CN107060739B - 一种存储式油井动液面监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种存储式油井动液面监测系统及方法，其系统包括用于测量待测油井动液面的动液面测量装置、用于从所述动液面测量装置中导出动液面数据的数据导出/导入器、用于从所述数据导出/导入器中导出所述动液面数据的移动存储介质和用于分析处理所述动液面数据的后台监测中心；其方法包括步骤：首先在数据导出/导入器中建立线程库，其次设置系统参数并获取动液面数据，然后查看及传输数据包，最后对动液面数据进行处理获得动液面深度。本发明在没有无线网络覆盖的情况下，使得作业人员能够方便快捷地读取动液面数据和设置动液面测量装置的系统参数，节约了时间，并且无需通讯费用，有效地降低了劳动强度，成本低，数据传输安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于油井监测系统，具体涉及一种存储式油井动液面监测系统及方法。
背景技术
所谓存储式是指将测量仪器测得的数据保存在仪器内部的FLASH存储器里，待测量任务结束后，利用专用的数据读取盒将测量数据读出。在油田开采过程中，油井的动液面深度是一个重要参数，它直接反映着油井的供液能力，通常，获取油井的动液面深度的方法有两种，一种是通过基于无线网络技术的油井动液面监测系统自动获取，另一种采用人工方法获取。基于无线网络技术的油井动液面监测系统由动液面测量装置、数据传输系统和后台监测中心三部分组成，动液面测量装置的气爆发生器利用套压或外接气泵加压爆破产生次声波，次声波沿油管和套管所形成的环形空间向下传播，传播过程中遇到油管的接箍、油井的液面等障碍物时发生反射产生回波，回波被声波传感器接收，经声波采样模块处理后得到有效的动液面数据，通过基于无线网络技术的数据传输系统将动液面数据发送至后台监测中心中，后台监测中心再对动液面数据进行分析和处理，从而得到油井动液面深度。但是，由于油井的地理位置一般比较偏远，存在没有无线网络信号覆盖或者无线网络信号弱的情况，导致动液面数据无法正常上传的问题，另外，采用无线网络传输动液面数据需要支付大量的通讯费用，成本高。人工方法是采用无弹头火药子弹或氮气瓶声弹作为发声介质,作业人员采用记录仪记录发声介质发声后反射产生的回波，现场测量完毕后作业人员对动液面数据进行分析和计算，从而得到油井的动液面深度，作业人员通常半个月测量一次。这种方法在测量过程中，作业人员需在现场进行作业，劳动强度大，操作不方便，人工成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种存储式油井动液面监测系统，该系统在没有无线网络覆盖的情况下，使得作业人员能够方便快捷地读取动液面数据和设置动液面测量装置的系统参数，节约了时间，并且无需通信费用，其进行动液面测量时现场无需作业人员，有效地降低了劳动强度，成本低，实用性强，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种存储式油井动液面监测系统，其特征在于：包括用于测量待测油井动液面的动液面测量装置、用于从所述动液面测量装置中导出动液面数据的数据导出/导入器、用于从所述数据导出/导入器中导出所述动液面数据的移动存储介质和用于分析处理所述动液面数据的后台监测中心；所述动液面测量装置包括第一控制器、以及与所述第一控制器相接的第一数据存储器和第一RS485通信模块，所述第一控制器的输出端接有用于产生次声波信号的气爆发声器，所述第一控制器的输入端接有用于采集所述次声波信号的回波信号的声波采集模块，所述声波采集模块包括声波传感器和与所述声波传感器的输出端相接的A/D转换模块，所述A/D转换模块的输出端与所述第一控制器输入端相接；所述数据导出/导入器包括第二控制器，以及与所述第二控制器相接的第二RS485通信模块、触摸屏、第二数据存储器和USB通信模块，所述第一数据存储器和第二数据存储器均用于存储所述动液面数据，所述第一控制器和第二控制器通过第一RS485通信模块和第二RS485通信模块进行通信，所述触摸屏用于为作业人员提供操作平台，所述第二控制器通过USB通信模块与移动存储介质进行通信。
上述的一种存储式油井动液面监测系统，其特征在于：所述第一数据存储器和第二数据存储器均为FLASH存储器。
上述的一种存储式油井动液面监测系统及方法，其特征在于：所述声波传感器为微音器。
上述的一种存储式油井动液面监测系统，其特征在于：所述第一控制器和第二控制器均采用STM32F103微控制器。
上述的一种存储式油井动液面监测系统，其特征在于：所述移动存储介质为U盘。
上述的一种存储式油井动液面监测系统，其特征在于：所述后台监测中心包括笔记本电脑。
本发明还提供了一种数据传输安全可靠，动液面深度准确，通用性强的存储式油井动液面监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、建立线程库：首先，对数据导出/导入器进行上电初始化；然后，通过第二控制器设置线程库，所述线程库包括导出线程、导入线程、查看线程和设置系统参数线程；最后，通过第二控制器在触摸屏中设置与线程相对应的四个按键，通过所述按键调用线程；其中，所述设置系统参数线程为操作触摸屏向第二控制器中写入系统参数，生成动液面测量装置的系统参数配置文件，将第二RS485通信模块与第一RS485通信模块连接，将所述系统参数配置文件从第二控制器传输到第一控制器；
所述系统参数包括测量时间间隔T、待测油井的预估井深和气爆发声器的加压时长t；
所述导入线程为通过操作触摸屏启动第二RS485通信模块与第一RS485通信模块进行通信，将第一控制器接收并生成的带有动液面数据的数据包导入到第二数据存储器，其中，所述数据包包含的信息有：文件头、设备编号、测量时刻、系统参数、动液面数据长度、动液面数据、校验码和文件尾；
所述导出线程为通过操作触摸屏启动USB通信模块工作，第二控制器与移动存储介质进行通信，将第二数据存储器中的数据包导出到移动存储介质；
所述查看线程为通过操作触摸屏使第二控制器解析第二数据存储器中的数据包，并显示数据包中的数据；
步骤二、设置系统参数：调用所述设置系统参数线程生成系统参数配置文件并传输到第一控制器中；
步骤三、获取动液面数据，其过程如下：
步骤301、首先，气爆发声器加压时长t后，第一控制器控制气爆发声器发生爆破并向待测油井发出次声波信号；然后，通过声波传感器采集气爆发声器发出次声波信号的回波信号，所述回波信号经A/D转换模块转换为数字量的动液面数据，第一控制器接收所述动液面数据直至接收结束并且记录接收结束时刻，所述接收结束时刻为本次测量任务的测量时刻；最后，第一控制器生成带有动液面数据且以测量时刻命名数据包；
步骤302、延长测量时间间隔T后，重复步骤301；
步骤303、多次重复步骤301至步骤302获得多个以测量时刻命名的数据包，第一控制器将多个所述数据包存储至第一数据存储器中；
步骤四、数据包的查看及传输，过程如下：
步骤401、数据包的导入：调用导入线程，数据包从第一数据存储器的导入到第二数据存储器；
步骤402、数据包的查看：调用查看线程，通过触摸屏显示数据包中的动液面数据波形图，所述动液面数据波形图的横轴为采样点序号，所述动液面数据波形图的纵轴为信号幅度；
步骤403、数据包的导出：调用导出线程，所述数据包从第二数据存储器导出到移动存储介质；
步骤404、数据包的传输：利用移动存储介质与操作后台监测中心进行通信，将移动存储介质中接收的数据包传输至后台监测中心；
步骤五、动液面数据的处理，具体过程如下：
步骤501、回波信号的数据还原及预处理：利用后台监测中心对数据包进行解析，还原得到原始回波信号X(t)；然后，采用FIR低通滤波对解析后得到的所述原始回波信号X(t)进行滤波，滤除高频噪声，得到预处理后的去噪回波信号S(t)；
步骤502、确定次声波传播速度：首先，所述去噪回波信号S(t)经小波滤波器组小波变换后，得到去噪回波高频信号分量H(t)和去噪回波低频信号分量L(t)；然后，对所述去噪回波低频信号分量L(t)进行FFT变换，得到频域下的离散去噪回波低频信号分量L(i)，从所述离散去噪回波低频信号分量L(i)中提取基波所处位置的采样点序号N1，所述基波的周期为接箍回波的周期；最后，根据公式
求取次声波传播速度v，其中，L为油井内一根油管的长度，fs为动液面测量装置的采样频率，N为动液面数据的总采样点数；
步骤503、获取动液面回波位置的采样点序号：首先，对所述去噪回波信号S(t)进行多层小波分解直到出现奇异点，所述奇异点为动液面回波信号，然后，对所述动液面回波信号进行小波去噪得到动液面回波位置的采样点序号N0；
步骤504、获取动液面深度：根据公式
得到动液面深度h；
步骤六、数据结果的显示及存储：后台监测中心保存动液面深度数据并且显示动液面深度波形图，所述动液面深度波形图的横轴为测量时刻，所述动液面深度波形图的纵轴为动液面深度。
上述的一种存储式油井动液面监测方法，其特征在于：所述系统参数配置文件由文件头、系统参数和结束标志组成。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过设置数据导出/导入器和移动存储介质，使得在没有无线网络覆盖的情况下，作业人员能够方便快捷地读取动液面数据和设置动液面测量装置的系统参数，有效地节约了时间，并且无需通讯费用，成本低，实用性强，便于推广使用。
2、本发明通过设置动液面测量装置，作业人员无需在现场作业，有效地降低了作业人员的劳动强度，进而降低了劳动成本。
3、本发明通过设置后台监测中心，能够自动进行动液面深度的计算及处理，提高了动液面深度的可靠性，进一步降低了作业人员的劳动强度。
4、本发明的监测方法通过在数据导出/导入器中设置线程，能够方便，可靠地对动液面进行监测。
5、本发明的监测方法通过将动液面数据生成数据包，使得数据包能够在存储式油井动液面监测系统中得到安全且可靠地传输。
6、本发明的监测方法中合理地利用了FIR低通滤波和小波滤波器组的特点，使得该监测方法能够在干扰大的油井中使用，通用性强。
7、本发明的监测方法中合理利用多层小波分解的特点，有效可靠地获得了动液面回波位置的采样点序号，从而提高了动液面深度的准确性。
综上所述，本发明在没有无线网络覆盖的情况下，使得作业人员能够方便快捷地读取动液面数据和设置动液面测量装置的系统参数，节约了时间，并且无需通讯费用，其进行动液面测量时现场无需作业人员，有效地降低了劳动强度，成本低，数据传输安全可靠，动液面深度准确，通用性和实用性强，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图。
图2为本发明动液面测量装置的电路原理框图。
图3为本发明数据导出/导入器的电路原理框图。
图4为本发明存储式油井动液面监测方法流程框图。
图5为本发明动液面数据处理的方法流程框图。
图6为本发明原始回波信号X(t)的波形图。
图7为本发明去噪回波信号S(t)的波形图。
图8为本发明去噪回波高频信号分量H(t)的波形图。
图9为本发明去噪回波低频信号分量L(t)的波形图。
图10为本发明的离散去噪回波低频信号分量L(i)的波形图。
图11为本发明动液面回波位置的波形图。
附图标记说明:
1—动液面测量装置； 2—数据导出/导入器； 3—移动存储介质；
4—后台监测中心； 1-1—第一控制器； 1-2—声波传感器；
1-3—A/D转换模块； 1-4—第一数据存储器； 1-5—气爆发生器；
1-6—第一RS485通信模块； 2-1—第二控制器；
2-2—第二RS485通信模块； 2-3—触摸屏；
2-4—第二数据存储器； 2-5—USB通信模块。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示的一种存储式油井动液面监测系统，包括用于测量待测油井动液面的动液面测量装置1、用于从所述动液面测量装置1中导出动液面数据的数据导出/导入器2、用于从所述数据导出/导入器2中导出所述动液面数据的移动存储介质3和用于分析处理所述动液面数据的后台监测中心4；所述动液面测量装置1包括第一控制器1-1、以及与所述第一控制器1-1相接的第一数据存储器1-4和第一RS485通信模块1-6，所述第一控制器1-1的输出端接有用于产生次声波信号的气爆发声器1-5，所述第一控制器1-1的输入端接有用于采集所述次声波信号的回波信号的声波采集模块，所述声波采集模块包括声波传感器1-2和与所述声波传感器1-2的输出端相接的A/D转换模块1-3，所述A/D转换模块1-3的输出端与所述第一控制器1-1输入端相接；所述数据导出/导入器2包括第二控制器2-1，以及与所述第二控制器2-1相接的第二RS485通信模块2-2、触摸屏2-3、第二数据存储器2-4和USB通信模块2-5，所述第一数据存储器1-4和第二数据存储器2-4均用于存储所述动液面数据，所述第一控制器1-1和第二控制器2-1通过第一RS485通信模块1-6和第二RS485通信模块2-2进行通信，所述触摸屏2-3用于为作业人员提供操作平台，所述第二控制器2-1通过USB通信模块2-5与移动存储介质3进行通信。
需要说明的是，所述动液面测量装置1能够自动测量待测油井的动液面，无需作业人员在现场进行测量，有效地降低了作业人员的劳动强度；数据导出/导入器2的设置是为了满足在没有无线网络覆盖的情况下能够方便快捷地将动液面测量装置1的动液面数据导入到后台监测中心4中，有效地节约了时间，并且无通讯费用，成本低；所述移动存储介质3的设置是为了满足数据导出/导入器2与后台监测中心4之间的数据传输要求，移动存储介质3使用携带方便；所述后台监测中心4的设置是为了对动液面数据进行分析处理从而得到油井的动液面深度，进而为分析所述油井的供液能力提供判定依据；第一RS485通信模块1-6与第二RS485通信模块2-2通过RS485通信电缆进行连接，动液面测量装置1通过所述RS485通信电缆与数据导出/导入器2连接，该种连接方式方便快捷；所述触摸屏2-3的设置为作业人员导入和导出动液面数据、查看动液面数据波形提供了平台，操作方便。实际使用中，气爆发声器1-5为微型气泵。
所述第一数据存储器1-4和第二数据存储器2-4均为FLASH存储器。
本实施例中，第一数据存储器1-4的容量为64M，能够满足动液面测量装置1数据存储需求。第二数据存储器2-4的容量为512M，能够满足同时存储8台动液面测量装置1数据存储需求。
所述声波传感器1-2为微音器。
所述第一控制器1-1和第二控制器2-1均采用STM32F103的微控制器。所述STM32F103微控制器为ARM微控制器，操作频率最高可达72MHz,满足动液面测量装置1和数据导出/导入器2的需求。
所述移动存储介质3为U盘。U盘具有体积小，携带方便的优点。
所述后台监测中心4包括笔记本电脑。所述笔记本电脑可携带到待测油井现场，从而可在现场对动液面数据进行处理并获得动液面深度，有效地减少了数据处理过程的时间，提高了工作效率。
如图4和图5所示的一种存储式油井动液面监测方法，结合图1、图2和图3，该方法包括以下步骤：
步骤一、建立线程库：首先，对数据导出/导入器2进行上电初始化；然后，通过第二控制器2-1设置线程库，所述线程库包括导出线程、导入线程、查看线程和设置系统参数线程；最后，通过第二控制器2-1在触摸屏2-3中设置与线程相对应的四个按键，通过所述按键调用线程；其中，所述设置系统参数线程为操作触摸屏2-3向第二控制器2-1中写入系统参数，生成动液面测量装置1的系统参数配置文件，将第二RS485通信模块2-2与第一RS485通信模块1-6进行通信，将所述系统参数配置文件从第二控制器2-1中传输到第一控制器1-1中；所述系统参数包括测量时间间隔T、待测油井的预估井深和气爆发声器1-5的加压时长t；所述导入线程为通过操作触摸屏2-3启动第二RS485通信模块2-2与第一RS485通信模块1-6进行通信，将第一控制器1-1接收并生成的带有动液面数据的数据包导入到第二数据存储器2-4，其中，所述数据包包含的信息有：文件头、设备编号、测量时刻、系统参数、动液面数据长度、动液面数据、校验码、文件尾；所述导出线程为通过操作触摸屏2-3启动USB通信模块2-5工作，第二控制器2-1与移动存储介质3进行通信，将第二数据存储器2-4中的数据包导出到移动存储介质3；所述查看线程为通过操作触摸屏2-3使第二控制器2-1解析第二数据存储器2-4中的数据包，并显示数据包中的数据；
需要说明的是，触摸屏2-3中设置有：“导出”、“导入”“查看”和“设置参数”四个按键，其中，按“导出”键与导出线程对应，按下“导入”键与导入线程对应，按“查看”键与查看线程对应，按“设置参数”键与设置参数线程对应；所述导出线程和导入线程的设置是为了方便且快捷地传输数据包；
步骤二、设置系统参数：调用所述设置系统参数线程生成系统参数配置文件并传输到第一控制器1-1中；
需要说明的是，所述测量时间间隔T的设置是为了避免气爆发声器1-5频繁爆破而导致回波信号发生串扰；本实施例中，气爆发声器1-5为微型气泵，步骤二中设置所述微型气泵的加压时长为15s、待测油井的预估井深为700m、测量时间间隔为5min；
步骤三、获取动液面数据，其过程如下：
步骤301、首先，气爆发声器1-5加压时长t后，第一控制器1-1控制气爆发声器1-5发生爆破并向待测油井发出次声波信号；然后，通过声波传感器1-2采集气爆发声器1-5发出次声波信号的回波信号，所述回波信号经A/D转换模块1-3转换为数字量的动液面数据，第一控制器1-1接收所述动液面数据直至接收结束并且记录接收结束时刻，所述接收结束时刻为本次测量任务的测量时刻；最后，第一控制器1-1生成带有动液面数据且以测量时刻命名数据包；
步骤302、延长测量时间间隔T后，重复步骤301；
步骤303、多次重复步骤301至步骤302获得多个以测量时刻命名的数据包，第一控制器1-1将多个所述数据包存储至第一数据存储器1-4中；
需要说明的是，所述测量时刻包含年月日时分；所述动液面数据的长度固定且其长度为动液面数据长度；第一控制器1-1生成的数据包保证了动液面数据的安全性和可靠性；本实施例中，首先，所述微型气泵加压15s后，第一控制器1-1控制所述微型气泵发生爆破并向待测油井发出次声波信号；通过声波传感器1-2采集次声波信号的回波信号，所述回波信号经A/D转换模块1-3转换为数字量的动液面数据，第一控制器1-1接收所述动液面数据直至结束，第一控制器1-1记录结束时刻，所述结束时刻为测量时刻，最后，第一控制器1-1生成带有动液面数据的数据且以测量时刻命名数据包，这种命名方式便于对动液面数据进行识别；所述数据包包含的信息有：文件头、设备编号、测量时间、系统参数、动液面数据长度、动液面数据、校验码、文件尾，其中，文件头为2个字节的十六进制的固定值：“FFD8”，设备编号为动液面测量装置1的编号，所述编号具有唯一性，校验码为文件头到动液面数据组的校验码，文件尾为2个字节的十六进制的固定值：“FFD9”；然后，延长测量时间间隔5min后，重复上述步骤；最后，多次重复上述两个步骤后获得多个以测量时刻命名的数据包，第一控制器1-1将多个所述以测量时刻命名的数据包存储至第一数据存储器1-4中；
步骤四、数据包的查看及传输，过程如下：
步骤401、数据包的导入：调用导入线程，数据包从第一数据存储器1-4导入到第二数据存储器2-4；
步骤402、数据包的查看：调用查看线程，通过触摸屏2-3显示数据包中的动液面数据波形图，所述动液面数据波形图的横轴采样点序号，所述动液面数据波形图的纵轴为信号幅度；
步骤403、数据包的导出：调用导出线程，所述数据包从第二数据存储器2-4导出到移动存储介质3；
步骤404、数据包的传输：利用移动存储介质3与操作后台监测中心4进行通信，将移动存储介质3接收的数据包传输至后台监测中心4；
需要说明的是，所述数据包的调取及传输的设置是为了安全且可靠地传输动液面数据；设置数据包的调取是为了查看动液面数据情况并预判断油井的供液能力；
步骤五、动液面数据的处理，具体过程如下：
步骤501、回波信号的数据还原及预处理：利用后台监测中心4对数据包进行解析，还原得到原始回波信号X(t)；然后，采用FIR低通滤波对解析后得到的所述原始回波信号X(t)进行滤波，滤除高频噪声，得到预处理后的去噪回波信号S(t)；
步骤502、确定次声波传播速度：首先，所述去噪回波信号S(t)经小波滤波器组小波变换后，得到去噪回波高频信号分量H(t)和去噪回波低频信号分量L(t)；然后，对所述去噪回波低频信号分量L(t)进行FFT变换，得到频域下的离散去噪回波低频信号分量L(i)，从所述离散去噪回波低频信号分量L(i)中提取基波所处位置的采样点序号N1，所述基波的周期为接箍回波的周期；最后，根据公式
求取次声波传播速度v，其中，L为油井内一根油管的长度，fs为动液面测量装置1的采样频率，N为动液面数据的总采样点数；
步骤503、获取动液面回波位置的采样点序号：首先，对所述去噪回波信号S(t)进行多层小波分解直到出现奇异点，所述奇异点为动液面回波信号，然后，对所述动液面回波信号进行小波去噪得到动液面回波位置的采样点序号N0；
步骤504、获取动液面深度：根据公式
得到动液面深度h；
需要说明的是，所述回波信号的数据还原及预处理步骤的设置是为了从数据包中解析得到动液面数据并对所述动液面数据进行去噪处理，能有效的滤除动液面数据中的干扰信号，在干扰强烈的油井中能够使用该方法，通用性强；设置所述确定次声波传播速度步骤合理地利用了油井内每根油管的长度固定且油管与油管之间的采用接箍连接的特点，分析得出次声波信号经过油管接箍时将产生一个呈周期性变化的接箍回波，这种方式所确定次声波的传播速度准确，进而有效地提高了动液面深度的准确性；所述设置获取动液面回波位置采样点序号的步骤有效地利用了小波在时域具有表征信号局部特征的优点，从而能够准确地识别动液面所产生的回波信号，进而提高了动液面深度的准确性；所述小波滤波器组的设置是为了提取去噪回波信号S(t)中的有效信息，能够在干扰强烈的油井中使用，通用性强；原始回波信号X(t)、去噪回波信号S(t)、去噪回波高频信号分量H(t)、去噪回波低频信号分量L(t)和离散去噪回波低频信号分量L(i)均以波形图的方式进行显示，其中，波形图的横轴均为采样点序号，波形图的纵轴均为信号幅度，以波形图的方式进行显示直观，方便，使得识别周期性波形和奇异点更加容易；本实施例中，首先，解析所述数据包，还原动液面数据，得到如图6所示的原始回波信号X(t)，采用FIR低通滤波对原始回波信号X(t)进行高频滤波得到如图7所示的预处理后的去噪回波信号S(t)，FIR低通滤波有效地滤除了抽油泵的机械噪声以及由于油井结蜡和套管腐蚀障碍物所产生的高频回波信号；其次，去噪回波信号S(t)经小波滤波器组小波变换后，得到如图8所示的去噪回波高频信号分量H(t)和如图9所示的去噪回波低频信号分量L(t)，由于接箍回波在去噪回波低频信号分量L(t)中呈周期性分布，因此对所述去噪回波低频信号分量L(t)进行FFT变换得到如图10所示的离散去噪回波低频信号分量L(i)，从图10中可以得到基波位置的采样点序号为N1＝78，根据公式
求取次声波传播速度v为438.75m/s，其中已知油井内一根油管的长度L为9.6m，动液面数据的总采样点数N为512，动液面测量装置1的采样频率fs为150Hz；然后，再对所述去噪回波信号S(t)进行多层小波分解，经过六层小波分解后，得到如图11所示的动液面回波位置的波形图，可以得到动液面回波位置的采样点序号为N0＝490；最后，根据公式
可以得出动液面深度h为716.6m，其中，动液面回波位置的采样点序号N0为490，采样频率fs为150Hz，次声波传播速度v为438.75m/s，动液面深度716.6m和预估井深700m的值接近；
步骤六、数据结果的显示及存储：后台监测中心4保存动液面深度数据并且显示动液面深度波形图，其中，所述动液面深度波形图的横轴为测量时刻，所述动液面深度波形图的纵轴为动液面深度；
本实施例中，后台监测中心4显示动液面深度的波形图，并根据所述动液面深度波形图调节抽油泵。
所述系统参数配置文件由文件头、系统参数和结束标志组成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种存储式油井动液面监测方法，该方法采用的系统包括用于测量待测油井动液面的动液面测量装置(1)、用于从所述动液面测量装置(1)中导出动液面数据的数据导出/导入器(2)、用于从所述数据导出/导入器(2)中导出所述动液面数据的移动存储介质(3)和用于分析处理所述动液面数据的后台监测中心(4)；所述动液面测量装置(1)包括第一控制器(1-1)、以及与所述第一控制器(1-1)相接的第一数据存储器(1-4)和第一RS485通信模块(1-6)，所述第一控制器(1-1)的输出端接有用于产生次声波信号的气爆发声器(1-5)，所述第一控制器(1-1)的输入端接有用于采集所述次声波信号的回波信号的声波采集模块，所述声波采集模块包括声波传感器(1-2)和与所述声波传感器(1-2)的输出端相接的A/D转换模块(1-3)，所述A/D转换模块(1-3)的输出端与所述第一控制器(1-1)输入端相接；所述数据导出/导入器(2)包括第二控制器(2-1)，以及与所述第二控制器(2-1)相接的第二RS485通信模块(2-2)、触摸屏(2-3)、第二数据存储器(2-4)和USB通信模块(2-5)，所述第一数据存储器(1-4)和第二数据存储器(2-4)均用于存储所述动液面数据，所述第一控制器(1-1)和第二控制器(2-1)通过第一RS485通信模块(1-6)和第二RS485通信模块(2-2)进行通信，所述触摸屏(2-3)用于为作业人员提供操作平台，所述第二控制器(2-1)通过USB通信模块(2-5)与移动存储介质(3)进行通信；其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、建立线程库：首先，对数据导出/导入器(2)进行上电初始化；然后，通过第二控制器(2-1)设置线程库，所述线程库包括导出线程、导入线程、查看线程和设置系统参数线程；最后，通过第二控制器(2-1)在触摸屏(2-3)中设置与线程相对应的四个按键，通过所述按键调用线程；其中，所述设置系统参数线程为操作触摸屏(2-3)向第二控制器(2-1)中写入系统参数，生成动液面测量装置(1)的系统参数配置文件，将第二RS485通信模块(2-2)与第一RS485通信模块(1-6)连接，将所述系统参数配置文件从第二控制器(2-1)传输到第一控制器(1-1)；
所述系统参数包括测量时间间隔T、待测油井的预估井深和气爆发声器(1-5)的加压时长t；
所述导入线程为通过操作触摸屏(2-3)启动第二RS485通信模块(2-2)与第一RS485通信模块(1-6)进行通信，将第一控制器(1-1)接收并生成的带有动液面数据的数据包导入到第二数据存储器(2-4)，其中，所述数据包包含的信息有：文件头、设备编号、测量时刻、系统参数、动液面数据长度、动液面数据、校验码和文件尾；
所述导出线程为通过操作触摸屏(2-3)启动USB通信模块(2-5)工作，第二控制器(2-1)与移动存储介质(3)进行通信，将第二数据存储器(2-4)中的数据包导出到移动存储介质(3)；
所述查看线程为通过操作触摸屏(2-3)使第二控制器(2-1)解析第二数据存储器(2-4)中的数据包，并显示数据包中的数据；
步骤二、设置系统参数：调用所述设置系统参数线程生成系统参数配置文件并传输到第一控制器(1-1)中；
步骤三、获取动液面数据，其过程如下：
步骤301、首先，气爆发声器(1-5)加压时长t后，第一控制器(1-1)控制气爆发声器(1-5)发生爆破并向待测油井发出次声波信号；然后，通过声波传感器(1-2)采集气爆发声器(1-5)发出次声波信号的回波信号，所述回波信号经A/D转换模块(1-3)转换为数字量的动液面数据，第一控制器(1-1)接收所述动液面数据直至接收结束并且记录接收结束时刻，所述接收结束时刻为本次测量任务的测量时刻；最后，第一控制器(1-1)生成带有动液面数据且以测量时刻命名数据包；
步骤302、延长测量时间间隔T后，重复步骤301；
步骤303、多次重复步骤301至步骤302获得多个以测量时刻命名的数据包，第一控制器(1-1)将多个所述数据包存储至第一数据存储器(1-4)中；
步骤四、数据包的查看及传输，过程如下：
步骤401、数据包的导入：调用导入线程，数据包从第一数据存储器(1-4)的导入到第二数据存储器(2-4)；
步骤402、数据包的查看：调用查看线程，通过触摸屏(2-3)显示数据包中的动液面数据波形图，所述动液面数据波形图的横轴为采样点序号，所述动液面数据波形图的纵轴为信号幅度；
步骤403、数据包的导出：调用导出线程，所述数据包从第二数据存储器(2-4)导出到移动存储介质(3)；
步骤404、数据包的传输：利用移动存储介质(3)与操作后台监测中心(4)进行通信，将移动存储介质(3)中接收的数据包传输至后台监测中心(4)；
步骤五、动液面数据的处理，具体过程如下：
步骤501、回波信号的数据还原及预处理：利用后台监测中心(4)对数据包进行解析，还原得到原始回波信号X(t)；然后，采用FIR低通滤波对解析后得到的所述原始回波信号X(t)进行滤波，滤除高频噪声，得到预处理后的去噪回波信号S(t)；
步骤502、确定次声波传播速度：首先，所述去噪回波信号S(t)经小波滤波器组小波变换后，得到去噪回波高频信号分量H(t)和去噪回波低频信号分量L(t)；然后，对所述去噪回波低频信号分量L(t)进行FFT变换，得到频域下的离散去噪回波低频信号分量L(i)，从所述离散去噪回波低频信号分量L(i)中提取基波所处位置的采样点序号N1，所述基波的周期为接箍回波的周期；最后，根据公式
求取次声波传播速度v，其中，L为油井内一根油管的长度，fs为动液面测量装置(1)的采样频率，N为动液面数据的总采样点数；
步骤503、获取动液面回波位置的采样点序号：首先，对所述去噪回波信号S(t)进行多层小波分解直到出现奇异点，所述奇异点为动液面回波信号，然后，对所述动液面回波信号进行小波去噪得到动液面回波位置的采样点序号N0；
步骤504、获取动液面深度：根据公式
得到动液面深度h；
步骤六、数据结果的显示及存储：后台监测中心(4)保存动液面深度数据并且显示动液面深度波形图，所述动液面深度波形图的横轴为测量时刻，所述动液面深度波形图的纵轴为动液面深度。
2.按照权利要求1所述的一种存储式油井动液面监测方法，其特征在于：所述第一数据存储器(1-4)和第二数据存储器(2-4)均为FLASH存储器。
3.按照权利要求1所述的一种存储式油井动液面监测方法，其特征在于：所述声波传感器(1-2)为微音器。
4.按照权利要求1所述的一种存储式油井动液面监测方法，其特征在于：所述第一控制器(1-1)和第二控制器(2-1)均采用STM32F103微控制器。
5.按照权利要求1所述的一种存储式油井动液面监测方法，其特征在于：所述移动存储介质(3)为U盘。
6.按照权利要求1所述的一种存储式油井动液面监测方法，其特征在于：所述后台监测中心(4)包括笔记本电脑。
7.按照权利要求1所述的一种存储式油井动液面监测方法，其特征在于：所述系统参数配置文件由文件头、系统参数和结束标志组成。
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