[发明专利]一种油井动液面测量信号处理方法

说明书

本发明公开了一种油井动液面测量信号处理方法，首先对信号做welch多段平均功率谱估计处理，得到各阶共振频率，但由于很难对原始信号整周期采样，导致傅里叶变换后产生频谱泄露和栅栏效应，频谱图几乎不能表现出信号的准确频率，因此求出来的频率差都存在误差。而且通过每次读取十个频率求均值的方法效率较低。

技术领域

本发明涉及到油井动液面深度检测技术领域，具体地说，是一种油井动液面测量信号处理方法。

背景技术

油井动液面深度的精确检测在油田开发中十分重要，油井动液面深度检测的一种新方法是管柱声场模型法。该方法是向井内连续不断地发送白噪声，源源不断的向井内补充能量，从而激发井内空气柱共振，根据共振频率与空气柱之间的数学模型，计算出油井动液面的深度。由于是通过白噪声激发产生的共振信号，所以接收到的共振信号中存在大量白噪声的干扰，共振信号几乎完全被白噪声淹没，这严重影响了动液面的检测精度。

发明内容

根据信号的welch功率谱，可选取相邻多个频率，求出相邻频率差的平均值，进而求得管道的长度。理论上相邻两阶谐波的频率差应相等，然而由于很难对原始信号整周期采样，导致傅里叶变换后产生频谱泄露和栅栏效应，频谱图几乎不能表现出信号的准确频率，因此求出来的频率差都存在误差。而且通过每次读取十个频率求均值的方法效率较低。因此，本发明主要是通过对welch功率谱继续做快速傅里叶变换(FFT)，进一步突出共振频率，从而得到精确的频率间隔，有效提高了油井动液面的检测精度。为达到上述目的，本发明表述一种油井动液面测量信号处理方法，其关键在于按照如下步骤进行：

步骤11：安装检测装置，在检测管内靠近管口处安装有检测装置，该检测装置的扬声器和驻极式话筒伸向所述检测管内，所述扬声器和驻极式话筒均靠近所述检测管的管心线；

步骤12：利用发声软件构造出白噪声信号，将白噪声经过功率放大器及扬声器，扬声器贴近管口固定住，信号经功率放大器放大后由扬声器送入油管中，通过连续不断地向管内发送白噪声，激发管中空气柱共振，将驻极式话筒置于管口内5米处，以采集管中能量强的共振信号；

步骤13：设置采样频率f_s为1万Hz，采样时间T₁分钟，采集得到周期为N的共振信号R(n),n＝0,1,2,…,N-1；

步骤14：对周期为N的共振信号做welch多段平均功率谱估计，得到的信号记为A₁，如图5所示，其频率分辨率Δf₁＝f_s/N₁为，f_s为采样频率，N₁为分段后各段共振信号的周期；

步骤15：对welch多段平均功率谱信号A₁做高通滤波处理,得到的信号记为A₂，如图8所示；

步骤16：对A₂做快速傅里叶变换(FFT)，得到的信号记为A₃，其频谱图如图9所示；

步骤17：读取A₃频谱图中幅值最大的谐波频率值n，根据计算出两阶共振频率之间的差值Δf；

步骤18：管内空气柱的共振模型为：

其中，n为谐波阶数，f_n为对应的谐波频率，l₁为空气柱的长度，c为声波信号在空气中的传播速度，c≈331.6+0.6t(m/s)，t为环境温度，实验过程中的环境温度为28℃，相邻于f_n的另一共振频率为f_n+1：

联合上面两式可得两个相邻共振频率间距Δf为：