[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

本發明屬于油井動液面深度測量領域，具體涉及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，包括通過揚聲器發出低頻窄帶噪聲對油套環空氣柱進行激振，由聲傳感器組采集多組聲波信號進行功率譜估計，結合譜減法濾除低頻干擾，截取低頻數據段的信號進行分段處理，計算出每段信號的諧波特征值，確定出各傳感器信號的共振諧波頻段范圍；計算出確定頻段的重合度和頻譜相干性，通過計算共振諧波的波動次數，實現油井動液面深度的測量；本發明采用低頻窄帶噪聲進行激振，能夠進一步增強氣柱共振強度，降低測量過程中的能源消耗，結合信號的諧波特征實現共振諧波分布頻段的自動選取，有效提高了動液面測量的效率。

技術領域

本發明屬于油井動液面深度測量領域，具體涉及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。

背景技術

在石油開采領域，油井動液面深度是油田現場作業的關鍵技術參數之一，是反映地層供液能力的主要指標。由于我國石油儲量分布不均，且大多數屬于低滲、低壓、低豐度油田，開采難度大，技術要求高，嚴重制約了國內石油產量的提高。而通過精確測量油井動液面的位置，提高油田作業效率，降低石油開采過程中的能源消耗，對實現油田作業的可持續發展有重要作用；

現階段，基于管柱聲場模型的油井動液面測量方法通過發送全頻帶白噪聲進行激勵，激發油套管中空氣柱產生共振，再通過空氣柱長度和共振諧波波動次數之間的數學關系進行液面深度的測量。但由于油井深度一般在500m以上，長距離傳播之下高頻聲波衰減嚴重，還未傳播至動液面處時就已全部衰減，影響油套環空氣柱共振效果；其次，發送全頻帶的白噪聲進行激振時會極大地增加激振過程中能源消耗，不符合油田生產過程中節能減排、可持續發展的要求；最后，基于管柱聲場模型的動液面測量方法聲傳感器與揚聲器均安裝在油套管口，由聲傳感器采集聲波信號時會受到激振源發出的高頻噪聲的影響，增加提取共振聲波信號的難度，造成后續共振諧波信號的提取造成困難。

另一方面，由于油井內部工作環境復雜，目前基于管柱聲場原理的油井動液面測量方法均采用單通道聲傳感器進行測量。由于聲傳感器處于不同位置時所采集的油套環空氣柱共振信號強弱不同，當聲傳感器處于共振信號較弱的位置時，將進一步增加提取共振信號的難度，嚴重時會導致測量失敗。另外，由于油井內部環境復雜，在高腐蝕性氣體、高溫高壓的作用下，傳感器容易發生故障，采用單一傳感器進行測量時可能導致測量值與實際值有較大的偏差。因此，基于單通道聲傳感器測量的方法不夠穩定可靠。

通過低頻窄帶噪聲對油套環空氣柱進行激振時，由于低頻聲波信號具有衰減慢、越障能力強的特點，在復雜的油井內部環境向動液面傳播時其穿透能力更強，將能適應于對更大范圍油井的測量；其次，由于將全頻帶白噪聲改變為低頻窄帶噪聲，使得激振信號能量更集中，油套環空氣柱共振信號也將更強，在實際情況下長時間激振所消耗的能量也更小，能夠促進生產過程中的節能減排。利用多傳感器對油套環空氣柱共振信號進行采集，可以避免單通道傳感器位置共振信號弱或聲傳感器故障而導致測量失效的情況，并且通過多傳感器信號的融合處理，通過對數據進行頻段重合度和頻譜相干性檢驗，排除共振信號較弱或者無效的數據，實現對多傳感器數據的優選，減少計算數據量，增強動液面測量的可靠性。

發明內容

為避免了單通道聲傳感器出現故障時測量失效的缺點，本發明提出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，具體包括以下步驟：

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管內空氣柱進行激振，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；