本文以提高随钻测量钻井液连续波信息传输系统的传输速率为目的,围绕连续波发生器的设计和信号传输特性展开了若干关键问题的研究。在连续波发生器转阀阀口形状设计与优化、连续波发生器负载特性分析、连续波发生器转阀冲蚀预测与缓解、连续波发生器机械结构与控制系统设计、钻井液信道中信号的反射与叠加几个方面取得了较大研究进展,并且针对信号波形、水力转矩与信号的反射叠加开展了地面水力环路与风洞模拟实验研究。主要研究进展总结如下:1转阀阀口形状设计与优化根据信号与系统的基本理论确定了与连续波发生器转阀设计有关的几个特征量,在最小、最大开度准则的基础上提出了相关系数最大的设计准则;建立了不同阀口形状的转阀通流面积的参数化计算模型,根据最小、最大开度准则和相关系数最大准则建立了转阀阀口形状的优化模型,并进行了优化,理论分析表明优化结果可以获得较理想的信号波形;根据通流面积参数化计算模型的启示,提出了一种理论上可以获得理想正弦波的曲线阀口的设计方法,并进行了风洞实验,结果表明该曲线阀口可以获得较好的正弦波信号;分析了定转子轴向间隙、信号频率对压力波信号品质的影响规律,通过对非定常伯努利方程的分析解释了实验中所发现的压力波信号幅值随频率的增加而有所下降的现象。2连续波发生器的负载特性分析提出了大开度双边节流口射流角的计算方法,为通过理论计算作用在转阀上的水力转矩提供了基础;根据射流的基本理论,在动量矩定理的基础上,推导了作用在转阀上的水力转矩的理论计算公式;并用CFD数值仿真研究了各种因素对转阀水力转矩的影响规律,即,作用在转阀上的水力转矩随信号频率的增加而增加、随定转子轴向间隙、转阀阀瓣个数的减小而增加;分析了不同信号调制方式下作用在转阀上的惯性转矩,结果表明对于相位调制方式惯性转矩与信号频率的平方成正比,与阀瓣的个数成反比;通过CFD数值仿真找出了出现反向轴向力的位置与力的大小,为信号发生器的结构设计提供指导。3转阀的冲蚀预测与缓解本文利用Fluent中的UDF解决了转阀三维冲蚀变形的预测问题,结果表明,考虑冲蚀变形的冲蚀预测在冲蚀的初始阶段与没有冲蚀变形的冲蚀预测结果相差不大,随着阀口冲蚀变形的增加,转子上冲蚀最严重的位置从阀口棱边转移到阀瓣侧壁上;利用固体颗粒在非牛顿流体中的曳力公式来计算固体颗粒在钻井液中的运动轨迹,结果表明,钻井液的非牛顿特性对其中的固体颗粒运动轨迹影响显著;建立了钻井液中粒度小于40微米固体颗粒的冲蚀预测模型,计算结果与离散相模型的结果叠加,可以获得较好的预测结果;针对连续波发生器工作过程中存在的堵塞、冲蚀问题,利用液压流体力学的基本理论,提出了节流口串联的转阀结构形式,研究结果表明,节流口串联的结构形式可以增大转阀的最小通流面积,降低流过转阀的钻井液流速,从而减少堵塞发生的概率,减弱了钻井液与固体颗粒对转阀的冲蚀作用。4连续波发生器的结构与控制系统设计在转阀阀口形状与转阀负载转矩研究的基础上进行了连续波发生器的结构设计;在正脉冲信息传输系统的通信协议基础上构思了用于连续波信息传输的通信协议,并在通信协议的基础上构思了连续波发生器的整体控制流程;进行了驱动电机控制系统的硬件与软件的设计;建立了连续波发生器的动态仿真模型,分析了不同控制方式的动态特性,结果表明包含速度特性的位置闭环控制方式可以获得较准确的相位调制信号和较小的动态转矩。5连续波信号的传输特性分析连续波信号的传输特性是连续波信息传输成败的关键环节,信号衰减是连续波信息传输中的固有问题、不可避免,而信号的反射与叠加却是一把双刃剑,运用、处理不当就会导致信息传输失败,反之则可以改善信息的传输条件,提高信息的传输速率。本文建立了钻井液信道的多层耦合传输模型,分析了多层耦合作用对压力波传播速度的影响;建立了钻头的反射模型,分析了钻头反射对转阀上游信号的影响;建立了复杂管路的传递函数模型,利用所建立的传递函数模型可以组装成不同的钻井液信息传输通道来预测地面接收到信号的频谱,为连续波信号载波频率的选择提供依据。6连续波信息传输系统的模拟实验研究在储建学院多相流实验环路的基础上进行了连续波信息传输系统地面实验环路的设计与改造;进行了风洞实验的相似设计与数据采集系统的软件设计;进行了压力波信号波形实验,实验结果表明:曲线阀口可以获得较理想的压力信号波形,CFD计算结果与实验结果基本相符;进行了作用在转阀上的水力转矩实验,分析了影响转阀水力转矩的几种因素;进行了压力波信号的反射、叠加实验,分析了连续波信号发生器启动过程对压力波信号的影响,分析了压力波信号的主要反射源——钻头处的反射特性,结果表明钻头处的反射边界近似为闭口反射边界。