEST_PATH_IMAGE029
、……、
Figure DEST_PATH_363497DEST_PATH_IMAGE030
，推导得
Figure DEST_PATH_379995DEST_PATH_IMAGE031
处界面，其矩阵表达形式为：
Figure DEST_PATH_877972DEST_PATH_IMAGE032
式中，下标
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE033
表示各部分编号；
可知，
Figure DEST_PATH_587302DEST_PATH_IMAGE034
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE035
Figure DEST_PATH_475624DEST_PATH_IMAGE036
令
Figure DEST_PATH_358129DEST_PATH_IMAGE037
则，
Figure DEST_PATH_146831DEST_PATH_IMAGE038
设两端为吸收边界，解得透射系数公式为：
Figure DEST_PATH_89379DEST_PATH_IMAGE039
。
7. 根据权利要求3所述的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，其特征在于，在耦合井下钻井液的影响因素的步骤中，耦合了钻井液影响的钻柱运动方程为：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE040
式中，
Figure DEST_PATH_464997DEST_PATH_IMAGE002
为轴向位移；
Figure DEST_PATH_885614DEST_PATH_IMAGE041
为横截面积；
Figure DEST_PATH_295867DEST_PATH_IMAGE011
为密度；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE042
为钻柱泊松比；下标
Figure DEST_PATH_347000DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure DEST_PATH_272230DEST_PATH_IMAGE045
分别为钻柱，管内钻井液，环空钻井液；
根据流体力学的连续性理论，设管内和环空钻井液参数相同，波动方程可改写为：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE046
设声波波场为：
Figure DEST_PATH_932756DEST_PATH_IMAGE047
式中，
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE048
为波数；
Figure DEST_PATH_931936DEST_PATH_IMAGE049
为衰减系数；
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE050
为虚数单位；
Figure DEST_PATH_153970DEST_PATH_IMAGE013
为角频率；
带入各个参量解得如下公式：
Figure DEST_PATH_566497DEST_PATH_IMAGE051
。
8. 根据权利要求1所述的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，其特征在于，在步骤4中，对理想周期性钻柱结构计算分析可知，钻柱作为声传输通道表现为窄频带多波段通信通道，随着钻杆和接头尺寸差异的增大，钻柱信道声传性能下降。
9. 根据权利要求1所述的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，其特征在于，在步骤4中，对非周期复杂钻柱结构计算分析可知，结构差异增大会引起声传播性能的下降，长度差异对于频带结构影响大，截面积差异对于频带结构影响小，对于非周期复杂钻柱结构其在频率0-700Hz内有稳定的通带，作为载波频率的基本选频范围。
10. 根据权利要求1所述的基于钻柱声传信道的工作频率计算分析方法，其特征在于，在步骤5中，依据钻井施工中实际工况，结合计算分析所得通频带，在200-700Hz频带范围内优选工作频率。
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