[发明专利]一种用于获得测井电缆频率响应特性的仿真方法

权利要求书

1.一种用于获得测井电缆频率响应特性的仿真方法，其特征在于，实现为：选定一系列频率，在每个频率处均进行有限元素法与时域有限差分法的仿真计算，先使用有限元素法，获得该频率下电缆的分布参数，再使用时域有限差分法，获得该频率下电缆的频率响应；综合所有频率的频率响应结果，得到测井电缆的总频率响应，具体实现如下：

(1)根据测井电缆的几何位形与构成材料，对其横截面进行二维建模；并对此横截面模型采用有限元素法，计算它在几种特定物理条件下的电磁场能量，从而获得测井电缆的分布参数；

(2)根据步骤(1)求得的分布参数结果，对测井电缆进行时域有限差分法计算，算出当前工作频率下，正弦信号在电缆上的传输情况，所述传输情况是指此信号作为电缆的输入时，电缆上每一点处的电压与电流值，关于时间的变化关系；

(3)根据步骤(2)求得的数值结果，对比电缆首、尾两端的、特定缆芯的电压值的幅度，将两者相除，即得到前一缆芯对后一缆芯的幅度响应；同理，对比相位也得到相位响应。

2.根据权利要求1所述的用于获得测井电缆频率响应特性的仿真方法，其特征在于，所述步骤(1)中，有限元素法实现如下：

(1)建立测井电缆的横截面模型，将横截面区域划分成若干三角形网孔，将仿真的各根测井缆芯编号为1到N，进行有限元素法计算，为求出所有测井电缆的分布电容、分布电导、分布电感、分布电阻四项分布参数，进行两种有限元分析，一是电场有限元分析，另一是磁场有限元分析；

(2)电场有限元分析如下：进行多次频域上的电场有限元分析，使用如下电磁场迭代方程：

其中μ是介质的磁导率，是磁矢势，σ为介质的电导率，ω为角频率，ε为介质的介电常数，V为电势；

将缆芯i的表面电势固定为V₀，其余缆芯与铠装的表面电势固定为零，通过有限元分析得出整个横截面上的电势V，计算出空间电场能量W_e，从而计算出缆芯i的自电容C_ii，

将缆芯i与缆芯j的表面电势均固定为V₀，其余缆芯与铠装的表面电势固定为零，计算出缆芯i和缆芯j之间的互电容C_ij，

求出了每一根缆芯的自电容，以及每两根缆芯之间的互电容，得到分布电容矩阵C,见下公式：

然后通过下式：

G＝2πfCtan(δ)

计算出分布电导矩阵，其中δ是测井电缆绝缘填充物的介质损耗角,f是当前频率，G是分布电导矩阵，C是分布电容矩阵；

(3)磁场有限元分析如下：进行一系列频域中内容上的磁场有限元分析，使用如下电磁场迭代方程：

给缆芯i通上经由铠装返回的电流I₀，其余缆芯不通电流，通过有限元分析得出整个横截面上的电流密度计算出空间总焦耳热功率P和W_m，从而计算出缆芯i的自电阻R_ii和自电感L_ii：

给缆芯i通上电流I₀，给缆芯j通上电流-I₀，其余缆芯与铠装不通电流，计算出缆芯i与缆芯j之间的互电阻R_ij和互电感L_ij：

至此，已用有限元素法求出所有分布参数。