[发明专利]环空液面探测声波最佳频率响度测定方法

说明书

本发明公开了一种环空液面探测声波最佳频率响度测定方法，包括如下步骤：a、计算环空液面位置；b、计算环空声速；c、发射调制探测声波；d、确定某一液位下的最佳发声强度；e、确定某一液位下的最佳发声频率；f、确定不同液位下的最佳发声响度及频率：每起出一柱钻杆后，坐卡，重复步骤a‑e，记录不同液面深度下对应的最佳发声响度和频率组合。本发明使用电磁式声波作为探测声源，可以改变发射声波的频率响度及发声时间，并确定不同液面高度对应的最佳探测频率响度。

技术领域

本发明涉及到钻井工程技术领域，尤其涉及一种环空液面最佳探测声波频率及响度的测定方法。

背景技术

目前现场一般使用回声法测量环空液面，使用的高压气枪作为发声源，爆破声源能量较大，频率一般小于20Hz，该发声方式由于其发声的频率很低，响度很大，且频率响度、发声时间不可调，而低频声波衰减的慢，高频声波衰减的快，且接箍对高频声波反射更好，因此爆破声源具有很高的瞬时能量，对于深井、超深井测量有一定的优势，但在测量浅液面时发射的声波在环空内的能量过大，在浅液面的情况下难以衰减，容易在声波通道内持续震荡，使液面回波淹没在发射声波内，造成有效信息难以提取，导致液面位置误判。

并且次声波的穿透力较强，在接箍处的反射较弱，因此只能通过液面回波判断液面位置，环空声速难以确定，造成误差较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种环空液面探测声波最佳频率响度测定方法。本发明使用电磁式声波作为探测声源，可以改变发射声波的频率响度及发声时间，并确定不同液面高度对应的最佳探测频率响度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种环空液面探测声波最佳频率响度测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、计算环空液面位置：下钻至井底，灌浆至见返，液面在井口后开始起钻，计算环空液面深度；

b、计算环空声速：通过采集到的环空温度计算环空声速；

c、发射调制探测声波：设定调制发声时间、频率和音频，通过功率放大器放大后由电磁式声波发射器向环空发射声波；

d、确定某一液位下的最佳发声强度：声波在环空内沿钻杆向下传输，遇到接箍和液面时返回，对回波信号进行采集、滤波处理、分段处理后得到处理后的接箍回波及液面回波，根据接箍回波及液面回波，确定某一液位下的最佳发声强度；

e、确定某一液位下的最佳发声频率：以确定的最佳发声强度调制声波，重复步骤d，记录该液面深度下最佳的发声频率，得到该液面深度下最佳的发射响度和频率组合；

f、确定不同液位下的最佳发声响度及频率：每起出一柱钻杆后，坐卡，重复步骤a-e，记录不同液面深度下对应的最佳发声响度和频率组合。

所述步骤a中，利用公式计算环空液面深度，其中l为环空液面深度，m；h为起出钻柱长度，m；r为钻杆外径，m；R为套管内径，m。

所述步骤b中，通过温度传感器采集到的环空温度Tem，计算环空声速C＝331.45+0.61Tem。

所述步骤c中，分别调制发声时间为T0＝0.05s、频率f＝1500Hz声波，响度为100％，70％，50％，30％的音频，通过功率放大器放大后由电磁式声波发射器向环空发射。

所述步骤d中，声波传感器负责采集回波数据，当发出探测声波指令时，声波传感器开始采集数据，将此时定义为起始点T1，声波传感器以采样频率fs进行采样，采样时间为T(5≤T≤10)，采样信号为s(i)。

所述步骤d滤波处理中，将采样信号s(i)通过带通滤波器获得滤波后的信号sn(i)。