Page 136 - 《应用声学》2020年第5期

778 2020 年 9 月

ᨛᨿฉ ႍ᭧ங࠱ฉ 4 kHz ∼ 12 kHz。钻铤波能量的传播速度主要取决
5.0 于群速度，而钻铤波在 4 kHz ∼ 12 kHz 范围内的群
速度是高度频散的，不同频率部分钻铤波的能量传
ູᡰ/m 4.5 播速度也就不同，而能量幅度主要取决于该频率成
分在频谱中的幅度。由于接收波形的频谱幅度在
11 kHz附近达到最大，而钻铤波在11 kHz时的群速
度约为 3500 m/s，所以在 1 ms 时刻时的波场快照
4.0 中，钻铤波在钻铤3.5 m处附近有最大能量。钻铤内
ளᤰѾฉ
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 径为0.027 m，钻铤外径为0.09 m。由图5(b)可以明
௑ᫎ/ms
显看到，钻铤波能量分布的峰值确实是偏向于钻铤
(a) 4~5 mູᡰॆʷӑฉॎ
内径。
1400
本文首先计算了凹槽深度为 2 cm 时内外刻槽
1200 后钻铤外表面 4 m 源距处接收波形。为了便于比较
ਥए/(µsSm -1 ) 1000 ளᤰѾฉ St
800

600
Ss
400 ᨛᨿฉ ᨛᨿ
Sp
200 ืʹ
߹ᎿӜᦡࡏ
0 1 2 3 4
ڡࡏ
௑ᫎ/ms
(b) ௑ᫎਥएᄱТڏ
图 3 钻铤在无限大流体中单个凹槽隔声体后数值
模拟 (a) کӉЯ҉യ (b) کӉܱ҉യ
Fig. 3 Numerical simulation of drill collars with a 图 4 井孔地层中均匀内刻槽和外刻槽的隔声体计
single groove acoustic isolator in an infinite fluid 算模型
Fig. 4 Acoustic isolator calculation model of uni-
3 钻铤在井孔地层中的数值模拟 form internal and external grooves in borehole for-
mation
为了突出刻槽对钻铤波的散射特征，上述算例
1.2
中只考虑钻铤放在无限大流体中，但是实际上地层 А໏ᨛᨿ: t=1 ms 4
也会影响钻铤波的幅度 [12] ，所以下面考虑钻铤在地 य़ՔͯᎶ/m ஊܸ ܦԍ/Pa
层井孔中的情况。文献[10,12]表明内刻槽在特定频 2
率范围内好于外刻槽，这个结论实际上只是考虑了 0
0 1 2 3 4 5
凹槽深度在 2 cm 的情况。本文研究凹槽深度变化 ᣉՔᡰሏ/m
时内外刻槽在一定频段内的隔声性能好坏。 (a) А໏ᨛᨿښட˔ᝠካӝ۫
0.09
图4 为钻铤放置于无限大地层中的均匀内外刻 4
槽的计算模型。图 4(a) 为均匀内刻槽模型；图 4(b) य़ՔͯᎶ/m 0.06
为均匀外刻槽模型，凹槽宽度和凹槽间隔均为 0.027 2 ܦԍ/Pa
0.1 m，凹槽个数同为 10。图 5(a) 给出中心频率
0 2 3 4 5 0
8 kHz 时钻铤波波能量在钻铤中的分布， 波场 ᣉՔᡰሏ/m
快照中的能量用波场计算结果中的径向应力来 (b) ౽ʷӝ۫ᄊஊܸڏ
表征。图 5(b) 为图 5(a) 中红框区域的能量分布放 图 5 波场快照图
大图。此时声源主频为 8 kHz，频率范围主要在 Fig. 5 Snapshot of wave field