지중 원격 음파통신 시뮬레이션 연구

A Study on the Simulation of Underground Acoustic Telemetry

머드 유동 압력파를 이용한 기존의 통신방식은 속도가 1-2 bps 수준으로서 통신에 소요되는 시간이 길어 실시간 제어가 불가능한 수준이다. 통신 속도를 10배 이상 향상시키기 위한 음파통신 방식은 상용화되기는 하였으나 가격이 비싸 이용이 제한적이고 응용 사례도 많지 않다. 본 연구는 해당 설비에 해당하는 시뮬레이터를 개발하여 실제 시험 결과와 유사하게 성능을 개발하였다. 드릴 파이프를 통한 음파 통신 모사를 위해 머드에 의한 마찰 감쇠를 모사할 수 있는 지배 방정식을 제안하고 수치해석 모델을 개발하였다. 감쇠 계수는 시추 현장에서의 음파 에너지 감쇠율과 비교하여 보정하였다. 개발된 수치해석 모델을 대상 QPSK 변조 방식의 통신 알고리즘을 적용하여 지상부에서 통신 에러율 0.04% 수준의 우수한 성능을 확인하였다. 이는 아직 노이즈가 혼입되지 않은 조건에서의 통신 성능이며 이를 적용하기 위해 현장 노이즈 데이터를 확보하여 혼입을 위한 실제 노이즈 신호를 재생하는 기술을 확립하였다.

The conventional communication method using mud flow pressure waves has a speed of 1-2 bps, so it takes a long time to communicate, making real-time control impossible. Although the sound wave communication method for improving the communication speed by 10 times or more has been commercialized, its use is limited due to its high price and there are not many application cases. In this study, the simulator corresponding to the facility was developed to develop performance similar to the actual test results. For simulating sound wave communication through a drill pipe, we proposed a governing equation that can simulate friction damping by mud and developed a numerical analysis model. The attenuation factor was corrected by comparing it with the attenuation rate of sound wave energy at the drilling site. The developed numerical analysis model was applied to the QPSK modulation type communication algorithm to confirm the excellent performance of the communication error rate of 0.04% in the ground. This is the communication performance under the condition that noise has not been mixed yet, and in order to apply it, the technology of reproducing the actual noise signal for mixing by securing the field noise data was established.