A Study on Wave Propagation in Drilling Boreholes at Low Frequencies

석유시추공에서의 저주파음향의 전달에 관한 연구

To understand how low-frequency sound waves propagate axially in drilling boreholes, the propagation modes and speeds including the effect of interaction among layers are obtained by analyzing an infinitely-long, uniform, and cylindrically multi-layered waveguide which is consisted of fluid layers and solid layers. Assuming low frequency(wave length considered is very long compared to the borehole diameter), axisymmetry, non-viscosity, and etc., analytical solutions are obtained. Also, sound reflection due to the changes in the cross section is analyzed. Results for typical drilling boreholes show the usefulness of the method developed in this research, and are compared with FEM results showing good agreements.

석유시추공에서 저주파음향의 전파특성을 파악하기 위하여, 무한히 길고, 균일한 단면을 갖고, 유체와 고체로 구성된 원통형 다층 음향도파관에 대한 이론적 해석을 수행하여, 각 층들의 연성작용을 고려한 음향의 전파모드, 전파속도를 구했다. 저주파수(음향파의 파장이 시추공 지름에 비해 매우 크다), 축대칭, 비점성유체 등의 가정을 함으로써 해석적 해를 얻을 수 있었다. 또한 그 결과를 이용하여 단면의 변화가 있는 곳에서의 반사를 해석하는 기법을 제시하였다. 각 층간의 연성이 심한 경우와 연성이 무시될 수 있는 경우에 대한 실제 해석을 통하여 본 기법의 유용성을 확인하였으며, 유한요소법으로 해석한 결과와의 비교를 통하여 본 기법을 검증하였다.