CN117072155A - 一种应用于石油开采的温度监测方法、系统、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油开采监测技术领域，其目的在于提供一种应用于石油开采的温度监测方法、系统、设备及介质。本发明通过采用滑动平均滤波处理可有效地抑制滤波后光纤数字信号中的随机噪声，且其运算速度较快，同时还基于小波去噪方法对所述滤波后光纤数字信号进一步进行去噪，可有效去除光纤温度传感器反馈信号中的噪声，提高了通过光纤温度传感器进行温度监测时的测温精度。
Description
技术领域
本发明属于石油开采监测技术领域，具体涉及一种应用于石油开采的温度监测方法、系统、设备及介质。
背景技术
石油是深埋在地下的流体矿物，同煤等能源相比，其具有能量密度大、运输储存方便、燃烧后对大气的污染程度较小等优点，在国民经济中的意义重大。石油开采是指在有石油储存的地方对石油进行挖掘、提取的行为，石油通过从储层流入井底，又从井底上升到井口的驱动方式被开采。
随石油油田的深层次开采，为保证石油开采的效果及石油开采量，通常需在石油开采过程中进行石油开采模式的转换。为顺利实现石油开采模式的转换，在对油井进行注汽、焖井、发喷到采油阶段的全过程温度等数据进行动态监测，进而利于选择合适时机转换开采模式。油井中的最高温度可达350℃以上，工作环境较为恶劣，使得传统的热敏电阻、热电偶、红外线非接触式传感器等测温装置均无法有效进行温度测量。为此，现有技术中，已出现采用光纤传感器进行油井内温度测量的技术。
但是，在使用现有技术过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
通过光纤传感器获取的光纤反射信号通常较为微弱，同时由于油井下的环境复杂多变，以及光纤反射信号在传输及解调处理过程中会因系统原因出现噪声，导致最终得到的温度数据准确度不高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于石油开采的温度监测方法、系统、设备及介质。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种应用于石油开采的温度监测方法，包括：
向光纤温度传感器注入脉冲激光，以便接收光纤温度传感器反馈的目标油井井下的光纤反射信号；
对所述光纤反射信号进行解调处理，得到光纤数字信号；
对所述光纤数字信号进行滑动平均滤波处理，得到滤波后光纤数字信号；
对所述滤波后光纤数字信号进行小波去噪处理，得到去噪后光纤数字信号；
根据所述去噪后光纤数字信号得到油井温度分布结果，并对其进行可视化处理。
本发明可实现对光纤反射信号的去噪处理，利于提升油井内温度检测数据的准确性。具体地，本发明在实施过程中，通过向光纤温度传感器注入脉冲激光，以便接收光纤温度传感器反馈的目标油井井下的光纤反射信号，再对所述光纤反射信号进行解调处理，得到光纤数字信号；随后对所述光纤数字信号进行滑动平均滤波处理，得到滤波后光纤数字信号，并对所述滤波后光纤数字信号进行小波去噪处理，得到去噪后光纤数字信号；最后根据所述去噪后光纤数字信号得到油井温度分布结果，并对其进行可视化处理。在此过程中，本发明采用滑动平均滤波处理可有效地抑制滤波后光纤数字信号中的随机噪声，且其运算速度较快，同时还基于小波去噪方法对所述滤波后光纤数字信号进一步进行去噪，可有效去除光纤温度传感器反馈信号中的噪声，提高了通过光纤温度传感器进行温度监测时的测温精度。
在一个可能的设计中，依次通过高速调制半导体激光器、光纤放大器和光纤耦合器向所述光纤温度传感器注入脉冲激光。
在一个可能的设计中，对所述光纤反射信号进行解调处理，得到光纤数字信号，包括：
对所述光纤反射信号进行滤波处理，得到滤波后光信号；
对所述滤波后光信号进行光电转换处理，得到光路模拟信号；
对所述光路模拟信号进行模数转换处理，得到光纤数字信号。
在一个可能的设计中，所述滤波后光纤数字信号为：
；
式中，2N+1为对所述光纤数字信号进行滑动平均滤波处理时的滤波窗口的长度，N为自然数；为待进行滑动平均滤波处理的光纤数字信号序列；/>为滤波后光纤数字信号序列。
在一个可能的设计中，对所述滤波后光纤数字信号进行小波去噪处理，得到去噪后光纤数字信号，包括：
获取预设小波和小波分解层数，并根据所述预设小波和小波分解层数对所述滤波后光纤数字信号进行小波分解处理，得到小波分解后光纤数字信号；
获取预设小波阈值，并根据所述预设小波阈值对所述小波分解后光纤数字信号对应的小波系数进行阈值量化处理，得到新的小波系数以及与新的小波系数对应的量化处理后光纤数字信号；
对所述量化处理后光纤数字信号进行重构处理，得到去噪后光纤数字信号。
在一个可能的设计中，预设小波采用db5小波；小波分解层数为3层；预设小波阈值为：
；
式中，n为所述小波分解后光纤数字信号的长度，为所述小波分解后光纤数字信号的方差。
在一个可能的设计中，所述光纤温度传感器的输入端连接有参考光纤传感器；对应地，在向光纤温度传感器注入脉冲激光前，所述方法还包括：
接收所述参考光纤传感器反馈的参考光纤反射信号，并根据所述参考光纤反射信号得到参考温度值；
接收所述光纤温度传感器与所述参考光纤传感器相邻区域反馈的检测光纤反射信号，并根据所述检测光纤反射信号得到检测温度值；
根据所述参考温度值和所述检测温度值得到校准因子，以便在后续步骤中根据所述校准因子对所述光纤温度传感器反馈的光纤反射信号进行温度校准；其中，所述校准因子为所述参考温度值和所述检测温度值之差。
第二方面，本发明提供了一种应用于石油开采的温度监测系统，用于实现如上述任一项所述的应用于石油开采的温度监测方法；所述应用于石油开采的温度监测系统包括：
信号接收模块，用于向光纤温度传感器注入脉冲激光，以便接收光纤温度传感器反馈的目标油井井下的光纤反射信号；
信号解调模块，与所述信号接收模块通信连接，用于对所述光纤反射信号进行解调处理，得到光纤数字信号；
信号去噪模块，与所述信号解调模块通信连接，用于对所述光纤数字信号进行滑动平均滤波处理，得到滤波后光纤数字信号；所述信号去噪模块，还用于对所述滤波后光纤数字信号进行小波去噪处理，得到去噪后光纤数字信号；
信号输出模块，与所述信号去噪模块通信连接，用于根据所述去噪后光纤数字信号得到油井温度分布结果，并对其进行可视化处理。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序指令；以及，
处理器，用于执行所述计算机程序指令从而完成如上述任一项所述的应用于石油开采的温度监测方法的操作。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的计算机程序指令，所述计算机程序指令被配置为运行时执行如上述任一项所述的应用于石油开采的温度监测方法的操作。
附图说明
图1是实施例中一种应用于石油开采的温度监测方法的流程图；
图2是实施例中一种应用于石油开采的温度监测系统的模块框图；
图3是实施例中一种电子设备的模块框图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
实施例1：
本实施例公开了一种应用于石油开采的温度监测方法，可以但不限于由具有一定计算资源的计算机设备或虚拟机执行，例如由个人计算机、智能手机、个人数字助理或可穿戴设备等电子设备执行，或者由虚拟机执行。
如图1所示，一种应用于石油开采的温度监测方法，可以但不限于包括有如下步骤：
S1.向光纤温度传感器注入脉冲激光，以便接收光纤温度传感器反馈的目标油井井下的光纤反射信号。
需要说明的是，光纤温度传感器具有耐高温、防腐、防爆、防电磁干扰等特点，非常适合油井高温监测。激光在光纤中传播时会产生三种后向散射，分别为瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射。其中，拉曼型分布式光纤温度传感设备通过测量并解调拉曼散射光的强度对光纤沿线温度进行分布式测量，由于其传感距离长，实时定量，连续测量，信噪比高，不易受电磁干扰且成本较低等优势，已经在石油化工、电力、建筑等领域的安全监控中具有重要的工程应用。
本实施例中，所述光纤温度传感器采用分布式光纤光栅传感器，分布式光纤光栅传感器沿油井的井壁布设。
还需要说明的是，在实施过程中，处理系统通过光端机向光纤温度传感器发射某一波长的脉冲激光，该脉冲激光会以略低于真空中光速的速度C在光纤温度传感器中向前传播，同时向四周发射散射光，散射光的一部分作为光纤反射信号沿光纤返回到入射端，通过测量脉冲激光和光纤反射信号之间的时间差，则可得到发射光纤反射信号的位置与脉冲激光发射处的位置之间的距离L=C*t/2n；其中，C为光纤中的光速，C=C 0/n，C 0为真空中的光速，n为光纤温度传感器的折射率，t为脉冲激光和光纤反射信号之间的时间差。
需要说明的是，光纤温度传感器反馈的光纤反射信号的强弱和向其注入脉冲激光的强度有关，向其注入脉冲激光的强度越大，则光纤温度传感器反馈的光纤反射信号的强度越大，就越有利于提高后续温度检测的准确性。基于此，本实施例中，依次通过高速调制半导体激光器、光纤放大器和光纤耦合器向所述光纤温度传感器注入脉冲激光。基于此，可以进一步缩短脉冲激光的宽度，进而有效提高后续光纤反射信号的分辨率。
S2.对所述光纤反射信号进行解调处理，得到光纤数字信号。
具体地，本实施例中，对所述光纤反射信号进行解调处理，得到光纤数字信号，包括：
S201.对所述光纤反射信号进行滤波处理，得到滤波后光信号；需要说明的是，本实施例中，对所述光纤反射信号进行滤波处理时，滤除较强的瑞利后向散射光信号，得到的滤波后光信号包括斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号。
S202.对所述滤波后光信号进行光电转换处理，得到光路模拟信号；
S203.对所述光路模拟信号进行模数转换处理，得到光纤数字信号。
S3.对所述光纤数字信号进行滑动平均滤波处理，得到滤波后光纤数字信号。
具体地，本实施例中，所述滤波后光纤数字信号为：
；
式中，2N+1为对所述光纤数字信号进行滑动平均滤波处理时的滤波窗口的长度，N为自然数，本实施例中，将N设置为5。为待进行滑动平均滤波处理的光纤数字信号序列；/>为滤波后光纤数字信号序列。
S4.对所述滤波后光纤数字信号进行小波去噪处理，得到去噪后光纤数字信号。本实施例还可通过最小二乘拟合等方法实现对滤波后光纤数字信号的去噪处理，进而提高本实施例的温度检测精度。
本实施例中，对所述滤波后光纤数字信号进行小波去噪处理，得到去噪后光纤数字信号，包括：
S401.获取预设小波和小波分解层数，并根据所述预设小波和小波分解层数对所述滤波后光纤数字信号进行小波分解处理，得到小波分解后光纤数字信号；需要说明的是，由于dbN小波具有很好的正则性，能很好地将滤波处理后光纤数字信号的高频信号和低频信号分离，因此，本实施例中，选用db5小波作为预设小波；小波分解层数可通过传统的基于熵的标准来确定得到，本实施例中，将小波分解层数设置为3-5层，优选设置为3层，由此可使得后续阈值去噪的平滑度最好，利于信号提高去噪效果。
S402.获取预设小波阈值，并根据所述预设小波阈值对所述小波分解后光纤数字信号对应的小波系数进行阈值量化处理，得到新的小波系数以及与新的小波系数对应的量化处理后光纤数字信号；需要说明的是，本实施例中，采用软阈值处理方法对所述小波分解后光纤数字信号对应的小波系数进行阈值量化处理，具体地，根据所述预设小波阈值对所述小波分解后光纤数字信号对应的小波系数进行阈值量化处理，也即将所述小波分解后光纤数字信号对应的小波系数中低于预设小波阈值的小波系数设为0，将将所述小波分解后光纤数字信号对应的小波系数中高于于预设小波阈值的信号更新为其与预设小波阈值的差值。
本实施例中，预设小波阈值为：
；
式中，n为所述小波分解后光纤数字信号的长度，为所述小波分解后光纤数字信号的方差。
S403.对所述量化处理后光纤数字信号进行重构处理，得到去噪后光纤数字信号。
S5.根据所述去噪后光纤数字信号得到油井温度分布结果，并对其进行可视化处理。需要说明的是，本实施例中，油井温度分布结果包括光纤温度传感器的位置信息及不同位置的温度信息，对其进行可视化处理时，可将横轴定义为光纤温度传感器伸入油井的深度，纵轴定义为不同位置的光纤温度传感器对应的温度，由此便于用户直观地了解油井不同深度下的温度变化情况，为石油开采模式的转换提供依据。
本实施例可实现对光纤反射信号的去噪处理，利于提升油井内温度检测数据的准确性。具体地，本实施例在实施过程中，通过向光纤温度传感器注入脉冲激光，以便接收光纤温度传感器反馈的目标油井井下的光纤反射信号，再对所述光纤反射信号进行解调处理，得到光纤数字信号；随后对所述光纤数字信号进行滑动平均滤波处理，得到滤波后光纤数字信号，并对所述滤波后光纤数字信号进行小波去噪处理，得到去噪后光纤数字信号；最后根据所述去噪后光纤数字信号得到油井温度分布结果，并对其进行可视化处理。在此过程中，本实施例采用滑动平均滤波处理可有效地抑制滤波后光纤数字信号中的随机噪声，且其运算速度较快，同时还基于小波去噪方法对所述滤波后光纤数字信号进一步进行去噪，可有效去除光纤温度传感器反馈信号中的噪声，提高了通过光纤温度传感器进行温度监测时的测温精度。
此外，本实施例中，所述光纤温度传感器的输入端连接有参考光纤传感器；对应地，在向光纤温度传感器注入脉冲激光前，所述方法还包括：
接收所述参考光纤传感器反馈的参考光纤反射信号，并根据所述参考光纤反射信号得到参考温度值；
接收所述光纤温度传感器与所述参考光纤传感器相邻区域反馈的检测光纤反射信号，并根据所述检测光纤反射信号得到检测温度值；
根据所述参考温度值和所述检测温度值得到校准因子，以便在后续步骤中根据所述校准因子对所述光纤温度传感器反馈的光纤反射信号进行温度校准。具体地，本实施例中，校准因子为所述参考温度值和所述检测温度值之差。
需要说明的是，参考光纤传感器是预先进行信号标定的光纤传感器，本实施例中，通过设置参考光纤传感器，可利于在光纤温度传感器应用过程中对其进行时时校准，进而提高本实施例中光纤温度传感器的测温精度。
实施例2：
本实施例公开了一种应用于石油开采的温度监测系统，用于实现实施例1中应用于石油开采的温度监测方法；如图2所示，所述应用于石油开采的温度监测系统包括：
信号接收模块，用于向光纤温度传感器注入脉冲激光，以便接收光纤温度传感器反馈的目标油井井下的光纤反射信号；
信号解调模块，与所述信号接收模块通信连接，用于对所述光纤反射信号进行解调处理，得到光纤数字信号；
信号去噪模块，与所述信号解调模块通信连接，用于对所述光纤数字信号进行滑动平均滤波处理，得到滤波后光纤数字信号；所述信号去噪模块，还用于对所述滤波后光纤数字信号进行小波去噪处理，得到去噪后光纤数字信号；
信号输出模块，与所述信号去噪模块通信连接，用于根据所述去噪后光纤数字信号得到油井温度分布结果，并对其进行可视化处理。
实施例3：
在实施例1或2的基础上，本实施例公开了一种电子设备，该设备可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑或者台式电脑等。电子设备可能被称为用户终端、便携式终端、台式终端等，如图3所示，电子设备包括：
存储器，用于存储计算机程序指令；以及，
处理器，用于执行所述计算机程序指令从而完成如实施例1中任一所述的应用于石油开采的温度监测方法的操作。
具体地，处理器301可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器301可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable LogicArray，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器301也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器301可以再集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。
存储器302可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器302还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器302中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器301所执行以实现本申请中实施例1提供的应用于石油开采的温度监测方法。
在一些实施例中，终端还可选包括有：通信接口303和至少一个外围设备。处理器301、存储器302和通信接口303之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与通信接口303相连。具体地，外围设备包括：射频电路304、显示屏305和电源306中的至少一种。
通信接口303可被用于将I/O(Input/ Output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器301和存储器302。在一些实施例中，处理器301、存储器302和通信接口303被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器301、存储器302和通信接口303中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。
射频电路304用于接收和发射RF(Radio Frequency，射频)信号，也称电磁信号。射频电路304通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。
显示屏305用于显示UI(User Interface，用户界面)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。
电源306用于为电子设备中的各个组件进行供电。
实施例4：
在实施例1至3任一项实施例的基础上，本实施例公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的计算机程序指令，所述计算机程序指令被配置为运行时执行如实施例1所述的应用于石油开采的温度监测方法的操作。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种应用于石油开采的温度监测方法，其特征在于：包括：
向光纤温度传感器注入脉冲激光，以便接收光纤温度传感器反馈的目标油井井下的光纤反射信号；
对所述光纤反射信号进行解调处理，得到光纤数字信号；
对所述光纤数字信号进行滑动平均滤波处理，得到滤波后光纤数字信号；
对所述滤波后光纤数字信号进行小波去噪处理，得到去噪后光纤数字信号；
根据所述去噪后光纤数字信号得到油井温度分布结果，并对其进行可视化处理。
2.根据权利要求1所述的一种应用于石油开采的温度监测方法，其特征在于：依次通过高速调制半导体激光器、光纤放大器和光纤耦合器向所述光纤温度传感器注入脉冲激光。
3.根据权利要求1所述的一种应用于石油开采的温度监测方法，其特征在于：对所述光纤反射信号进行解调处理，得到光纤数字信号，包括：
对所述光纤反射信号进行滤波处理，得到滤波后光信号；
对所述滤波后光信号进行光电转换处理，得到光路模拟信号；
对所述光路模拟信号进行模数转换处理，得到光纤数字信号。
4.根据权利要求1所述的一种应用于石油开采的温度监测方法，其特征在于：所述滤波后光纤数字信号为：
；
式中，2N+1为对所述光纤数字信号进行滑动平均滤波处理时的滤波窗口的长度，N为自然数；为待进行滑动平均滤波处理的光纤数字信号序列；/>为滤波后光纤数字信号序列。
5.根据权利要求1所述的一种应用于石油开采的温度监测方法，其特征在于：对所述滤波后光纤数字信号进行小波去噪处理，得到去噪后光纤数字信号，包括：
获取预设小波和小波分解层数，并根据所述预设小波和小波分解层数对所述滤波后光纤数字信号进行小波分解处理，得到小波分解后光纤数字信号；
获取预设小波阈值，并根据所述预设小波阈值对所述小波分解后光纤数字信号对应的小波系数进行阈值量化处理，得到新的小波系数以及与新的小波系数对应的量化处理后光纤数字信号；
对所述量化处理后光纤数字信号进行重构处理，得到去噪后光纤数字信号。
6.根据权利要求5所述的一种应用于石油开采的温度监测方法，其特征在于：预设小波采用db5小波；小波分解层数为3层；预设小波阈值为：
；
式中，n为所述小波分解后光纤数字信号的长度，为所述小波分解后光纤数字信号的方差。
7.根据权利要求1所述的一种应用于石油开采的温度监测方法，其特征在于：所述光纤温度传感器的输入端连接有参考光纤传感器；对应地，在向光纤温度传感器注入脉冲激光前，所述方法还包括：
接收所述参考光纤传感器反馈的参考光纤反射信号，并根据所述参考光纤反射信号得到参考温度值；
接收所述光纤温度传感器与所述参考光纤传感器相邻区域反馈的检测光纤反射信号，并根据所述检测光纤反射信号得到检测温度值；
根据所述参考温度值和所述检测温度值得到校准因子，以便在后续步骤中根据所述校准因子对所述光纤温度传感器反馈的光纤反射信号进行温度校准；其中，所述校准因子为所述参考温度值和所述检测温度值之差。
8.一种应用于石油开采的温度监测系统，其特征在于：用于实现如权利要求1至7中任一项所述的应用于石油开采的温度监测方法；所述应用于石油开采的温度监测系统包括：
信号接收模块，用于向光纤温度传感器注入脉冲激光，以便接收光纤温度传感器反馈的目标油井井下的光纤反射信号；
信号解调模块，与所述信号接收模块通信连接，用于对所述光纤反射信号进行解调处理，得到光纤数字信号；
信号去噪模块，与所述信号解调模块通信连接，用于对所述光纤数字信号进行滑动平均滤波处理，得到滤波后光纤数字信号；所述信号去噪模块，还用于对所述滤波后光纤数字信号进行小波去噪处理，得到去噪后光纤数字信号；
信号输出模块，与所述信号去噪模块通信连接，用于根据所述去噪后光纤数字信号得到油井温度分布结果，并对其进行可视化处理。
9.一种电子设备，其特征在于：包括：
存储器，用于存储计算机程序指令；以及，
处理器，用于执行所述计算机程序指令从而完成如权利要求1至7中任一项所述的应用于石油开采的温度监测方法的操作。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的计算机程序指令，其特征在于：所述计算机程序指令被配置为运行时执行如权利要求1至7中任一项所述的应用于石油开采的温度监测方法的操作。
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| CN202311332856.4A CN117072155A (zh) | 2023-10-16 | 2023-10-16 | 一种应用于石油开采的温度监测方法、系统、设备及介质 |
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