[发明专利]基于低频窄带噪声激振和多传感器融合的油井动液面测量方法

权利要求书

1.一种基于低频窄带噪声激振和多传感器融合的油井动液面测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、扬声器(1)安装于油井套管口，声传感器组(2)安装于靠近套管口处，且所述扬声器(1)和声传感器组(2)均与油井套管(3)中心轴线平齐；

S2、通过扬声器(1)发出低频窄带噪声对油套环空气柱进行激振，由声传感器组(2)采集多组包含噪声和空气柱共振的混合信号，对各信号进行功率谱估计，得到多组功率谱信号；

S3、对每组功率谱信号进行滑动平均滤波得到其低频包络曲线，结合谱减法滤除频率信号中的低频干扰，输出信号即为包含共振谐波和噪声的频率信号，而当某一传感器数据异常时，输出信号中只含有噪声的频率信号；

S4、对滤除低频干扰的功率谱信号进行数据一致性检验，剔除异常数据，包括对输出信号做自卷积计算，再进行分段处理，并分别计算分段信号频谱的谐波特征，谐波特征越大表示该段信号中的共振谐波信号越强，从而确定共振谐波信号的分布频段范围；分段信号频谱的谐波特征表示为：

其中，HE为六阶矩值，即分段信号频谱的谐波特征；S_i为信号S的第i个数据，为信号S的均值，σ为信号S的标准差，M为信号分段个数；

S5、对确定的共振信号频段进行频段重合度和频谱相干性检验，当两组传感器信号间重合度和相干性越大时，认为两个传感器的观测数据越融合，两组数据间的融合度就越高，选取高于设定阀值的多组数据进行处理；对确定出的共振谐波信号进行频段重合度检验时，若传感器1功率谱信号频段范围为A，传感器2功率谱信号频段范围为B，则重合度CD表示为：

且当A∈B或B∈A时，CD＝1；

其中，∪为取两个频段范围的并集，∩为取两个频段的交集，L(·)为计算区间长度算子；

进行频谱相干性检验时，若传感器1的功率谱信号其频谱为X，传感器2功率谱信号频谱为Y，则频谱相干系数CF表示为：

其中，X_i表示信号X的第i个数据，为信号X的均值；Y_i表示信号Y的第i个数据，为信号Y的均值，N为信号X和信号Y的总数据点数

S6、对于融合度最高的多组数据进行互相关计算，增强共振谐波信号的信噪比，再通过快速傅里叶变换计算出共振谐波波动次数；

S7、由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。

2.根据权利要求1所述的一种基于低频窄带噪声激振和多传感器融合的油井动液面测量方法，其特征在于，扬声器(1)所发的低频窄带噪声频率小于200Hz，在安装扬声器(1)和声传感器组(2)时，扬声器(1)安装于套管口，声传感器组(2)中各传感器沿套管轴线呈线性均匀分布，各传感器间距小于20cm。

3.根据权利要求1所述的一种基于低频窄带噪声激振和多传感器融合的油井动液面测量方法，其特征在于，确定共振谐波信号的分布频段范围包括取高频段分段信号频谱谐波特征的中值的1.5倍设置为阈值，大于阈值的频段为共振谐波频段，其他为非共振谐波频段。

4.根据权利要求1所述的一种基于低频窄带噪声激振和多传感器融合的油井动液面测量方法，其特征在于，由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，l为油井液面的深度；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为互相关计算后信号的总点数，f_s为信号采样频率。