CN102889074A

CN102889074A - 油管传输射孔启爆监测方法

Info

Publication number: CN102889074A
Application number: CN2012103946209A
Authority: CN
Inventors: 柴晓兵; 刘永站; 郭建洲; 乔喜梅
Original assignee: China Research Institute of Radio Wave Propagation CRIRP
Current assignee: China Research Institute of Radio Wave Propagation CRIRP
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2013-01-23

Abstract

本发明涉及一种油管传输射孔启爆监测方法，含有以下步骤：步骤1、采用信号接收器接收油管传输射孔启爆时沿油管传至地面的启爆信号；步骤2、对信号接收器接收到的启爆信号进行如下处理：步骤2.1、振幅处理：使被放大后的启爆信号的振幅在模数转换器的量程内；步骤2.2、滤波处理：去除掉信号中的干扰信号；步骤2.3、确定启爆信号的起始时间；步骤2.4、对启爆信号进行时域分析；步骤3、进行启爆能量监测分析：计算经过步骤2处理后的启爆信号在单位时间内的能量值,当该能量值大于预先设定的启爆能量值时,则判定所有的弹药都已启爆了；本发明提供了一种监测更加准确的油管传输射孔启爆监测方法。

Description

油管传输射孔启爆监测方法

（一）、技术领域：本发明涉及一种启爆监测方法，特别是涉及一种油管传输射孔启爆监测方法。

（二）、背景技术：在石油钻井行业中，油管传输射孔技术已被广泛使用，该技术是将事先配好的射孔枪接在油管的下部，下入到井下预定深度，用调整油管深度的办法使射孔枪的射孔弹对准油气层的射孔层位，封隔器坐封和装好采油树后，打开清蜡闸门和总闸门，用投捧或环形空间加压的办法起爆射孔。油管传输射孔技术有许多优点，如对油气层的损害最小，一次能射开所有的油气层，能在各类油气所需的临界负压值下射孔，能在电缆射孔不能进行的井内射孔（像水平井）和在复杂的高温高压井中射孔。该方法可在采油（气）树全部装好后射孔，因此安全可靠。

当井下射孔器启爆时，爆炸波会撞击油管，在油管壁以波的方式传到地面，不同的撞击方式、力度会产生不同的频率，通过大量的上井实验数据，可得出射孔器启爆时振动波在油管壁的频率等参数，从而对井下油管传输射孔启爆的状况进行监测，指导井下施工作业；但现有油管传输射孔启爆监测方法的监测准确率较低，不利于指导井下施工作业，给井下施工作业带来危险。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种监测更加准确的油管传输射孔启爆监测方法。

本发明的技术方案：

一种油管传输射孔启爆监测方法，含有以下步骤：

步骤1、采用信号接收器接收油管传输射孔启爆时沿油管传至地面的启爆信号；

步骤2、对信号接收器接收到的启爆信号进行如下处理：

步骤2.1、振幅处理：由于启爆信号振幅的大小与井况、井深及传输距离有很大的影响，因此，根据油管传输射孔时的弹量和井深选择不同的增益，按照该增益对启爆信号进行放大，以使被放大后的启爆信号的振幅在模数转换器的量程内，不至于太小或饱和；

井下几千米所形成的爆炸波通过油管传到地面,在传输过程中会因一些因素使信号有明显的衰减,使得信号接收器接收的信号强度在很大的动态范围内变化,该振幅处理的基本作用是动态控制放大器的增益,在输入信号很强时增益减小,反之增大。

步骤2.2、滤波处理：采用带通滤波方法对启爆信号进行滤波，去除掉信号中的干扰信号；具体做法为：选择频率在80Hz～300Hz之间的信号作为有效信号；

油管传输射孔时，井场通常有以下几种干扰源：发电机、电动机、泵车加压，尤以泵车加压产生的干扰信号最为强烈，经过大量上井数据分析后得到，泵车加压时其频率范围为500Hz～1600Hz，发电机、电动机的信号为50Hz～60Hz；

而综合分析大量的射孔枪起爆可知，由油管传输的信号中心频率为110Hz，频段为80Hz～300Hz，因此，只有这个频段的信号才有可能是射孔枪的起爆信号。

步骤2.3、启爆信号起始时间的确定：设定一个时间阀值，将开始启爆后经过该时间阀值后的时刻确定为启爆信号起始时间；

由于在不同的井深中，投棒及震动波在井中的传播都需要一定的时间，设定时间阀值，可以以滤掉启爆前的干扰信号。

步骤2.4、对启爆信号进行时域分析：通过傅立叶变换求出启爆信号的频谱关系，在时间域内找出信号变化最大、幅度最高的一段波形，看该段波形在频域内是否在80Hz～300Hz范围内，如是，则认为该段波形是启爆波；

由于油田现场测量中各种环境噪声的影响,使得信号接收器接收到的启爆信号中不可避免地包含某些干扰成分，当干扰信号的瞬时幅度和频率大到与有用信号可以比拟时,采用传统的方法就很难有效地区分噪音信号和有用信号。利用时域分析的方法,可以明显地提高信噪比,为启爆信号的识别提供了相应的量化依据。

时域（时间域）：自变量是时间,即横轴是时间,纵轴是信号的变化。其动态信号x（t）是描述信号在不同时刻取值的函数。

频域（频率域）：自变量是频率,即横轴是频率,纵轴是该频率信号的幅度,也就是通常说的频谱图。频谱图描述了信号的频率结构及频率与该频率信号幅度的关系。

对信号进行时域分析时，有时一些信号的时域参数相同，但并不能说明信号就完全相同。因为信号不仅随时间变化，还与频率、相位等信息有关，这就需要进一步分析信号的频率结构，并在频率域中对信号进行描述。

动态信号从时间域变换到频率域主要通过傅立叶变换实现。

时域和频域是信号的基本性质，这样可以用多种方式来分析信号，每种方式提供了不同的角度。用来分析信号的不同角度称为域。时域频域可清楚反应信号之间的相互关系。

步骤3、进行启爆能量监测分析：计算经过步骤2处理后的启爆信号在单位时间内的能量值,当该能量值大于预先设定的启爆能量值时,则判定所有的弹药都已启爆了。

当射孔弹以其固有的爆速700米/秒作用于油管时，启爆能量数值也是固定的，因此，启爆能量是判断射孔枪或其它器材（如棒尖自毁、尾声弹）是否起爆的重要手段。

射孔弹的爆炸和燃烧是一个很复杂的过程。射孔弹爆炸后，其能量的一部分用于形成射流的动能；另一部分用于弹壳的膨胀变形、破坏以及破片的初始动能；再一部分则用于爆轰产物的飞散和形成的空气冲击波上。射孔弹从尾部起爆后，爆轰波以起爆点为中心向口部稳定传播，在爆轰波传播过程中，所到之处都以超过30GPa的压力冲击弹壳，其后紧跟着稀疏波，压力又迅速下降，所以每颗射孔弹在爆炸后单位时间内能量是一定的，在单位时间内每颗弹能量相加(即幅度加在一起)的值应该高于某固定数,这样就可根据启爆能量判断出是否所有弹药都已起爆。

步骤2.1中，按照该增益对启爆信号进行放大的过程是通过调整放大器的放大倍数来实现的；放大器的放大倍数通过手动来调节，或者通过软件来控制。

众所周知,在很多信号采集系统中,信号变化的幅度都比较大。如果采用单一的增益放大,那么放大以后的信号幅度值有可能超过A/D转换的量程,所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。在自动化程度要求较高的系统中,能够在程序中用软件控制放大器的增益使其调整到适当的范围。

步骤2.2中的带通滤波方法通过软件来实现。

步骤3中，预先设定的启爆能量值根据弹药的数量来确定。

当井下数千米处的射孔枪起爆时，射孔弹以其固定的爆速冲击油管壁并导致产生震动，这个震动信号传到地面时，对这个信号进行监测，可以判断射孔枪是否起爆。在这个过程中，射孔弹以固定的爆速冲击油管，油管也会产生相应固定的物理量，这个物理量中包括了大量的信息，其中主要的是振幅、频率、启爆能量三个分量。振幅的大小与弹的药量、井况有关；频率与射孔弹的爆速有关，不随井况及井深变化，传输过程中数值不变。

井下射孔枪起爆时产生的物理量沿油管传至地面时，地面人员能感觉到的是这个物理量中的震动和声音的分量，但是震动和声音信号随井况不同会有很大变化，导致在复杂井况（如深井、稠油井、加压井（加压泵车的干扰））时地面人员感觉不到震动或难以区分干扰信号震动，但这并不等于说这个物理量没有传至地面，就像地震的震级小于3级时人类不能感觉到一样，这个物理量可以被高灵敏仪器所接收及记录。

本发明的有益效果：

1、本发明采用信号接收器接收油管传输射孔启爆时沿油管传至地面的启爆信号，然后对该启爆信号进行振幅处理、滤波处理、时域分析等，最后通过启爆能量监测分析得出弹药是否都已启爆，本发明对启爆信号的分析处理更加科学合理，因此监测结果更加准确，更加利于指导井下施工作业。

（四）、具体实施方式：

油管传输射孔启爆监测方法含有以下步骤：

步骤1、采用信号接收器接收油管传输射孔启爆时沿油管传至地面的启爆信号；信号接收器为DR-4000型数据采集仪，DR-4000型数据采集仪是由北京桔灯导航科技发展有限公司代理销售的美国产品。

步骤2、对信号接收器接收到的启爆信号进行如下处理：

当井深小于2000米、射孔弹数小于400发时，振幅处理过程如下：

首先，设定增益为10（增益含有1、10、100三级），当信号接收器接收到启爆信号时，对于超过门槛的波形在一定时域内找出幅度的最大值，当这个最大值大于模数转换器的最高量程时，增益自动减小一级，反之增益不变；接着，时域窗口继续向后移动，继续在这个范围找出幅度的最大值进行比较，从而得出结论来决定是否改变增益。

步骤2.2、滤波处理：采用带通滤波方法对启爆信号进行滤波，去除掉信号中的干扰信号；具体做法为：选择频率在80Hz～300Hz之间的信号作为有效信号；油管传输射孔时，井场通常有以下几种干扰源：发电机、电动机、泵车加压，尤以泵车加压产生的干扰信号最为强烈，经过大量上井数据分析后得到，泵车加压时其频率范围为500Hz～1600Hz，发电机、电动机的信号为50Hz～60Hz；而综合分析大量的射孔枪起爆可知，由油管传输的信号中心频率为110Hz，频段为80Hz～300Hz，因此，只有这个频段的信号才有可能是射孔枪的起爆信号。

步骤2.3、启爆信号起始时间的确定：设定一个时间阀值，将开始启爆后经过该时间阀值后的时刻确定为启爆信号起始时间；由于在不同的井深中，投棒及震动波在井中的传播都需要一定的时间，设定时间阀值，可以以滤掉启爆前的干扰信号。

步骤2.4、对启爆信号进行时域分析：通过傅立叶变换求出启爆信号的频谱关系，在时间域内找出信号变化最大、幅度最高的一段波形，看该段波形在频域内是否在80Hz～300Hz范围内，如是，则认为该段波形是启爆波；由于油田现场测量中各种环境噪声的影响,使得信号接收器接收到的启爆信号中不可避免地包含某些干扰成分，当干扰信号的瞬时幅度和频率大到与有用信号可以比拟时,采用传统的方法就很难有效地区分噪音信号和有用信号。利用时域分析的方法,可以明显地提高信噪比,为启爆信号的识别提供了相应的量化依据。

动态信号从时间域变换到频率域主要通过傅立叶变换实现。

步骤2.2中的带通滤波方法通过软件来实现。

带通滤波软件的操作过程如下：

设截止频率分别为f1=80 Hz，f2=300 Hz；通带滤波的上下限分别为ωu,ωv；

ωu=2*∏*f1/Fs；

ωv=2*∏*f1/Fs；(Fs为采样频率)

用双线性变换，将数字频率转化为模拟频率；

W1_an=2/T*tag(ωu/2)；

W2_an=2/T*tag(ωv/2)；(T为采样周期，T=1/Fs)

中心频率w0_an=sqrt(w1_an*w2_an);

带宽B=w1_an-w2_an；

在归一化处理后；

p=(s^2+w0_an^2)/(s(w2_an-w1_an))

Ha(p)--->Ha(s)

S=2*(1-Z^-1)/(T(1-Z^-1))；

最后通过公式

y=b1*x(n)+b2*x(n-1)+ ........-a1*y(n)-a2*y(n-1)，求得滤波后的输出信号。

步骤3中，预先设定的启爆能量值根据弹药的数量来确定。

Claims

1.一种油管传输射孔启爆监测方法，其特征是：含有以下步骤：

步骤2、对信号接收器接收到的启爆信号进行如下处理：

步骤2.1、振幅处理：根据油管传输射孔时的弹量和井深选择不同的增益，按照该增益对启爆信号进行放大，以使被放大后的启爆信号的振幅在模数转换器的量程内；

2.根据权利要求1所述的油管传输射孔启爆监测方法，其特征是：所述步骤2.1中，按照该增益对启爆信号进行放大的过程是通过调整放大器的放大倍数来实现的；放大器的放大倍数通过手动来调节，或者通过软件来控制。

3.根据权利要求１所述的油管传输射孔启爆监测方法，其特征是：所述步骤2.2中的带通滤波方法通过软件来实现。

4.根据权利要求１所述的油管传输射孔启爆监测方法，其特征是：所述步骤3中，预先设定的启爆能量值根据弹药的数量来确定。