隔声结构的设计方法及钻铤技术

本发明专利技术公开了一种隔声结构的设计方法及钻铤，该方法包括：获取无刻槽结构钻铤接收到的源距为TR的声源发出的钻铤波信号；根据所述钻铤波信号以及源距确定欲在所述无刻槽结构钻铤的内壁和外壁之间设置的空腔的个数n；所述空腔沿轴向排列，为中空结构；根据空腔个数n确定n个空腔中每个空腔的轴向长度；其中，每两个相邻空腔之间的间距为所述两个相邻空腔中较大的轴向长度的2倍。

【技术实现步骤摘要】
隔声结构的设计方法及钻铤
本公开涉及石油测井
，尤其涉及隔声结构的设计方法及钻铤。
技术介绍
钻铤处于钻柱的最下部，是下部钻具组合的主要组成部分。其主要特点是壁厚大(一般为38-53mm，相当于钻杆壁厚的4-6倍)，具有较大的重力和刚度。钻铤的主要作用是给钻头施加钻压，保证压缩条件下的必要强度，减轻钻头的震动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳，控制井斜。随钻声波测井仪器工作时声源激发出一种沿着钻铤传播的导波。若不作隔声处理，钻铤波将会在测量信号中占主导地位，从而严重干扰地层波速的测量。迄今为止，所有的随钻声波隔声技术主要有两种，一种是在发射和接收换能器之间周期性刻槽的方法来阻隔沿着钻铤传播的波，例如，可以在钻铤内表面、外表面或内外表面同时刻槽；另一种设计方案是利用长度大于声波波长的不同横截面积、不同固有阻带的钻铤加以组合来拓宽有效隔声阻带，例如，采用长度大于波长的变径钻铤组合实现隔声。随钻声波测井仪器的水眼作为泥浆流通的通道，在整个钻井过程中，始终有泥浆流通。泥浆遇到不规则突变截面(例如钻铤内壁的凹槽、钻铤内壁变径处)会产生涡流，长期冲蚀会导致随钻声波测井仪器钻铤隔声部位产生腐蚀或裂纹。长期冲蚀导致钻铤强度减弱，严重时会引起钻井安全事故。另外随钻声波仪器的造价昂贵，由于这种冲蚀损伤时无法修复的，从而造成极大的经济损失。
技术实现思路
本公开实施例提供了一种隔声结构的设计方法，应用于无刻槽结构钻铤，包括：获取无刻槽结构钻铤接收到的源距为TR的声源发出的钻铤波信号；根据所述钻铤波信号以及源距确定欲在所述无刻槽结构钻铤的内壁和外壁之间设置的空腔的个数n；其中，n为自然数；所述空腔沿轴向排列，为中空结构；根据空腔个数n确定n个空腔中每个空腔的轴向长度；其中，每两个相邻空腔之间的间距为所述两个相邻空腔中较大的轴向长度的2倍。一种示例性的实施例中，上述方法还具有下面特点：根据所述钻铤波信号以及源距确定欲在所述无刻槽结构钻铤的内壁和外壁之间设置的空腔的个数n，包括：根据所述钻铤波信号计算所述钻铤波信号的频谱曲线；根据所述频谱曲线确定最小隔声频率fmin和最大隔声频率fmax；根据所述fmin和fmax确定所述空腔的轴向最大长度L_max和轴向最小长度L_min；根据所述源距TR、所述空腔的轴向最大长度和轴向最小长度确定所述空腔的个数n。一种示例性的实施例中，上述方法还具有下面特点：所述根据所述钻铤波信号计算所述钻铤波信号的频谱曲线，包括：对所述钻铤波信号进行频谱分析，并进行FFT傅里叶变换得到所述频谱曲线。一种示例性的实施例中，上述方法还具有下面特点：所述根据所述频谱曲线确定最小隔声频率fmin和最大隔声频率fmax，包括：将所述频率曲线上两个幅度最大值所对应的频率确定为fmin和fmax。一种示例性的实施例中，上述方法还具有下面特点：根据所述fmin和fmax确定所述空腔的轴向最大长度L_max和轴向最小长度L_min，包括：按照如下公式计算L_max和L_min：L_max＝v/4fmin；L_min＝v/4fmax；其中，所述v表示所述钻铤波信号的传播速度。一种示例性的实施例中，上述方法还具有下面特点：根据所述源距TR、所述空腔的轴向最大长度和轴向最小长度确定空腔的个数n，包括：按照如下公式计算空腔的个数n：一种示例性的实施例中，上述方法还具有下面特点：根据所述fmin和fmax和空腔个数n确定n个空腔中每个空腔的轴向长度，包括：按照如下公式确定每个空腔的轴向长度Li：fstep＝(fmax-fmin)/n；其中，i为整数，0<i≤n。一种示例性的实施例中，上述方法还具有下面特点：获取无刻槽结构钻铤接收到的源距为TR的声源发出的钻铤波信号，包括：通过建立所述无刻槽结构钻铤在流体域中的三维有限差分模型或有限元模型，将数值模拟所述三维有限差分模型或有限元模型接收的钻铤波信号作为无刻槽结构钻铤接收到的源距为TR的声源发出的钻铤波信号。一种示例性的实施例中，上述方法还具有下面特点：所述空腔的形状为环形。本公开还提供了一种钻铤，包括无刻槽结构钻铤和隔声结构；所述隔声结构包括多个空腔，其中，所述空腔为位于所述无刻槽结构钻铤的内壁和外壁之间的中空结构；所述多个空腔沿轴向排布在所述无刻槽结构钻铤的内壁和外壁之间，每两个相邻空腔之间的间距为所述两个相邻空腔中较大的轴向长度的2倍；其中，所述空腔的个数n和每个空腔的轴向长度根据隔声结构的设计方法确定。附图说明图1为本公开实施例的隔声结构的设计方法的流程图。图2为本公开实施例的源距为TR的钻铤波的频谱曲线示例。图3为本公开实施例的测井装置示例。图4a为本公开实施例的隔声结构的时域波形示例。图4b为本公开实施例的隔声结构的频谱曲线示例。图4c为本公开实施例的隔声结构的声衰减曲线示例。图5为为本公开实施例的钻铤示例。具体实施方式为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本公开的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。图1为本公开实施例的隔声结构的设计方法的流程图，所述隔声结构属于钻铤，所述钻铤还包括无刻槽结构钻铤，所述隔声结构包括设置在所述无刻槽结构钻铤的内壁和外壁之间的空腔。如图1所示，本实施例的隔声结构的设计方法包括：S11、获取无刻槽结构钻铤接收到的源距为TR的声源发出的钻铤波信号。S12、根据所述钻铤波信号以及源距确定欲在所述无刻槽结构钻铤的内壁和外壁之间设置的空腔的个数n，所述空腔沿轴向排列，为中空结构。S13、根据空腔个数n确定n个空腔中每个空腔的轴向长度，每两个相邻空腔之间的间距为所述两个相邻空腔中较大的轴向长度的2倍。其中，无刻槽结构钻铤是指钻铤的内壁和外壁没有刻槽也没有变径的钻铤。一种示例性的实施例中，n个空腔可以按照轴向长度依次递增或递减的顺序沿轴向排列；其他示例性的实施例中，n个空腔可以沿轴向乱序排列。一种示例性的实施例中，根据所述钻铤波信号以及源距确定欲在所述无刻槽结构钻铤的内壁和外壁之间设置的空腔的个数n，包括：根据所述钻铤波信号计算所述钻铤波信号的频谱曲线；根据所述频谱曲线确定最小隔声频率fmin和最大隔声频率fmax；根据所述fmin和fmax确定所述空腔的轴向最大长度L_max和轴向最小长度L_min；根据所述源距TR、所述空腔的轴向最大长度和轴向最小长度确定所述空腔的个数n。其中，n为自然数。一种示例性实施例中，可以通过其它方式确定最小、最大隔声频率；或可以通过其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔声结构的设计方法，应用于无刻槽结构钻铤，包括：/n获取无刻槽结构钻铤接收到的源距为TR的声源发出的钻铤波信号；/n根据所述钻铤波信号以及源距确定欲在所述无刻槽结构钻铤的内壁和外壁之间设置的空腔的个数n；其中，n为自然数；所述空腔沿轴向排列，为中空结构；/n根据空腔个数n确定n个空腔中每个空腔的轴向长度；/n其中，每两个相邻空腔之间的间距为所述两个相邻空腔中较大的轴向长度的2倍。/n

【技术特征摘要】
1.一种隔声结构的设计方法，应用于无刻槽结构钻铤，包括：
获取无刻槽结构钻铤接收到的源距为TR的声源发出的钻铤波信号；
根据所述钻铤波信号以及源距确定欲在所述无刻槽结构钻铤的内壁和外壁之间设置的空腔的个数n；其中，n为自然数；所述空腔沿轴向排列，为中空结构；
根据空腔个数n确定n个空腔中每个空腔的轴向长度；
其中，每两个相邻空腔之间的间距为所述两个相邻空腔中较大的轴向长度的2倍。


2.如权利要求1所述的方法，根据所述钻铤波信号以及源距确定欲在所述无刻槽结构钻铤的内壁和外壁之间设置的空腔的个数n，包括：
根据所述钻铤波信号计算所述钻铤波信号的频谱曲线；
根据所述频谱曲线确定最小隔声频率fmin和最大隔声频率fmax；
根据所述fmin和fmax确定所述空腔的轴向最大长度L_max和轴向最小长度L_min；
根据所述源距TR、所述空腔的轴向最大长度和轴向最小长度确定所述空腔的个数n。


3.如权利要求2所述的方法，所述根据所述钻铤波信号计算所述钻铤波信号的频谱曲线，包括：
对所述钻铤波信号进行频谱分析，并进行FFT傅里叶变换得到所述频谱曲线。


4.如权利要求2所述的方法，所述根据所述频谱曲线确定最小隔声频率fmin和最大隔声频率fmax，包括：
将所述频率曲线上两个幅度最大值所对应的频率确定为fmin和fmax。


5.如权利要求2所述的方法，根据所述fmin和fmax确定所述空腔的轴向最大长度L_max和轴向最小长度L_min，包括：
按照如下公式计算L_ma...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志峰，刘西恩，仇傲，黄涛，陈鸣，王晓飞，李杰，彭凯旋，罗博，赵龙，
申请(专利权)人：中国海洋石油集团有限公司，中海油田服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11