[發明專利]油井動液面遠程監測方法及系統

有效

• 申請號: 201510249874.5
• 申請日: 2015-05-15
• 公開（公告）號: CN104895556B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 李琨;韓瑩;黃海礁;佘東生;楊一柳;魏澤飛
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: E21B47/047
• 分類號: E21B47/047
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所(普通合伙)21225
• 代理人: 李輝

1.一種油井動液面遠程監測方法，其特征是步驟如下：

1)、由數據采集控制模塊Ⅰ采集安裝在油井井口的動液面回聲測量儀器所采集到的油井的動液面測量數據，由無線Zigbee模塊一通過無線網絡傳輸給無線Zigbee模塊二，然后數據采集控制模塊Ⅱ將接收的數據經交換機Ⅱ由無線AP從站模塊通過無線網絡遠程傳輸給無線AP主站模塊，再經交換機Ⅰ傳至動液面監測及數據處理服務器，由動液面監測及數據處理服務器接收采集到的動液面數據；

2)、采用集成識別的方法，即分別由基于經驗模態分解的方法即EMD方法和基于局部均值分解的方法即LMD方法以并行的方式同時對油井動液面反射波曲線進行識別；

2.1)基于EMD方法的油井動液面反射波曲線識別的主要步驟如下：

步驟a用x(n)表示油井動液面反射波曲線數據序列，其中n為數據序列中數據點的個數；將x(n)的所有的極大值點用三次樣條插值函數擬合，得到x(n)的上包絡線；同理，將x(n)的所有的極小值點用三次樣條插值函數擬合，得到x(n)的下包絡線；x(n)的上下包絡線的平均值記作m(n)，將原數據序列x(n)減去該平均值m(n)得到一個新的數據序列h₁(n)，即：h₁(n)＝x(n)-m(n)；

步驟b若h₁(n)滿足條件，則將該h₁(n)看作x(n)的第一個IMF分量，記為c₁(n)＝h₁(n)；若h₁(n)不滿足條件，說明它還不是一個本征模函數，使h₁(n)取代原數據序列x(n)，重復步驟a直至計算得到一個滿足條件的IMF分量，記為c₁(n)；

步驟c用x(n)減去c₁(n)得到剩余值數據序列，即：x₁(n)＝x(n)-c₁(n)；把x₁(n)作為一個新的待分解數據序列，重復步驟a和步驟b，依次提取出第2個、第3個直至第l個IMF分量，以及原數據序列的余項r_l(n)；當滿足終止條件時結束分解，終止條件為最新的數據序列不能再提取IMF分量；將原數據序列x(n)表示成l個IMF分量c_l(n)和一個余項r_l(n)的和，即：

步驟d去除分解后的高頻IMF分量，將剩余的低頻IMF分量和原數據序列的余項r_l(n) 求和進行數據序列的重構，得到新的數據序列，記為x’(n)，即：

其中，k表示所去除的高頻IMF分量的數量；

步驟e由于回聲聲波在傳遞過程中遇到油管間的接箍會發生反射，所形成的波形稱為接箍反射波，因此由接箍反射波計算回聲聲波的傳播速度；并將接箍反射波看成是周期性的信號，在接箍反射波形中選取連續的10個波形均勻、寬度相近的周期波形計算回聲聲波的傳播速度；設接箍反射波的周期為T，表示了回聲聲波在相鄰兩個油管接箍之間傳播時所用的時間；將所選取的10個連續波形中幅值最大的點作為基波信號點，假設其在油井動液面反射波曲線數據序列中為第N₁個點，那么接箍反射波的周期T由下式進行計算：

其中，N為油井動液面反射波曲線數據序列中所有點的數量，f_s為采樣頻率；

將周期T認為是回聲聲波在兩個接箍之間來回兩個油管長度路程所用的時間，則回聲聲波在油管中的傳播速度為：

其中，L為單根油管的長度；

將油井動液面反射波曲線數據序列中除去井口數據點和接箍反射波數據點后剩余的數據點中具有最大幅值的數據點記為回聲聲波遇到動液面發生反射的點，假設其在油井動液面反射波曲線數據序列中為第N₂個點，那么回聲聲波到達動液面處用的時間為：

那么，動液面的深度由下式進行計算，

2.2)基于LMD方法的油井動液面反射波曲線識別方法的主要步驟如下：

步驟A找到油井動液面反射波數據序列x(n)中所有的局部極值點，包括極大值點和極小值點，計算相鄰兩個極值點的平均值m_i和包絡估計值a_i，分別為：

其中，J_i為數據序列中的局部極值點；

對所有平均值m_i以及包絡估計值a_i，分別用直線將相鄰兩點連接起來形成兩條折線，采用三次樣條插值分別對兩條折線進行平滑處理，得到局域均值函數m₁₁(n)和包絡估計函數a₁₁(n)；

步驟B將得到的局域均值函數m₁₁(n)從油井動液面反射波數據序列中分離出來，得到：h₁₁(n)＝x(n)-m₁₁(n)；用h₁₁(n)除以包絡估計函數a₁₁(n)，對h₁₁(n)進行解調，有：

步驟C將s₁₁(n)看作新的數據序列，重復步驟A，得到s₁₁(n)的包絡估計函數a₁₂(n)，如果a₁₂(n)不等于1，說明s₁₁(n)不是一個純調頻信號，重復步驟A和步驟B直到得到的包絡估計函數為1時停止，假設重復k次后滿足要求，k≥1，記為a_1k(n)＝1；此時，重復第k次的新的數據序列s_1k(n)滿足純調頻信號，得到的第一個PF分量可以由下式表示，

PF₁＝a₁(n)·s_1k(n)(10)

其中，a₁(n)為重復k次過程中產生的所有包絡估計函數相乘得到的第一個PF分量的包絡信號；由下式計算，

a₁(n)＝a₁₁(n)a₁₂(n)…a_1k(n)(11)

步驟D用x(n)減去PF₁(n)產生新的數據序列x₁(n)，即：x₁(n)＝x(n)-PF₁(n)，重復步驟A至步驟C，依次提取出第2個、第3個直至第p個PF分量，以及原數據序列的殘余項u_p(n)，此時u_p(n)為一個純調頻信號；那么，將原數據序列x(n)表示成p個PF分量PF_p(n)和一個殘余項u_p(n)的和，即：

步驟E找到數據序列x(n)經過LMD方法分解后的虛假PF分量，將其去除掉，用剩余的PF分量和殘余項進行油井動液面反射波數據序列的重建；由于數據序列中的異常數據和噪聲一般存在于高頻分量中，因此將LMD方法分解后的高頻分量作為虛假PF分量；

步驟F將剩余的PF分量和原數據序列的殘余項u_p(n)求和進行數據序列的重構，得到新的數據序列，記為x”(n)，即：

其中，v表示所去除的高頻PF分量的數量；

步驟G按照EMD方法中的步驟e的方法計算動液面深度；

3)、將兩種方法的計算結果取平均值，得到動液面深度的最終結果。