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目前，将随钻声波测井从“声速测量”提升为“智能导钻”的瓶颈是井下数据的通讯速率太低，无法实现实时、有效的地层评价。用钻柱导波作为载体开展数据遥传是新颖的设想，具有部署成本低、信道容量大和场景适应性广等潜在优势，近年来受到国际石油工业界关注。然而，实现该技术应用的关键是掌握周期结构导波在充液井孔中的传播特性。
中国科学院声学研究所超声学实验室固体声学与深部钻测团队提出了针对井下数据遥传的钻柱声信道建模与仿真方法。该研究将二维随钻声场中的导波传播特性归结为轴向波数与激发函数的解析求解，并在此基础上建立了一维等效的传播矩阵信道模型，着重考虑了钻柱导波与流体导波（内、外斯通利波）在接箍处的相互转换作用。推导得到的全波信道函数可有效模拟周期钻柱在流固耦合柱面波导中的声响应特性。相关研究成果在线发表在《石油科学（英文版）》（Petroleum Science）上。
研究表明，相比于自由钻柱场景，充液井孔环境会导致钻柱声信道的通阻带分布发生根本性变化。钻柱声信道在时域上的多径时延反映到频域上则呈现出大尺度的频率选择性衰落，一方面表现为离散带隙的幅频特性，另一方面则是非线性失真的相频特性。而从传播机理上看，钻柱声信道的多径效应不仅是指载波信号沿多路径延迟到达，而且包含不同速度载波分量的耦合传输，这是由固-液分层波导的声学性质所决定的。本研究有助于推动钻柱导波通讯从理论走向实际应用。
研究工作得到国家自然科学基金和中科院科研仪器设备研制项目的支持。
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图1.钻柱声信道的一维等效示意图
图2.信道函数计算
图3.载波瞬态特征
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