旋转导向钻井系统的核心是导向钻井工具,其中近钻头传感器测量的井眼信息传输到随钻测量仪(LWD),进而上传到地面监控平台。传输过程中由于电子仓与LWD之间存在伺服平台相对旋转振动、套管和井壁的碰撞等干扰,无法用线缆直接相连。而井下声波传输利用沿钻杆传输的弹性波作为载波,进行井下信息无线传输,具有结构简单、成本低、适应性强等特点,可为井下无线信息传输研究提供新的方向。本文尝试从理论推导、仿真模拟计算与试验验证三个角度对载荷下短距离钻杆中声波传输特性进行分析,为级联钻杆声波传输特性的研究提供基础模型。理论推导主要介绍声波波动特性、声波在固体中传输的理论,同时根据实验室中声波传输试验平台,分析试验平台中载荷的稳态响应、钻杆结构阻尼以及声波在短距离钻杆中的传输特性。仿真模拟计算主要通过多物理场耦合分析软件,根据短距离钻杆实际参数,建立钻杆声波传输模型,模拟计算钻杆中传输的声波载波信号,分析声波载波仿真信号在钻杆中的传输特性。试验验证主要利用声波传输试验平台,进行声波在短距离钻杆中传输试验,测量钻杆接收端的声波信号,分析声波在短距离钻杆中的传输特性。通过对理论推导的结论、仿真模拟和试验测量的结果进行对比,验证声波在短距离钻杆中传输的特性并得出结论。试验结果表明:在初始条件下,当有载荷作用在短距离钻杆时,接收点的声波信号的包络是一条呈指数形式衰减的曲线,并稳定在新的平衡位置;当钻杆继续受载荷作用后,声波载波信号会在之前稳态的基础上衰减,最终逐渐衰减并稳定在初始状态,这与理论分析结论一致。避免激振频率与钻杆特征频率相近,防止钻杆产生共振影响声波传输,同时声波在短距离钻杆中传输时存在噪声和杂波干扰,经过仿真与试验结果对比一致,说明该建模方法有效。