测试管道12，所述测试管道7 —12以两种内壁粗糙度下选取三种内径尺寸管道为例，其内径尺寸与气体钻井常用钻具尺寸相同，在测试管道上不同传输距离位置设有声波信号采集点13，测试管道上还设有温度计14、压力表15和控压阀门16。
[0022]所述空气压缩机1、加热器2、储气罐3通过注气管线17连接测试管道系统，空气压缩机提供高压气源，加热器2给注入气体加温，气体从注气管线17进入测试管道，通过调节控压阀门的开度大小可调节测试管道内的压力，通过调节加热器可控制测试管道内的温度，模拟气体钻井过程中井下钻具内流动气体的高温高压环境。
[0023]可调式大功率声源4、计算机5也通过注气管线17连接测试管道系统，由计算机5输出所需的测试声波信号，驱动大功率声源4产生相应的声波信号，经过注气管线17进入测试管道，模拟气体钻井井下所产生的超强声波信号，大功率声源的设计需要具备一定的承压能力。
[0024]所述测试管道系统通过声波信号采集线18、数据传输线19连接多通道声卡6和计算机5，在不同测试条件下采用多通道同时采集的方法，将在每根测试管道上的声波信号采集点13采集到的声波信号，通过多通道声卡6传入计算机5，在计算机上进行信号的处理与分析工作。
[0025]利用上述装置对气体钻井钻柱内声波传输特性进行测试及分析的方法，包括如下步骤:
[0026](I)、驱动可调式大功率声源4，输入扫频声波信号，在测试管道内压力为标准大气压时采集不同内径尺寸和内壁粗糙度测试管道内不同测试点处的声波信号；
[0027](2)、打开空气压缩机1、储气罐3，通过压力表15和控压阀门16调节测试管道系统的压力，采集不同内径尺寸和内壁粗糙度测试管道内不同测试点处的声波信号；
[0028](3)、打开加热器2，通过温度计14调节测试管道系统的温度，在测试管道内压力为标准大气压时采集不同内径尺寸和内壁粗糙度测试管道内不同测试点处的声波信号；
[0029](4)、同时打开空气压缩机1、加热器2、储气罐3，调节测试管道系统的压力和温度，模拟气体钻井过程中的实际工况，采集不同内径尺寸和内壁粗糙度测试管道内不同测试点处的声波信号；
[0030](5)、多通道声卡6将采集到的声波信号传入计算机5，在计算机上进行信号的处理与分析工作；
[0031](6)对采集到的所有声波信号数据进行对比分析，可得出在不同工况条件下测试管道内声波信号传输的衰减规律和波导特性。
[0032]通过对比在不同测试条件下每根测试管道上不同采集位置的声波信号幅值进行分析，得到声波信号传输的衰减规律。
[0033]通过对比在不同测试条件下每根测试管道上不同采集位置的声波信号的频谱特性进行分析，得到波导特性。
【主权项】
1.一种气体钻井钻柱内声波传输特性的测试装置，主要由空气压缩机(1)、加热器(2)、储气罐(3)、可调式大功率声源(4)、计算机(5)、多通道声卡(6)、测试管道系统组成，其特征在于，所述测试管道系统包括小尺寸光滑内壁测试管道(7)、中尺寸光滑内壁测试管道(8)、大尺寸光滑内壁测试管道(9)、大尺寸粗糙内壁测试管道(10)、中尺寸粗糙内壁测试管道(11)、小尺寸粗糙内壁测试管道(12)，所述测试管道(7) —(12)的内径尺寸与气体钻井常用钻具尺寸相同，其不同传输距离位置设有声波信号采集点(13)，还设有温度计(14)、压力表(15)和控压阀门(16);所述空气压缩机(1)、加热器(2)、储气罐(3)通过注气管线(17)连接测试管道系统，可调式大功率声源(4)、计算机(5)也通过注气管线(17)连接测试管道系统，所述测试管道系统通过声波信号采集线(18)、数据传输线(19)连接多通道声卡(6)和计算机(5)。2.利用权利要求1所述的装置对气体钻井钻柱内声波传输特性进行测试及分析的方法，包括如下步骤: (1)、驱动可调式大功率声源(4)，输入扫频声波信号，在测试管道内压力为标准大气压时采集不同内径尺寸和内壁粗糙度测试管道内不同测试点处的声波信号； (2)、打开空气压缩机(1)、储气罐(3)，通过压力表(15)和控压阀门(16)调节测试管道系统的压力，采集不同内径尺寸和内壁粗糙度测试管道内不同测试点处的声波信号； (3)、打开加热器(2)，通过温度计(14)调节测试管道系统的温度，在测试管道内压力为标准大气压时采集不同内径尺寸和内壁粗糙度测试管道内不同测试点处的声波信号； (4)、同时打开空气压缩机(1)、加热器(2)、储气罐(3)，调节测试管道系统的压力和温度，模拟气体钻井过程中的实际工况，采集不同内径尺寸和内壁粗糙度测试管道内不同测试点处的声波信号； (5)、多通道声卡(6)将采集到的声波信号传入计算机(5)，在计算机上进行信号的处理与分析工作； (6)对采集到的所有声波信号数据进行对比分析，可得出在不同工况条件下测试管道内声波信号传输的衰减规律和波导特性。3.如权利要求2所述的对气体钻井钻柱内声波传输特性进行测试及分析的方法，其特征在于，所述步骤(6)声波信号传输的衰减规律，通过对比在不同测试条件下每根测试管道上不同采集位置的声波信号幅值进行分析得到。4.如权利要求2所述的对气体钻井钻柱内声波传输特性进行测试及分析的方法，其特征在于，所述步骤(6)波导特性，通过对比在不同测试条件下每根测试管道上不同采集位置的声波信号的频谱特性进行分析得到。
【专利摘要】本发明公开了一种气体钻井钻柱内声波传输特性的测试装置及方法，该装置主要由空气压缩机1、加热器2、储气罐3、可调式大功率声源4、计算机5、多通道声卡6、测试管道系统组成，空气压缩机1、加热器2、储气罐3和可调式大功率声源4、计算机5分别通过注气管线17连接测试管道系统，测试管道系统连接多通道声卡6和计算机5。通过采集不同内径尺寸和内壁粗糙度测试管道内不同测试点处的声波信号，在计算机上进行信号的处理与分析工作，可得出在不同工况条件下测试管道内声波信号传输的衰减规律和波导特性。本发明可模拟气体钻井过程中井下钻具内高温高压高速气体流动的实际工况，为建立气体钻井中以钻柱内气体为信道的随钻数据传输方法提供参考和依据。
【IPC分类】G01N29/04, G01N29/11
【公开号】CN105136904
【申请号】CN201510595973
【发明人】马骁, 孟英峰, 陈一健
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月17日