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基于谱减算法的声波法测油井动液面的信号处理 石油天然气2012年1月第34卷第1期 JournalofOilandGasTechnology]an.2012Vo1.34No.1 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 杜中卫,张敏(中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营..’) [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)O1一Ol18一O5 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L3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. 1噪声原因分析 1)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(1965一),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 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”嵫噬”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