[发明专利]基于welch多段平均功率谱法的油井动液面检测方法

说明书

本发明公开了一种基于welch多段平均功率谱法的油井动液面深度检测方法，对信号做自相关处理，从时域对信号进行一定程度的去噪。选择合适的窗函数和分段数，对去噪后的信号做welch多段平均功率谱估计，得到较为清晰准确的共振频谱。选择能量较强的十个相邻的频率，求取相邻频率差的均值。最后根据管柱声场模型就能计算出油井动液面深度。

技术领域

本发明属于油井动液面深度检测技术领域，具体地说，是一种基于welch多段平均功率谱法的油井动液面深度检测方法。

背景技术

在石油开采的过程中，通过检测油井动液面深度，能够科学地了解油井供应能力，确定抽油泵的沉没深度、油层压力，分析能量衰减的异常原因等，从而合理安排采油工艺，使油井产油率最大化。因此，油井动液面深度的检测在油田开发中显得十分重要。

油井动液面深度检测的一种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长度之间的数学模型，计算出空气柱的长度，此空气柱的长度也即是油井动液面的深度。

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，从而影响生产，造成损失。

发明内容

针对信号中含有大量的白噪声，严重影响共振频率测量的问题，本发明主要是在时域、频域分别对信号做自相关去噪处理和welch多段平均功率谱估计，通过得到精确的共振频率，从而根据空气柱长度与共振频率间的关系实现油井动液面深度的高精度检测。

为达到上述目的，本发明表述一种基于welch多段平均功率谱法的油井动液面深度检测方法，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为1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：将共振信号R(n)通过低通滤波器，进行抗混叠滤波，然后把模拟信号变成数字信号，能得到共振信号R(n)的时域波形；

步骤15：根据自相关原理，设采集到的共振信号为R(n)＝X(n)+Y(n)，其中X(n)为共振信号，Y(n)为随机噪声信号，接收机的其中一个通道输入R(n)，另一个通道经过延时器，使R(n)延时z，经过延时的R(n+z)和未经延时的R(n)均送入相乘器内，乘积求和后取平均值输出，从而得到自相关函数r_R(z)：

其中，r_XX(z)表示共振信号的自相关，r_XY(z)表示共振信号与随机白噪声信号的互相关，r_YX(z)表示随机白噪声信号与共振信号的互相关，r_YY(z)表示白噪声与白噪声的自相关；

根据白噪声与共振信号及白噪声本身之间的不相关特性，有：

r_XY(z)＝r_YX(z)＝r_YY(z)＝0 (2)

因此运用自相关算法可大大消除共振信号中的白噪声，能有效增强信号的周期性；