[发明专利]基于短时傅里叶变换的油井动液面深度检测方法

说明书

本发明公开了一种基于短时傅里叶变换的油井动液面深度检测方法，通过对Welch多段平均功率谱做短时傅里叶变换，即对Welch多段平均功率谱依次取部分区间做傅里叶变换，从局部观察频率的分布情况。通过对Welch功率谱做短时傅里叶变换，根据三维傅里叶变换频谱图，可以突出频谱幅值较大的频段。只取幅值较大的频段再做傅里叶变换，有效提高了信噪比。根据频谱图读出最为准确的频率值n_D，再根据即可计算出精确的共振频率间隔Δf_D，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

本发明涉及到油井动液面深度检测技术领域，具体地说，是一种基于短时傅里叶变换的油井动液面深度检测方法。

背景技术

石油工业是国民经济重要的支柱产业和基础产业，产品应用范围广，在国民经济中占有十分重要的地位，如何高效地进行石油开采越来越受到人们的重视。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，对油井动液面深度进行精确地检测，是涉及国民经济和企业发展迫切需要解决的重要科技问题，开展这项研究具有重要的科学意义和工程实用价值。

基于短时傅里叶变换的油井动液面深度检测方法是在基于空气柱共振的油井动液面检测方法的基础之上，通过向井内发送白噪声激发井内空气柱共振后，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。由此可见，如何提高共振频率的检测精度是精确检测油井动液面深度的关键。基于短时傅里叶变换的油井动液面深度检测新方法是通过对Welch功率谱信号做短时傅里叶变换，来突出幅值较大的频段，再对幅值较大即周期性较强的谐波频段做傅里叶变换，能有效提高信噪比。

发明内容

Welch多段平均功率谱法估计后直接利用若干相邻频率求取管内空气柱长度的方法存在频率精度不高、效率较低的缺点。并且，随着管道长度的加大，82.376米管道的Welch功率谱如图4所示，相邻频率间距越小，噪声的干扰影响变大，导致Welch多段平均功率谱中谐波的周期性变差，因此很难选择较理想的谐波频率求相邻峰值之差。

根据信号的Welch功率谱做高通滤波，滤除低频包络干扰后，再对滤波后的Welch功率谱信号做短时傅里叶变换。虽然二次傅里叶变换后表现相邻谐波频率差的谱线已经非常明显，但是频谱中也出现了大量的较小干扰噪声，这些噪声表明Welch多段平均功率谱中很多频段周期性较差。为了增强Welch功率谱谐波信号的周期性，即进一步提高信噪比，本发明进一步对Welch功率谱信号做短时傅里叶变换，即对Welch功率谱信号依次取部分频段做傅里叶变换，这样突出了谐波信号幅值较大的信号频段，取出幅值较大的信号频段再做傅里叶变换，得到频谱图的频率信噪比更高，效果更好。

为达到上述目的，本发明表述一种基于短时傅里叶变换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，管道模型切面图如图1所示；

步骤13：设置采样频率f_sD为5万Hz，采样时间T₁取3分钟，采集得到周期为N_D的共振信号R_D(n_D),n_D＝0,1,2,…,N_D-1，共振信号R_D(n_D)的时域波形如图3所示；