基于谱减算法的声波法测油井动液面的信号处理资料.docx

基于谱减算法的声波法测油井动液面的信号处理王海文，林立星（中国石油大学（华东）石油工程学院，山东东营２５７０６１）杜中卫，张敏［摘要］在声波法测油井动液面中，由于受到油套环空中各种噪声的影响，得到的液面反射信号异常复杂，使真实的液面反射波位置湮没在液面反射信号中无法辨识。分析了影响声波法测油井动液面的噪声产生原因，利用油套环空中的背景噪声，将谱减法用于声波法测油井动液面的信号处理中，处理后原来反射声波信号中不容易辨识的液面反射波位置可以清楚地显现出来。结果显示，利用谱减法处理油井动液面信号可以消除背景噪声的影响，提高对液面反射波位置的辨识能力，可以得到准确的液面深度值。［关键词］声波法；动液面；谱减法；数字信号处理；噪声抑制［中图分类号］ＴＥ３５５［文献标识码］Ａ［文章编号］１０００－９７５２（２０１２）０１－０１１８－０５为了分析了解油井生产状况，油田每月至少要对各井的动液面进行１次测试。油井动液面一般采用根据声波反射原理制成的回声仪测量。很多井由于受到各种噪声的影响，测试得到的反射声波曲线非常复杂，无法辨识液面反射波的位置，需要不断重新测定，耗费了大量的人力和物力。有些井在不能得到动液面时只能停井对液面深度进行测试，而在停井时测得的液面深度不能实时反映油井液面的变化，且对于螺杆泵井停井时会出现反转造成抽油杆脱扣及严重的安全问题。为此，对测得的数字信号进行处理，减小或消除噪声信号的影响，使有用的声波信号显现出来，易于识别，能够更为方便、准确地得到液面深度值。在对声波法测油井动液面的测试数据处理上，很多学者对从接箍反射波提取声速做了大量的工作，提出了短时自相关函数（ＡＣＦ）［１］、短时平均幅度差函数（ＡＭＤＦ）［２］、人工神经网络［３］等方法来研究接箍反射波的周期进而计算声波在油套环空中的传播速度，取得了较好的效果，但对于如何消除噪声影响得到液面反射波位置的研究很少。笔者通过对油套环空中噪声原因的分析，利用谱减法对油井动液面测试数据进行处理，处理后反射声波信号中不易辨识的液面反射波位置能够清晰地显现，能够准确地得到动液面深度的值，实现了动液面测试的自动辨识处理，降低了人工解释和重复测试所用的人力物力。噪声原因分析１１）环空中出现的死油对声波法动液面测试影响严重。由于重力分异，在泵吸入口以上充满了密度小的原油，当环空中的动液面较高时，动液面距离产出油层位置较远，温度降低，当温度降低到原油的凝固点以下时，原油会凝固，形成一个死油帽子。用声波法测油井动液面时，这个死油帽子会反射声波，造成真实的动液面无法辨识。２）稠油井用声波法测动液面不易测准。当油井产出原油较稠时，在油套环空中较稠的原油会附着在油管和套管的壁上，当液面下降时，这些稠油并不能随液面的下降而回落，而是粘着在油套管壁上。［收稿日期］２０１１－０７－２０［作者简介］王海文（１９６５－），男，１９８５年曲阜师范学院毕业，博士，教授，现主要从事采油工程理论与技术的研究工作。第３４卷第１期王海文等：基于谱减算法的声波法测油井动液面的信号处理·１１９·在用声波法测油井动液面时，声波传播到环空中的相应位置时，这些稠油会对声波形成反射，造成一些反射的杂波，使反射声波不容易被辨识。３）泡沫油会产生假液面。从泵吸入口到液面处这一段流体柱中，原油和溶解的气体混合在一起，这段流体柱相对来说是静止的。在随着油井生产压力下降的过程中，气体从原油中游离出，形成一段由气体组成的低密度的流体泡沫，这种情况在高气油比的井中很明显。用声波法测油井动液面时，声波传播到这一泡沫段时，会发生反射和散射，影响真实液面反射波的辨识。４）套管气流动的影响。随着生产过程中和液柱从下到上压力的降低，气体从原油中分离出来，油套环空中积存着大量的气体。如果放气阀门打开，这些套管气在流动过程中，会产生“嗞嗞”的流动声响，即使放气阀门没有打开，为维持动态平衡，这些气体也不断地发生着流动，这种噪声严重影响着反射声波的记录，很多油井测动液面测不出来就是受到套管气太大的影响造成的。５）电潜泵井使用的潜油电机一般为异步感应电机，电机在工作过程中会产生各种振动和噪声，主要有机械噪声、电磁噪声和通风噪声。由于电机自身机械的不平衡和轴承的缺油松动、电刷的摩擦在电机工作过程中都会产生机械噪声；由于电流的不平衡、定子绕组不合要求、铁芯的松动都会产生电磁噪声［４］。虽然螺杆泵井具有产生噪声小的特点，可以降低对周围环境的噪声干扰，但这里说的噪声是指地面产生的噪声，而当用声波法测动液面时，井下产生的噪声不容忽视。对于螺杆泵井，螺杆泵在运行过程中，定转子之间有一定的过盈量，转子转动时与定子的摩擦会产生噪声，泵的转速产生准周期性的机械传动噪声［５］，抽油杆的振动以及各种井下工具等各种不确定参数因素都对声波信号产生干扰，各种噪声的叠加使波形异常复杂。很多对测试