[发明专利]一种基于归一化卷积与自适应滤波的油井动液面测量方法

权利要求书

1.一种基于归一化卷积与自适应滤波的油井动液面测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集信号，并利用Welch选取两段长度不一的两组数据，通过两段数据的频率信号的谱减操作截取低频段信号；具体包括以下步骤：

S1、安装测量装置，扬声器安装于套管口，声传感器安装于靠近扬声器处，且声传感器和扬声器均与套管轴线平齐；

S2、通过扬声器发出低频噪声对管内空气柱进行激振，声传感器采集扬声器发出的噪声和空气柱共振的混合信号，利用Welch功率谱估计选取数据长度不同且频率分辨率有差异的两组信号；

S3、将两组信号进行谱减处理，得到截取的低频信号；

根据截取的信号确定共振频段，并获取共振频段的共振谐波波动次数，计算油井液面深度，具体包括以下步骤：

S4、对获得的低频信号，设置点数进行分段，对每段信号进行卷积归一化处理，得到多组不同频段的卷积信号，第i段数据的卷积信号表示为：

其中，Y_i(m)为第i段数据经归一化卷积后得到的信号；y(p)为经谱减滤波操作后截取得到的低频信号，1≤p≤P，P为信号总点数；y_i(q)为y(p)的一个分段字集，1≤q≤Q，且Q≤P，Q为每段数据的点数；conv为卷积算子，sqrt为开方算子，m为卷积后的数据点数；

S5、对每组信号进行短时傅里叶变换，计算变换后的模值，将模值最大的频段作为共振波信号最强的分段片段；

S6、对选取最强频段进行卷积处理，通过快速傅里叶变换计算出其包含的共振波波动次数；

S7、通过共振谐波波动次数和动液面深度的关系，计算出油井液面的深度，油井液面的深度表示为：

其中，υ_c为套管内的声波传播速度；γ为共振谐波波动次数；d为油管和套管的内径之差，N_w为功率谱估计点数，M_w为选取的共振频带点数，f_s为信号采样频率。

2.基于归一化卷积与自适应滤波的油井动液面测量装置，其特征在于，用于实现权利要求1所述的一种基于归一化卷积与自适应滤波的油井动液面测量方法，该装置包括数据采集模块、自适应滤波处理模块、共振频段确认模块以及油井液面计算模块，其中：

数据采集模块包括扬声器和声传感器，扬声器安装于套管口，声传感器安装于靠近扬声器处，且所述声传感器和扬声器均与套管轴线平齐；

所述扬声器用于发出低频噪声对管内空气柱进行激振；

所述声传感器用于采集扬声器发出的噪声和空气柱共振的混合信号；

自适应滤波处理模块包括基于Welch的信号选择模块、信号转换模块以及谱减模块；

所述基于Welch的信号选择模块从采集的混合信号中根据Welch功率谱估计选择两段长度不同，且频率分辨率有所差异的信号；

所述信号转换模块用于将选取的两组信号进行转换，获取其频率信号；

所述谱减模块用于对获取的两组频率信号进行谱减操作，获得低频段信号；

共振频段确认模块包括分段模块、归一化卷积模块、短时傅里叶变换模块以及快速傅里叶计算模块；

所述分段模块用于根据设置的点数对点频段信号进行分段；

所述归一化卷积模块用于对分段后的每一段信号进行卷积归一化处理；

所述短时傅里叶变换模块用于计算每段信号进行卷积归一化处理后的短时傅里叶变换的模值；

所述快速傅里叶计算模块对短时傅里叶变换的模值最大的分段信号进行快速傅里叶变换，获得共振谐波波动次数；

油井液面计算模块用于根据共振谐波波动次数和动液面深度的数学关系计算出油井液面的深度。

3.根据权利要求2所述的一种基于归一化卷积与自适应滤波的油井动液面测量装置，其特征在于，归一化卷积模块分段后的每一段信号进行卷积归一化处理，具体包括：

其中，Y_i(m)为第i段数据经归一化卷积后得到的信号；y(p)为经谱减滤波操作后截取得到的低频信号，1≤p≤P，P为信号总点数；y_i(q)为y(p)的一个分段字集，1≤q≤Q，且Q≤P，Q为每段数据的点数；conv为卷积算子，sqrt为开方算子，m为卷积后的数据点数。

4.根据权利要求3所述的一种基于归一化卷积与自适应滤波的油井动液面测量装置，其特征在于，根据共振谐波波动次数和动液面深度的数学关系计算出油井液面的深度，包括：

其中，υ_c为套管内的声波传播速度；γ为共振谐波波动次数；d为油管和套管的内径之差，N_w为功率谱估计点数，M_w为选取的共振频带点数，f_s为信号采样频率。