Page 117 - 《应用声学》2021年第5期

第 40 卷 第 5 期 邹晓晶等： 随钻新型隔声体的声学性能研究 761

the sound insulation effect of the new grooved structure was better than that of the traditional grooved structure
in the calculated frequency range. Then we analyzed the STC processing of the new grooved structure at the
source frequencies (17 kHz and 22 kHz) with the best sound insulation effect under the band calculation and
frequency response curve calculation. We finally compared the STC signal processing of the new grooved
structure and the conventional grooved structure at the source frequency of 17 kHz. It can be found that the
new groove structure can better extract the refracted shear waves and compressional waves when the sound
source frequency is 17 kHz.
Keywords: Bandgap; Finite element method; Frequency response curve; Signal processing

隔声体设计中也是一种可行的思路。Su等 [14−15] 介
0 引言
绍了一种不需要刻槽的钻铤波隔振器设计方法，通
随钻声波测井技术自20世纪90年代出现后 [1] ， 过数值模拟的结果可以得到指定宽度的带隙。Yang
由于其具有的实时性、地质导向、不依靠仪器重力 等 [16] 基于声学超表面提出渐变刻槽 (渐变凹槽深
牵引等优越性，迅速成为油气勘探领域的主流选择， 度) 和小尺寸刻槽结构，发现也可以对钻铤波有很
特别是在大斜度井和水平井中被普遍采用。与传统 好的削弱作用。不同于传统的隔声体设计思路，Ji
电缆测井不同，随钻声波测井时沿厚壁钻铤传播的 等 [17] 提出了一种减弱钻铤波的方法 ——通过使用
幅度较大的钻铤波，给地层纵横波的提取造成了很 含有与钢钻铤材料不同夹层的钻铤来实现。但上
大麻烦。自从 Legget 等 [2] 报道在钻铤表面刻槽可 述钻铤隔声体设计方案的有效性并未得到进一步
以有效阻隔钻铤波起，随钻测井隔声体的设计成为 证明。
了众多学者研究的课题。传统的刻槽有外刻槽、内 针对上述隔声方式的局限性，本文基于声子晶
刻槽、内外刻槽隔声体等结构，文献 [3–5] 的研究表 体理论设计一种新型隔声体，将其与传统刻槽结构
明，刻槽隔声体的隔声效果受到凹槽的长度、深度、 隔声效果进行对比。首先利用有限元软件计算了传
间隔、对称性、数目、钻铤壁厚以及截面形状的影响。 统刻槽结构和新型刻槽结构的能带曲线，并进行对
Yang 等 [6] 发现相比于外刻槽结构，内刻槽可以同 比讨论。其次利用傅里叶变换，计算了频响曲线。然
时减少钻铤波的高频和低频部分。然而，在实际应 后对比了 17 kHz 和22 kHz 中心声源频率下新型刻
用中，各种地层提取清晰的纵波仍然是一项艰巨的 槽结构的时间慢度相关 (Slowness time coherence,
工作，现有的传统刻槽结构在某些情况下依然无法 STC) 法处理信息。最后分析了在声源频率 17 kHz
有效地获得准确的纵横波速度，有必要进一步探索 情况下，不同刻槽结构的STC信号处理对比。
新的钻铤波隔声方法。
随着信号检测能力的提升，随钻震电测井也成 1 能带计算
为了新兴的勘探技术。Zhu等 [7] 最早提出了随钻震

电测井的设想。Guan 等 [8] 通过理论计算证明了这 传统的钻铤隔声需要在钻铤表面刻槽。刻槽方
一想法的可行性，计算结果表明：在单极源激励的全 式一般有外刻槽、内刻槽和内外环形刻槽这几种，
波形中，钻铤波诱导电信号相对于其他波组的幅值 图 1 为外刻槽结构示意图。通常情况下，这些刻槽
比声场中的明显减弱。利用这一特点可以有效削弱 结构为周期结构，周期结构的最小单位是单胞。外
钻铤波的影响。最近王军等 [9] 经过实验研究进一步 刻槽结构、内刻槽结构和内外环形刻槽结构的单胞
验证了随钻动电测井技术可以有效抑制钻铤波。但 如图 2 所示 [18] 。d 是刻槽的深度，w 是刻槽的宽度，
在实际测井勘探中，震电信号衰减很快，进一步的应 s是刻槽的间距。在不影响钻探性能的情况下，钻铤
用受到了一定的限制。 刻槽尺寸可以在合理范围内变化，不同的尺寸对隔
近年来，随着工程减振隔声的发展，声子晶 声体的隔声效果有不同的影响。为便于比较，下文
体作为人造周期性结构材料得到了很广泛的应 所计算的刻槽结构均为 10个周期，将传统刻槽结构
用 [10−13] 。将声子晶体带隙的思想应用到随钻测井 的d、w 和s分别设置为0.012 m，0.09 m和0.09 m。