CN107420092A - 井下管柱泄漏点定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种井下管柱泄漏点定位方法及装置。所述方法包括：采集待检测油气井环空中的声波信号，对声波信号进行自相关分析，获取所述声波信号的自相关函数；将所述自相关函数的时间正半轴的第一个负峰值点对应的时间作为第一特征时间，将所述自相关函数的时间正半轴的第一个正峰值点对应的时间作为第二特征时间；获取待检测油气井的参数信息，根据参数信息计算声波信号在待检测油气井环空中的沿程声速；根据第一特征时间、第二特征时间、沿程声速，定位井下管柱泄漏点的位置。利用本申请中各个实施例，可以实现井下管柱泄漏点的快速准确定位，避免了关井停产带来的经济损失，成本低，精度高，对油气井普适性强。
Description
技术领域
本申请属于油气井井下泄漏检测技术领域，尤其涉及一种井下管柱泄漏点定位方法及装置。
背景技术
油气井生产过程发生的井下管柱泄漏，会导致高压天然气或地层气泄漏到环空中，出现环空带压的现象，对油气井生产带来重大安全隐患。通过相关方法实现井下管柱泄漏位置定位，对于环空带压井安全评估、合理制定修补方案及提高油气井生产安全保障水平具有重要意义。
现有技术中，进行井下管柱泄漏点定位方法主要是通过借助井下测井仪器的检测结果，直接或间接推断出泄漏位置所在。该方法主要是通过向油气井井筒内下放测井仪器，在进行油气井井下漏点位置检测时，需要将油气井进行关井停产，才能完成油气井井下漏点位置的定位。由于需要将油气井停产进行检测，必然会带来相应的经济损失，因此现有技术中的油气井井下管柱泄漏点定位方法的成本较高，并且该方法需要的定位周期比较长，操作复杂，风险比较大。因此，开发出适合油气井不停产使用、方便操作的井下管柱泄漏位置定位方法具有十分重要的意义。
发明内容
本申请目的在于提供一种井下管柱泄漏点定位方法及装置，通过采集油气井环空中的声波信号，根据采集到的声波信号，可以快速准确的定位出油气井井下管柱泄漏点的位置，适用于油气井井下管柱泄漏点的定位，并提高了油气井井下管柱泄漏点位置定位的准确性。
一方面本申请提供了一种井下管柱泄漏点定位方法，包括：
采集待检测油气井环空中的声波信号，对所述声波信号进行自相关分析，获取所述声波信号的自相关函数；
将所述自相关函数的时间正半轴的第一个负峰值点对应的时间作为第一特征时间，将所述自相关函数的时间正半轴的第一个正峰值点对应的时间作为第二特征时间；
获取所述待检测油气井的参数信息，根据所述参数信息计算所述声波信号在所述待检测油气井环空中的沿程声速；
根据所述第一特征时间、所述第二特征时间、所述沿程声速，定位所述井下管柱泄漏点的位置。
进一步地，所述方法的另一种实施例中，所述根据所述第一特征时间、所述第二特征时间、所述沿程声速，定位所述井下管柱泄漏点的位置，包括：
根据所述第一特征时间、所述第二特征时间和所述沿程声速，构建搜索函数；
根据所述搜索函数，利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置。
进一步地，所述方法的另一种实施例中，所述构建的搜索函数包括：，
上式中，Γ(L)表示液面位置搜索函数，L表示所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离，t2表示所述第二特征时间，v表示所述沿程声速，表示泄漏点位置搜索函数，t1表示所述第一特征时间，x表示所述待检测油气井环空顶部至所述井下管柱泄漏点之间的距离。
进一步地，所述方法的另一种实施例中，所述根据所述搜索函数利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置，包括：
根据所述液面位置搜索函数利用二分搜索法，获取所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离；
根据所述泄漏点位置搜索函数和获取到的所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离，利用二分搜索法，获取所述井下管柱泄漏点的位置。
进一步地，所述方法的另一种实施例中，所述根据所述搜索函数利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置，包括：
若所述第一特征时间小于预设阈值，则根据所述液面位置搜索函数利用二分搜索法，获取所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离；
根据所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离，获取所述液面的位置，将所述液面的位置作为所述井下管柱泄漏点的位置。
进一步地，所述方法的另一种实施例中，所述根据所述参数信息获取所述声波信号在所述待检测油气井环空中的沿程声速，包括：
将所述待检测油气井的环空划分为连续的至少两个单元，获取所述单元对应的声波传播速度，根据所述单元对应的声波传播速度获得所述沿程声速。
进一步地，所述方法的另一种实施例中，所述对所述声波信号进行自相关分析，还包括：
对所述声波信号进行信号降噪处理；
相应的，所述对所述声波信号进行自相关分析包括：对所述降噪处理后的声波信号进行自相关分析。
另一方面，本申请提供了一种井下管柱泄漏点定位装置，包括：
声波信号处理模块，用于采集待检测油气井环空中的声波信号，对所述声波信号进行自相关分析，获取所述声波信号的自相关函数；
特征时间获取模块，用于获取所述自相关函数的时间正半轴的第一个负峰值点对应的时间作为第一特征时间，获取所述自相关函数的时间正半轴的第一个正峰值点对应的时间作为第二特征时间；
沿程声速获取模块，用于获取所述待检测油气井的参数信息，根据所述参数信息计算所述声波信号在所述待检测油气井环空中的沿程声速；
漏点位置定位模块，用于根据所述沿程声速、所述第一特征时间、所述第二特征时间，定位所述井下管柱泄漏点的位置。
进一步地，所述装置的另一实施例中，所述漏点位置定位模块包括搜索函数构建子模块和泄漏点定位子模块；
所述搜索函数构建子模块用于根据所述第一特征时间、所述第二特征时间和所述沿程声速，构建搜索函数；
所述泄漏点定位子模块用于根据所述搜索函数利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置。
再一方面，本申请还提供了一种井下管柱泄漏点定位装置，包括：处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述井下管柱泄漏点定位方法。
本申请提供的井下管柱泄漏点定位方法及装置，可以通过在油气井井口处设置信号采集系统获取油气井的参数信息、油气井环空内的声波信号。根据采集到的油气井环空内的声波信号以及参数信息，获取油气井内的沿程声速以及反映油气井井下管柱泄漏点位置的第一特征时间和第二特征时间，进一步实现对油气井井下管柱泄漏点位置的定位。直接通过在油气井井口设置采集系统，可以完成油气井泄漏点位置的定位，不需要对油气井进行关井停产操作。可以在油气井生产过程中同时进行检测操作，避免了关井停产带来的经济损失，降低了油气井泄漏点定位的成本，操作方法简单，对油气井适用性强。并且，声波信号以及油气井参数信息的采集方法简单快捷，提高了油气井井下管柱泄漏位置的定位速度，具有更加方便、安全的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的一种井下管柱泄漏点定位方法一种实施例的方法流程示意图；
图2是本申请中一种实施例中声波信号自相关分析提取特征时间的示意图；
图3是本申请一种实施例中二分搜索法定位井下管柱漏点位置的流程示意图；
图4是本申请一种实施例中油气井环空内沿程声速获取方法流程示意图；
图5是本申请提供的井下管柱泄漏点定位装置一种实施例的模块结构示意图；
图6是本申请提供的井下管柱泄漏点定位装置另一种实施例的模块结构示意图；
图7是本申请提供的另一种井下管柱泄漏点定位装置实施例的模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
图1是本申请提供的一种井下管柱泄漏点定位方法一种实施例的方法流程示意图，如图1所示，本申请提供的井下管柱泄漏点定位方法包括：
S1、采集待检测油气井环空中的声波信号，对所述声波信号进行自相关分析，获取所述声波信号的自相关函数。
具体地，油气井(如：石油天然气开发及天然气储存的生产井)中存在多个管柱，相邻管柱之间的环形空间，称为环空。油气井环空均由井口密封组件密封，与下部密封组件(水泥环、封隔器等)、管柱共同组成了密闭的环形空间。油气井的井下管柱若产生泄漏，在流体介质和管壁的作用下在泄漏点处会产生泄漏声波，该声波携带有泄漏位置信息且会沿着周围介质在井筒内传播。本申请提供的一个实施例中，可以采集待检测油气井环空中的声波信号，若待检测油气井的井下管柱发生泄漏，则采集到的声波信号中携带有泄漏点的位置信息。具体可以通过在油气井的井口的环空内设置声波传感器采集待检测油气井环空内的声波信号，声波传感器的个数可以是一个或多个，其采样频率可以根据实际情况进行设置，本申请不作具体限定。声波传感器的类型可以选择传声器或高灵敏度动态压力传感器，当然根据需要也可以是其他类型的声波传感器，本申请不作具体限定。
采集到待检测油气井内的声波信号后，通过对采集到的声波信号进行自相关分析，获取声波信号的自相关函数。自相关函数是描述随机信号一个时刻与另一个时刻的依赖关系，即研究t时刻与t+t'时刻两个随机变量的相关性。本申请一种实施例中可以对采集到的待检测油气井内声波信号进行自相相关分析，获取各个时刻对应的声波信号之间的相关性。
S2、将所述自相关函数的时间正半轴的第一个负峰值点对应的时间作为第一特征时间，将所述自相关函数的时间正半轴的第一个正峰值点对应的时间作为第二特征时间。
具体地，油气井环空是一个封闭的环形空间，没有被水泥封固的环空均充填了不同性能的液体，如生产管柱与生产套管环空。在油气井环空的两端存在可以反射声波的固壁和液面，泄漏产生的声波会从泄漏点向井口和井底方向传播，遇到固壁和液面发生发射然后沿反向继续传播。因此，本申请提供的井下管柱泄漏点定位方法的一个实施例，可以对采集到的声波信号进行自相关分析后，获取到声波信号的自相关函数。根据声波信号的自相关函数获取能够反应泄漏点位置特征的第一特征时间和第二特征时间。图2是本申请中一种实施例中声波信号自相关分析提取特征时间的示意图，如图2所示，对采集到的声波信号进行自相关分析，得到声波信号对应的自相关函数，其中声波信号自相关函数在时间正半轴的第一个负峰值对应第一特征时间t1，声波信号自相关函数在时间正半轴的第一个正峰值对应第二特征时间t2。
为了提高声波信号的分析结果的精度，本申请提供的一个实施例中在对声波信号进行自相关分析之前，可以先对采集到的声波信号进行了信号降噪处理。具体信号降噪处理的方式可以采用小波降噪，即对采集到的声波信号进行小波变换，小波基可以采用sym8或db10，在对声波信号进行小波降噪时，选择合适的小波分析的分解层数使得降噪后的信号频率主要分布在1～130Hz。当然，根据需要，还可以采用其他方法对采集到的声波信号进行信号降噪处理。对降噪处理后的声波信号进行自相关分析，获得声波信号的自相关函数。由于声波信号在环空中反射传播，其自相关函数在时间正半轴可能有多个峰值，为了保证能够提取到第一特征时间和第二特征时间，且不发生干扰，自相关函数数据窗口可以位于(t2/F,2t2/F)中，其中，t2为第二特征时间，F为采样频率。
本申请提供的一个实施例中，第一特征时间可以包括声波信号从井下管柱泄漏点处沿环空介质向下传播至待检测油气井底部液面所用的时间的二倍，第二特征时间可以包括声波信号从待检测油气井环空的顶部传播至待检测油气井环空底部的液面所用的时间的二倍。具体的，由于泄漏产生的声波信号从泄漏点处沿环空介质向下传播至待检测油气井底部的液面发生反射，再沿环空介质向上传播至泄漏点处，本申请一个实施例中的第一特征时间可以反应这一过程所用的时间。由于泄漏产生的声波信号从泄漏点处沿环空介质向上传播至待检测油气井环空的顶部的固壁处发生反射，再沿环空介质向下传播至待检测油气井底部的液面处发生反射，再沿环空介质向上传播至泄漏点处，本申请一个实施例中的第二特征时间可以反应这一过程所用的时间。
S3、获取所述待检测油气井的参数信息，根据所述参数信息计算所述声波信号在所述待检测油气井环空中的沿程声速。
具体地，本申请获取待检测油气井的参数信息，即油气井环空的参数信息，其中参数信息包括：井口监测温度、压力数据、井深结构及生产数据等。当然，根据需要还可以获取待检测油气井的其他参数信息，本申请不做具体限定。待检测油气井内的参数信息可以通过待检测油气井的井口设置传感器进行获取，当然还可以通过其他方式获取，本申请不作具体限定。获取到油气井内的参数信息后，根据获取到的参数信息获取声波信号在待检测油气井环空中的沿程声速，即获取声波信号在油气井环空内的传播速度。本申请的一个实施例中可以根据如下公式(1)获取油气井环空中的沿程声速：
上式中，cp可以表示定压比热容，单位可以是kJ/(kg·K)；cv可以表示定容比热容，单位可以是kJ/(kg·K)；R可以表示气体常数，R＝8.314J/(mol·K)；T可以表示环空内温度，单位可以是K；Mg可以表示环空内介质摩尔质量，单位可以是kg/mol；Z可以表示压缩因子；ρ可以表示介质摩尔密度，单位可以是mol/m3。上式中各参数的值可以通过监测油气井的参数信息获得，或根据油气井的结构信息查表等方式获得，本申请不作具体限定。当然，上述公式(1)只是一种实施例，还可以根据需要对公式(1)进行变形或变换，本申请不作具体限定。
需要说明的是，步骤S1、S2、S3的执行顺序可以进行调换，即实际应用时可以先获取油气井环空内的声波信号，进行分析后，根据声波信号的自相关函数获得第一特征时间和第二特征时间，再获取油气井的参数信息，根据参数信息获取油气井环空内的沿程声速。也就说，第一特征时间、第二特征时间与沿程声速没有特定的获取顺序，可以同时进行获取，也可以先后进行获取，并且先后顺序没有特定的要求。
S4、根据所述沿程声速、所述第一特征时间、所述第二特征时间，定位所述井下管柱泄漏点的位置。
具体地，获取到待检测油气井环空内的沿程声速、待检测油气井井下管柱泄漏点对应的第一特征时间和第二特征时间后，根据获取到的沿程声速、第一特征时间和第二特征时间，定位出井下管柱泄漏点的位置。
本申请提供的井下管柱泄漏点定位方法，通过在油气井井口处设置采集系统获取油气井的参数信息、油气井内的声波信号，实现对油气井井下管柱泄漏点位置的定位，可以在油气井生产过程中进行检测操作，避免了油气井关井停产，降低了油气井井下管柱泄漏点位置定位的成本，泄漏位置检测结果能够快速计算，具有更加方便、安全的优势，对油气井适用性强。
在上述实施例的基础上，所述根据所述第一特征时间、所述第二特征时间和所述沿程声速，定位所述井下管柱泄漏点的位置，包括：
根据所述第一特征时间、所述第二特征时间、所述沿程声速，构建搜索函数；
根据所述搜索函数，利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置。
具体地，获取到待检测油气井环空内的沿程声速以及反映待检测油气井井下管柱泄漏点位置的第一特征时间和第二特征时间后，根据获取到的沿程声速、第一特征时间和第二特征时间，构建搜索函数。根据构建的搜索函数，预先设置待检测油气井井下管柱泄漏点的位置区间，利用二分搜索通过比较泄漏点的位置区间内各点对应的搜索函数的值，定位法定位出井下管柱泄漏点的位置。
其中，所述构建的搜索函数包括：
上式中，Γ(L)表示液面位置搜索函数，L表示所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离，t2表示所述第二特征时间，v表示所述沿程声速，表示泄漏点位置搜索函数，t1表示所述第一特征时间，x表示所述待检测油气井环空顶部至所述井下管柱泄漏点之间的距离。当然，上述公式(2)只是一种实施例，还可以根据需要对公式(2)进行变形或变换，本申请不作具体限定。
在上述实施例的基础上，所述根据所述搜索函数，利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置，包括：
根据所述液面位置搜索函数利用二分搜索法，获取所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离；
根据所述泄漏点位置搜索函数和获取到的所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离，利用二分搜索法，获取所述井下管柱泄漏点的位置。
具体地，根据获取到的沿程声速、第一特征时间和第二特征时间，构建出搜索函数后，根据搜索函数中的液面位置搜索函数Γ(L)，利用二分搜索法，获取待检测油气井环空顶部至底部液面之间的距离L，即获得油气井底部液面的位置。再根据获取到的待检测油气井环空底部液面到泄漏点位置的泄漏点位置搜索函数利用二分搜索法，获取到待检测油气井井下管柱泄漏点的位置x，实现油气井井下管柱泄漏点的定位。
图3是本申请一种实施例中二分搜索法定位井下管柱漏点位置的流程示意图，如图3所示，本申请中采用二分搜索法定位油气井井下管柱漏点位置的过程如下：
T1、设置液面位置初始搜索区间[L1，L2]。即对液面位置进行初始赋值，本申请为了加速计算过程以及计算结果的收敛性，将液面位置的初始区间赋值为[L1，L2]，其中L1＝(v0·t2)/2，L2＝Lp，式中，v0为油气井井口环空声速，t2为第二特征时间，Lp为油气井的封隔器位置。当然，根据需要，还可以将液面位置的初始区间点L1，L2的值设置为其他数值，本申请不做具体限定。
T2、计算Γ(L1)和Γ(Lmid)。即根据上述公式(2)中的液面位置搜索函数Γ(L)计算液面位置区间的起始点L1和中间点Lmid对应的液面位置搜索函数的值，其中Lmid＝(L1+L2)/2。
T3、判断是否满足精度要求。如图3所示，可以预先设置精度值ε1，通过判断是否成立，确定是否满足精度要求，若该式成立，则认为满足精度要求，执行步骤T7，若不成立则认为不满足精度要求，执行步骤T4。
其中可以表示当前搜索步骤对应的液面位置区间的中间点位置，可以表示上一搜索步骤中的液面位置区间的中间点位置。在第一次搜索时的值为0。当然，根据需要，还可以采用其他方法判断是否满足精度要求，本申请不作具体限定。
T4、判断Γ(L1)·Γ(Lmid)＜0是否成立。即若当前搜索步骤中的液面位置区间的中间点不满足精度要求，则需要对液面位置区间进行重新赋值。若Γ(L1)·Γ(Lmid)＜0，执行步骤T6，否则，执行步骤T5。
T5、L1＝Lmid，L2＝L2。即若Γ(L1)·Γ(Lmid)＞0则继续在液面位置区间的后半段进行搜索，返回步骤T2。
T6、L1＝L1，L2＝Lmid。即若Γ(L1)·Γ(Lmid)＜0则继续在液面位置区间的前半段进行搜索，返回步骤T2。
T7、确定液面位置若判断当前搜索步骤中的液面位置区间的中间点满足精度要求，将当前搜索步骤中的液面位置区间的中间点作为油气井环空底部液面的位置，即液面位置
T8、设置漏点位置初始搜索区间[x1，x2]。对油气井井下管柱泄漏点位置的初始区间进行赋值，本申请为了加速计算过程以及计算结果的收敛性，将液面位置的初始区间赋值为[x1，x2]，其中x1＝L-(vL·t1)/2，x2＝L-(v0·t1)/2，式中，L为步骤T7确定的油气井环空底部液面的位置，vL为油气井环空中液面位置对应的声速，t1为第一特征时间。当然，根据需要，还可以将漏点位置的初始区间x1，x2的值设置为其他数值，本申请不做具体限定。
T9、计算和即根据上述公式(2)中的泄漏点位置搜索函数计算漏点位置区间的起始点x1和中间点xmid对应的漏点位置搜索函数的值，其中xmid＝(x1+x2)/2。
T10、判断是否满足精度要求。如图3所示，可以预先设置精度值ε2，通过判断是否成立，确定是否满足精度要求，若该式成立，则认为满足精度要求，执行步骤T14，若不成立则认为不满足精度要求，执行步骤T11。
其中是指当前搜索步骤对应的漏点位置区间的中间点位置，表示上一搜索步骤中的漏点位置区间的中间点位置。在第一次搜索时的值为0。当然，根据需要，还可以采用其他方法判断是否满足精度要求，本申请不作具体限定。需要说明的是，在进行油气井液面位置搜索和漏点位置搜索时的精度值，可以设置为相同的值也可以设置为不同的值，即ε1和ε2可以相同，也可以不相同，本申请不作具体限定。
T11、判断是否成立。即若当前搜索步骤中的漏点位置区间的中间点不满足精度要求，则需要对漏点位置区间进行重新赋值。若执行步骤T13，否则，执行步骤T12。
T12、x1＝xmid，x2＝x2。即若则继续在漏点位置区间的后半段进行搜索，返回步骤T9。
T13、x1＝x1，x2＝xmid。即若则继续在漏点位置区间的前半段进行搜索，返回步骤T9。
T14、确定漏点位置若判断当前搜索步骤中的漏点位置区间的中间点满足精度要求，将当前搜索步骤中的漏点位置区间的中间点作为油气井井下管柱泄漏点的位置，即漏点位置
在上述实施例的基础上，所述根据所述搜索函数，利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置，包括：
若所述第一特征时间小于预设阈值，则根据所述液面位置搜索函数利用二分搜索法，获取所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离；
根据所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离，获取所述液面的位置，将所述液面的位置作为所述井下管柱泄漏点的位置。
具体地，在获取到反应井下管柱泄漏点位置信息的第一特征时间后，若判断第一特征时间小于预设阈值，则根据液面位置搜索函数，利用二分搜索法，获取待检测油气井环空顶部至油气井环空底部液面之间的距离，获得油气井环空底部液面的位置，将油气井环空底部液面的位置作为油气井井下管柱泄漏点的位置。即若获取到的第一特征时间小于预设阈值时，具体可以将预设阈值的数值设置为接近于0的值，即第一特征时间接近于0时，可以认为油气井井下管柱的泄漏点与油气井底部的液面位置接近，可以将油气井底部的液面位置作为油气井井下管柱泄漏点的位置。
具体应用时，若判断第一特征时间小于预设阈值，则在进行井下管柱泄漏点定位时，可以执行上述图3中的步骤T1-T7，获取到油气井底部液面的位置，将该位置作为油气井井下管柱泄漏点的位置，即
本申请提供的井下管柱泄漏点定位方法，通过在油气井井口处设置采集系统，获取到油气井环空内的声波信号，进一步对获取到的声波信号进行处理，获得反映油气井井下管柱泄漏点位置的第一特征时间和第二特征时间。并根据油气井的参数信息，获取油气井环空内的沿程声速，根据获取到的第一特征时间、第二特征时间和沿程声速构建搜索函数。利用二分搜索法，先获取到油气井环空底部液面的位置，再根据油气井环空底部液面的位置获取到油气井井下管柱泄漏点的位置。实现了油气井井下管柱泄漏点的快速准确定位，只需要在井口环空中安装一个声波传感器，不用井下操作，避免了关井停产带来的经济损失，本申请的油气井井下管柱泄漏点定位方法操作方便，定位快速，成本低，精度高，并且对油气井普适性强。
可以采用多种方式获取油气井环空内声波信号的沿程声速，如：通过在油气井环空内不同的位置设置传感器，根据各个传感器检测到的声波信号，结合油气井的参数信息等获取到油气井环空内的沿程声速，本申请提供所述井下管柱漏点定位方法的另一个实施例可以提供一种沿程声速的计算方法如下：
在上述实施例的基础上，所述根据所述参数信息获取所述声波信号在所述待检测油气井中的沿程声速，包括：
将所述待检测油气井的环空划分为连续的至少两个单元，获取所述单元对应的声波传播速度，根据所述单元对应的声波传播速度获得所述沿程声速。
具体地，本申请将待检测油气井的环空划分为多个连续的单元，依次从井口根据监测温度Twh、压力Pwh、比重γ等数据迭代计算每个单元的温度Ti，压力Pi及压缩因子Zi，再根据公式计算各个单元的声速vi，从而得到环空声速剖面v(L)即获得油气井内的沿程声速。
图4是本申请一种实施例中油气井环空内沿程声速获取方法流程示意图，如图4所示，本申请中油气井沿程声速的获取方式如下：
(1)根据井口监测数据确定初始条件，即确定井口温度Twh、井口压力Pwh及环空气体比重γ，计算步长i＝1；
(2)Ti＝Twh，Pi＝Pwh，即从井口处的单元进行计算，确定初始计算单元对应的温度和压力值；
(3)Li＝ΔL×i，即确定当前计算单元对应的位置，其中Li表示当前计算单元与油气井环空顶部之间的距离，ΔL表示每个计算单元的长度(深度)，i表示当前计算步长。
(4)给计算段出口压力赋值Pi'；
(5)根据出口压力赋值Pi'计算当前计算单元对应的压缩因子Zi、温度Ti；
(6)根据压缩因子Zi及温度Ti计算新的出口压力Pi；
(7)重复(5)、(6)直至Pi满足精度要求；
(8)根据当前Pi、Ti计算热容Cpi、Cvi及摩尔密度ρ；
(9)计算当前计算单元对应的声波传播速度vi，具体可以根据上述公式(1)利用上述Pi、Ti计算热容Cpi、Cvi及摩尔密度ρ等计算各个单元的声波传播速度：
(10)i＝i+1，返回步骤(3)，进行下一个计算单元，直至遍历整个环空得到油气井环空的沿程声速v(L)。
可以看出，油气井环空中的沿程声速与油气井内具体的位置L相关，不同位置即不同单元处对应的声波声速可能会不同。本申请通过将油气井环空进行单元划分，通过迭代计算获取油气井环空中每个单元的声波传播速度，进一步获取到油气井环空中的沿程声速。再根据提取到的第一特征时间和第二特征时间可以构建出搜索函数，具体可以参见上述公式(2)。根据搜索函数，利用二分搜索法，即可以定位出油气井井下管柱泄漏点的位置，具体可以参见上述图3的介绍。
在本申请实施过程中发现，当泄漏点位置距离油气井环空底部液面较远，即L-X＞δ时，泄漏点位置实际可由下式反向求解：
当泄漏点位置距离油气井底部液面很近，即L-X＜δ时，此时t1接近于0，即第一特征时间t1小于预设阈值时，油气井底部的液面位置近似视为泄漏点位置，泄漏点位置实际可由下式反向求解：
其中，t2为第二特征时间，L为油气井环空底部液面的位置，即油气井环空顶部至油气井底部液面的距离，t1为第一特征时间，x为油气井井下管柱泄漏点的位置，即油气井环空顶部至泄漏点的距离，δ为长度最小分辨率，δ＝v/F，其中F为声波传感器的采样频率，v为油气井环空中声波的沿程声速。
在实际求解过程中，由于公式(3)和(4)中的油气井环空底部液面的位置L、泄漏点的位置x是未知的，因此对应的油气井环空内的沿程声速v也是未知的，不能直接利用上述公式(3)和(4)直接获得油气井井下管柱泄漏点的位置。因此，本申请可以通过预先设置油气井环空底部液面位置区间和油气井井下管柱泄漏点位置区间，采用二分搜索法，进行搜索定位油气井井下管柱泄漏点的位置，具体方法参见上述实施例的介绍。
本申请提供的井下管柱泄漏点定位方法，将油气井环空预先划分成多个连续的单元，结合油气井的井身结构、井口检测温度等参数信息，通过迭代计算，获取油气井环空中各个单元的声波传播速度，进一步获取到声波信号在油气井环空中的沿程声速。提高了油气井沿程声速数据获取的准确性，为油气井井下管柱泄漏点定位提供了准确的数据基础。并通过在油气井井口处设置采集系统，获取到油气井环空内的声波信号，进一步对获取到的声波信号进行降噪处理和自相关分析，获得声波信号的自相关函数，根据获取到的声波信号的自相关函数，提取反映油气井井下管柱泄漏点位置的第一特征时间和第二特征时间。提高了油气井井下管柱泄漏点定位的准确性，避免了关井停产带来的经济损失，本申请的方法简单，操作方便，定位快速，成本低，精度高，对油气井普适性强。
基于上述所述的用户Web工程数据处理方法，本说明书一个或多个实施例还提供一种Web工程数据处理装置。所述的装置可以包括使用了本说明书实施例所述方法的系统(包括分布式系统)、软件(应用)、模块、组件、服务器、客户端等并结合必要的实施硬件的装置。基于同一创新构思，本说明书实施例提供的一个或多个实施例中的装置如下面的实施例所述。由于装置解决问题的实现方案与方法相似，因此本说明书实施例具体的装置的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
具体地，图5是本申请提供的井下管柱泄漏点定位装置一种实施例的模块结构示意图，如图5所示，本申请中提供的井下管柱泄漏点定位装置包括：声波信号处理模块51、特征时间获取模块52、沿程声速获取模块53和漏点位置定位模块54。
声波信号处理模块51，可以用于采集待检测油气井环空中的声波信号，对所述声波信号进行自相关分析，获取所述声波信号的自相关函数。
特征时间获取模块52，可以用于将所述自相关函数的时间正半轴的第一个负峰值点对应的时间作为第一特征时间，将所述自相关函数的时间正半轴的第一个正峰值点对应的时间作为第二特征时间。
沿程声速获取模块53，可以用于获取所述待检测油气井的参数信息，根据所述参数信息计算所述声波信号在所述待检测油气井中的沿程声速。
漏点位置定位模块54，可以用于根据所述沿程声速、所述第一特征时间、所述第二特征时间，定位所述井下管柱泄漏点的位置。
本申请提供的井下管柱泄漏点定位装置，通过在油气井井口处获取油气井的参数信息、油气井内的声波信号，实现对油气井井下管柱泄漏点位置的定位，可以在油气井生产过程中进行检测操作，不需要对油气井进行关井停产，避免了经济损失，降低了油气井井下管柱泄漏点位置定位的成本。并且，泄漏位置检测结果能够快速计算，具有更加方便、安全的优势，对油气井适用性强，提高了油气井井下管柱泄漏点位置定位的准确性。
图6是本申请提供的井下管柱泄漏点定位装置另一种实施例的模块结构示意图，如图6所示，本申请提供的另一个实施例中，所述漏点位置定位模块包括搜索函数构建子模块541和泄漏点定位子模块542；
所述搜索函数构建子模块541用于根据所述第一特征时间、所述第二特征时间和所述沿程声速，构建搜索函数
所述泄漏点定位子模块542用于根据所述搜索函数利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置。
本申请提供的井下管柱泄漏点定位装置，根据获得的第一特征时间、第二特征时间、沿程声速构建搜索函数，并根据构建的搜索函数，利用二分搜索法，可以快速的定位出油气井井下管柱泄漏点的位置，降低了油气井井下管柱泄漏点位置定位的周期，节约了成本，同时，对油气井适用性强，提高了油气井井下管柱泄漏点位置定位的准确性。
需要说明的，上述所述的装置根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书实施例提供的上述保障数据一致性的处理方法或装置可以在计算机中由处理器执行相应的程序指令来实现，如使用windows操作系统的c++语言在PC端实现、linux系统实现，或其他例如使用android、iOS系统程序设计语言在智能终端实现，以及基于量子计算机的处理逻辑实现等。本说明书提供的一种井下管柱泄漏点定位装置的另一种实施例中，图7是本申请提供的另一种井下管柱泄漏点定位装置实施例的模块结构示意图，如图7所示，本申请另一实施例提供的井下管柱泄漏点定位装置可以包括处理器71以及用于存储处理器可执行指令的存储器72，
处理器71和存储器72通过总线73完成相互间的通信；
所述处理器71用于调用所述存储器72中的程序指令，以执行上述各井下管柱泄漏点定位方法实施例所提供的方法，例如包括：采集待检测油气井环空中的声波信号，对所述声波信号进行自相关分析，采集待检测油气井环空中的声波信号，对所述声波信号进行自相关分析，获取所述声波信号的自相关函数；将所述自相关函数的时间正半轴的第一个负峰值点对应的时间作为第一特征时间，将所述自相关函数的时间正半轴的第一个正峰值点对应的时间作为第二特征时间；获取所述待检测油气井的参数信息，根据所述参数信息计算所述声波信号在所述待检测油气井中的沿程声速；根据所述第一特征时间、所述第二特征时间、所述沿程声速，定位所述井下管柱泄漏点的位置。
需要说明的是说明书上述所述的装置或电子设备根据相关方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照方法实施例的描述，在此不作一一赘述。本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书实施例并不局限于必须是符合行业通信标准、标准计算机数据处理和数据存储规则或本说明书一个或多个实施例所描述的情况。某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、存储、判断、处理方式等获取的实施例，仍然可以属于本说明书实施例的可选实施方案范围之内。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、车载人机交互设备、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
虽然本说明书一个或多个实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储、石墨烯存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本领域技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书一个或多个实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本本说明书一个或多个实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的实施例而已，并不用于限制本本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种井下管柱泄漏点定位方法，其特征在于，所述方法包括：
采集待检测油气井环空中的声波信号，对所述声波信号进行自相关分析，获取所述声波信号的自相关函数；
将所述自相关函数的时间正半轴的第一个负峰值点对应的时间作为第一特征时间，将所述自相关函数的时间正半轴的第一个正峰值点对应的时间作为第二特征时间；
获取所述待检测油气井的参数信息，根据所述参数信息计算所述声波信号在所述待检测油气井环空中的沿程声速；
根据所述第一特征时间、所述第二特征时间、所述沿程声速，定位所述井下管柱泄漏点的位置。
2.如权利要求1所述的一种井下管柱泄漏点定位方法，其特征在于，所述根据所述第一特征时间、所述第二特征时间、所述沿程声速，定位所述井下管柱泄漏点的位置，包括：
根据所述第一特征时间、所述第二特征时间和所述沿程声速，构建搜索函数；
根据所述搜索函数，利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置。
3.如权利要求2所述的一种井下管柱泄漏点定位方法，其特征在于，所述构建的搜索函数包括：
上式中，Γ(L)表示液面位置搜索函数，L表示所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离，t2表示所述第二特征时间，v表示所述沿程声速，表示泄漏点位置搜索函数，t1表示所述第一特征时间，x表示所述待检测油气井环空顶部至所述井下管柱泄漏点之间的距离。
4.如权利要求3所述的一种井下管柱泄漏点定位方法，其特征在于，所述根据所述搜索函数，利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置，包括：
根据所述液面位置搜索函数利用二分搜索法，获取所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离；
根据所述泄漏点位置搜索函数和获取到的所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离，利用二分搜索法，获取所述井下管柱泄漏点的位置。
5.如权利要求3所述的一种井下管柱泄漏点定位方法，其特征在于，所述根据所述搜索函数，利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置，包括：
若所述第一特征时间小于预设阈值，则根据所述液面位置搜索函数利用二分搜索法，获取所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离；
根据所述待检测油气井环空顶部至所述液面之间的距离，获取所述液面的位置，将所述液面的位置作为所述井下管柱泄漏点的位置。
6.如权利要求1所述的一种井下管柱泄漏点定位方法，其特征在于，所述根据所述参数信息获取所述声波信号在所述待检测油气井中的沿程声速，包括：
将所述待检测油气井的环空划分为连续的至少两个单元，获取所述单元对应的声波传播速度，根据所述单元对应的声波传播速度获得所述沿程声速。
7.如权利要求1所述的一种井下管柱泄漏点定位方法，其特征在于，所述对所述声波信号进行自相关分析，还包括：
对所述声波信号进行信号降噪处理；
相应的，所述对所述声波信号进行自相关分析包括：对所述降噪处理后的声波信号进行自相关分析。
8.一种井下管柱泄漏点定位装置，其特征在于，所述装置包括：
声波信号处理模块，用于采集待检测油气井环空中的声波信号，对所述声波信号进行自相关分析，获取所述声波信号的自相关函数；
特征时间获取模块，用于获取所述自相关函数的时间正半轴的第一个负峰值点对应的时间作为第一特征时间，获取所述自相关函数的时间正半轴的第一个正峰值点对应的时间作为第二特征时间；
沿程声速获取模块，用于获取所述待检测油气井的参数信息，根据所述参数信息计算所述声波信号在所述待检测油气环空井中的沿程声速；
漏点位置定位模块，用于根据所述沿程声速、所述第一特征时间、所述第二特征时间，定位所述井下管柱泄漏点的位置。
9.如权利要求8所述的一种井下管柱泄漏点定位装置，其特征在于，所述漏点位置定位模块包括搜索函数构建子模块和泄漏点定位子模块；
所述搜索函数构建子模块用于根据所述第一特征时间、所述第二特征时间和所述沿程声速，构建搜索函数
所述泄漏点定位子模块用于根据所述搜索函数利用二分搜索法定位所述井下管柱泄漏点的位置。
10.一种井下管柱泄漏点定位装置，其特征在于，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现如权利要求1至7中任意一项所述方法的步骤。
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