CN103321633B - 油井动液面深度检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油井采油技术领域，特别涉及一种油井动液面深度检测方法及装置,一种油井动液面深度检测方法其步骤包括：a、通过井口处声源驱动模块发出有限带宽的白噪声，并将信号传入油井内；b、通过信号接收模块在油井口接收经油井动液面反射后的白噪声信号，并进行A/D转换成声音数字信号；c、将接收到的声音数字信号送入信号分析模块，信号分析模块通过声场的幅值信号时域与频域分布获得共振频率，从而计算出油井动液面深度。本发明的有益效果之一是：可有效避免温度、湿度、压力以及泡沫等因素造成的检测误差，同时，其操作工艺简便，计算精确，测量时间短，能有效地提高油井动液面的检测精度。

Description

油井动液面深度检测方法及装置
技术领域
本发明涉及油井采油技术领域，特别涉及一种油井动液面深度检测方法及装置。
背景技术
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，油井动液面深度的检测在油田开发中显得十分重要。
目前，比较成熟的传统油井动液面深度检测方法可分为：浮筒法，其工艺操作简便，数据直观，但不能在带有压力的环空油井中测试；压力计探测法，其适用于一切油水井，但须保证压力计停点至少有3个点在液面以下，施工周期长；示功图法，它可进行连续计算，但受到惯性、振动及摩擦载荷的影响；物质平衡法，其通过测试环空中的气体排量折算出油井动液面,但折算过程并不精确；声波法，它不用将仪器下入井中，施工方便，但当井下液面较深或有泡沫层等因素时，检测精确大大降低。这几种方法模型简单，都需要在一定的条件下进行检测。上述方法中遇到的问题，必然会影响到油井动液面深度检测的精度，也是制约油井供应能力、油田科学发展的瓶颈。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种不用将仪器伸入井内且能避免泡沫、温度、湿度等对结果造成影响的油井动液面深度检测方法和装置，以期望可以解决现有技术存在的问题。
为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
一种油井动液面深度检测方法，其步骤包括：
a、通过井口处声源驱动模块发出有限带宽的白噪声，并将信号传入油井内；
b、通过信号接收模块在油井口接收经油井动液面反射后的白噪声信号，并进行A/D转换成声音数字信号；
c、将接收到的声音数字信号送入信号分析模块，信号分析模块通过声场的幅值信号时域与频域分布获得共振频率，从而计算出油井动液面深度。
声源驱动模块发出不同频率白噪声，信号接收模块把所有声音记录并转换成数字信号传递计算机，信号接收模块的示波器可以显示出信号的波形，计算机通过公式计算出具体结果。共振法主要是在井口检测声波在哪个值时频率最大，找出油井空气柱的共振频率，由此计算出油井动液面的深度。
更进一步的技术方案是所述步骤c中，信号分析模块通过声场的幅值信号时域与频域分布获得共振频率，从而计算出油井动液面深度的具体方法，包括：
进行频谱分析，得出油井内空气柱声场的幅值信号时域与频域分布；
通过声场的幅值信号时域与频域分布获得共振频率，从而计算出油井动液面深度。
更进一步的技术方案是进行频谱分析，得出油井内空气柱声场的幅值信号时域与频域分布包括：
按公式（1）计算声场的幅值信号时域分布：
按公式（2）计算声场的幅值信号频域分布；
其中,t为时间,f(t)为信号幅值，ω为信号角频率,e为自然对数的底，j为虚数单位,F(ω)为函数f(t)的频谱密度函数，描述了f(t)的频率结构。
更进一步的技术方案是所述通过声场的幅值信号时域与频域分布计算出共振频率，得出油井动液面深度包括：按公式计算油井动液面深度；
其中lp为油井动液面深度，c为声音在油井空气中的传播速度，公式中ω来源于公式（2）。
本发明还可以是一种油井动液面深度检测装置，包括用于发出有限带宽的白噪声的声源驱动模块，发生装置设置在油井口；用于接收经油井动液面反射后的白噪声信号，并进行A/D转换成声音数字信号的信号接收模块，信号接收模块设置在油井口；用于进行数据读取和分析的信号分析模块；声源驱动模块发出声音信号，声音信号在油井内进行反射后被信号接收模块进行接收，所述信号接收模块和信号分析模块电连接。
声源驱动模块发出不同频率白噪声，信号接收模块把所有声音记录并转换成声音数字信号传递给信号分析模块。共振法主要是在井口检测声波在哪个值时频率最大，找出油井空气柱的共振频率，由此计算出油井动液面的深度。
更进一步的技术方案是声源驱动模块按连接顺序依次设置有：白噪声信号发生器、滤波器、功率放大器和扬声器。
更进一步的技术方案是信号接收模块按连接顺序依次设置有：话筒和A/D采样卡。
更进一步的技术方案是信号接收模块还包括示波器。
更进一步的技术方案是信号分析模块是计算机。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：可有效避免温度、湿度、压力以及泡沫等因素造成的检测误差，同时，其操作工艺简便，计算精确，测量时间短，能有效地提高油井动液面的检测精度。
附图说明
图1示出了根据本发明油井动液面深度检测装置一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的一个实施方式一种油井动液面深度检测方法，其步骤包括：
a、通过井口处声源驱动模块发出有限带宽的白噪声，并将信号传入油井内；
b、通过信号接收模块在油井口接收经油井动液面反射后的白噪声信号，并进行A/D转换成声音数字信号；
c、将接收到的声音数字信号送入信号分析模块，信号分析模块通过声场的幅值信号时域与频域分布获得共振频率，从而计算出油井动液面深度。
声源驱动模块发出不同频率白噪声，信号接收模块把所有声音记录并转换成数字信号传递给计算机，信号接收模块中示波器可以显示出信号的波形，计算机通过公式计算出具体结果。共振法主要是在井口检测声波在哪个值时频率最大，找出油井空气柱的共振频率，由此计算出油井动液面的深度。油井的内径为d，声音在油井空气中的波长为λ，若d/λ<0.5，油井可近似看作一维系统，即可视为油井内只有沿油井传播的一维平面波。声场是指油井口至油井动液面的区域，油井动液面深度是指油井动液面距井口之间的距离。
所述步骤c中，信号分析模块通过声场的幅值信号时域与频域分布获得共振频率，从而计算出油井动液面深度的具体方法，包括：
进行频谱分析，得出油井内空气柱声场的幅值信号时域与频域分布；
按公式（1）计算声场的幅值信号时域分布：
按公式（2）计算声场的幅值信号频域分布；
其中,t为时间,f(t)为信号幅值，ω为信号角频率,e为自然对数的底，j为虚数单位,F(ω)为函数f(t)的频谱密度函数，描述了f(t)的频率结构。
通过声场的幅值信号时域与频域分布计算出共振频率，得出油井动液面深度包括：按公式 l p = ( 2 n - 1 ) c 4 f n , n = 1,2,3 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; ( 3 ) 计算油井动液面深度；
其中lp为油井动液面深度，c为声音在油井空气中的传播速度，公式中ω根据公式（2）求出。
更精确的可以是油井动液面深度为 l x = ( 2 n - 1 ) c 4 f n - 0.3 d , n = 1,2,3 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot;
此处减去0.3d是一个修正公式，该值通过查阅声学手册得到，其中d是油井的内径。
本发明还可以是一种油井动液面深度检测装置，包括用于发出有限带宽的白噪声的声源驱动模块，发生装置设置在油井口；用于接收经油井动液面反射后的白噪声信号，并进行A/D转换成声音数字信号的信号接收模块，信号接收模块设置在油井口；用于进行数据读取和分析的信号分析模块；声源驱动模块发出声音信号，声音信号在油井内进行反射后被信号接收模块进行接收，所述信号接收模块和信号分析模块电连接。
声源驱动模块发出不同频率白噪声，信号接收模块把所有声音记录并转换成声音数字信号传递给信号分析模块。共振法主要是在井口检测声波在哪个值时频率最大，找出油井空气柱的共振频率，由此计算出油井动液面的深度。
声源驱动模块按连接顺序依次设置有：白噪声信号发生器4、滤波器5、功率放大器6和扬声器7。
信号接收模块按连接顺序依次设置有：话筒8和A/D采样卡9。话筒可以是驻极式话筒。
信号接收模块还包括示波器11。示波器可以直接显示测得的波形。
信号分析模块是计算机10。
该发明的工作原理是根据共振原理得出油井动液面深度，具体方式是白噪声发生器不断发出白噪声信号，该白噪声信号经滤波器进行滤波之后，传送至功率放大器内，由功率放大器进行放大，再传入扬声器中。扬声器在油井口发出处理后的白噪声信号，信号的波长和油井内径满足d/λ<0.5这一条件，将油井内部空间视为一维系统，声音信号在油井内传输，接触到油井动液面时一部分反射，一部分被油所吸收。反射回来的声音信号被话筒接收到，话筒采集声音的模拟信号，经过A/D采样卡转换为数字信号，提供给计算机，进行数据运算。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (1)

1.一种油井动液面深度检测方法，其特征在于：其步骤包括：
a、通过井口处声源驱动模块发出有限带宽的白噪声，并将信号传入油井内；
b、通过信号接收模块在油井口接收经油井动液面反射后的白噪声信号，并进行A/D转换成声音数字信号；
c、将接收到的声音数字信号送入信号分析模块，信号分析模块通过声场的幅值信号时域与频域分布获得共振频率，从而计算出油井动液面深度，具体步骤如下：
进行频谱分析，得出油井内空气柱声场的幅值信号时域与频域分布；
通过声场的幅值信号时域与频域分布获得共振频率，从而计算出油井动液面深度；
所述进行频谱分析，得出油井内空气柱声场的幅值信号时域与频域分布包括：
按公式计算声场的幅值信号时域分布；
按公式计算声场的幅值信号频域分布；
其中,t为时间,f(t)为信号幅值，ω为信号角频率,e为自然对数的底，j为虚数单位,F(ω)为函数f(t)的频谱密度函数，描述了f(t)的频率结构；
所述通过声场的幅值信号时域与频域分布获得共振频率，从而计算出油井动液面深度包括：
按公式 l p = ( 2 n - 1 ) c 4 f n , n = 1 , 2 , 3 , ... - - - ( 3 ) 计算油井动液面深度；
其中lp为油井动液面深度，c为声音在油井空气中的传播速度，公式中ω来源于公式(2)。
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