[發明專利]基于低頻窄帶噪聲激振和多傳感器融合的油井動液面測量方法

有效

• 申請號: 202110273862.1
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113108870B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 李銳;冉超;楊平安;羅久飛;馮松;鄭明軒;李靖;張彬;李海青
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G01F23/296
• 分類號: G01F23/296
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 盧勝斌

1.一種基于低頻窄帶噪聲激振和多傳感器融合的油井動液面測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、揚聲器(1)安裝于油井套管口，聲傳感器組(2)安裝于靠近套管口處，且所述揚聲器(1)和聲傳感器組(2)均與油井套管(3)中心軸線平齊；

S2、通過揚聲器(1)發出低頻窄帶噪聲對油套環空氣柱進行激振，由聲傳感器組(2)采集多組包含噪聲和空氣柱共振的混合信號，對各信號進行功率譜估計，得到多組功率譜信號；

S3、對每組功率譜信號進行滑動平均濾波得到其低頻包絡曲線，結合譜減法濾除頻率信號中的低頻干擾，輸出信號即為包含共振諧波和噪聲的頻率信號，而當某一傳感器數據異常時，輸出信號中只含有噪聲的頻率信號；

S4、對濾除低頻干擾的功率譜信號進行數據一致性檢驗，剔除異常數據，包括對輸出信號做自卷積計算，再進行分段處理，并分別計算分段信號頻譜的諧波特征，諧波特征越大表示該段信號中的共振諧波信號越強，從而確定共振諧波信號的分布頻段范圍；分段信號頻譜的諧波特征表示為：

其中，HE為六階矩值，即分段信號頻譜的諧波特征；S_i為信號S的第i個數據，為信號S的均值，σ為信號S的標準差，M為信號分段個數；

S5、對確定的共振信號頻段進行頻段重合度和頻譜相干性檢驗，當兩組傳感器信號間重合度和相干性越大時，認為兩個傳感器的觀測數據越融合，兩組數據間的融合度就越高，選取高于設定閥值的多組數據進行處理；對確定出的共振諧波信號進行頻段重合度檢驗時，若傳感器1功率譜信號頻段范圍為A，傳感器2功率譜信號頻段范圍為B，則重合度CD表示為：

且當A∈B或B∈A時，CD＝1；

其中，∪為取兩個頻段范圍的并集，∩為取兩個頻段的交集，L(·)為計算區間長度算子；

進行頻譜相干性檢驗時，若傳感器1的功率譜信號其頻譜為X，傳感器2功率譜信號頻譜為Y，則頻譜相干系數CF表示為：

其中，X_i表示信號X的第i個數據，為信號X的均值；Y_i表示信號Y的第i個數據，為信號Y的均值，N為信號X和信號Y的總數據點數

S6、對于融合度最高的多組數據進行互相關計算，增強共振諧波信號的信噪比，再通過快速傅里葉變換計算出共振諧波波動次數；

S7、由共振諧波波動次數和動液面深度的數學關系計算出油井液面的深度。

2.根據權利要求1所述的一種基于低頻窄帶噪聲激振和多傳感器融合的油井動液面測量方法，其特征在于，揚聲器(1)所發的低頻窄帶噪聲頻率小于200Hz，在安裝揚聲器(1)和聲傳感器組(2)時，揚聲器(1)安裝于套管口，聲傳感器組(2)中各傳感器沿套管軸線呈線性均勻分布，各傳感器間距小于20cm。

3.根據權利要求1所述的一種基于低頻窄帶噪聲激振和多傳感器融合的油井動液面測量方法，其特征在于，確定共振諧波信號的分布頻段范圍包括取高頻段分段信號頻譜諧波特征的中值的1.5倍設置為閾值，大于閾值的頻段為共振諧波頻段，其他為非共振諧波頻段。

4.根據權利要求1所述的一種基于低頻窄帶噪聲激振和多傳感器融合的油井動液面測量方法，其特征在于，由共振諧波波動次數和動液面深度的數學關系計算出油井液面的深度包括：

其中，l為油井液面的深度；υ_c為套管內的聲波傳播速度；γ為共振諧波波動次數；d為油管和套管的內徑之差，N_w為功率譜估計點數，M_w為互相關計算后信號的總點數，f_s為信號采樣頻率。