基于双窄带激振的油井动液面深度测量方法研究

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油井动液面深度是原油开采过程中的关键工作参数,也是油田合理安排开采计划和制定最优采油工艺的重要依据。基于声波反射原理的回波法作为一种常用的测距方法,广泛应用于工程领域,但在油井动液面深度测量中,回波法存在声波快速衰减、假性回波和噪声干扰、井内气流扰动等问题,极大限制了液面回波的精确识别,不利于在实际生产中的应用。声共振法作为一种新兴的动液面测量方法,有效避免了需要辨识液面回波的问题,为油井动液面深度测量提供了一种新途径。然而,目前用于油井动液面测量的声共振法仍然存在测量范围不足和测量精度较低等关键共性问题。为此,本文阐述了声共振法动液面测量原理,并在此基础上提出基于双窄带激振的油井动液面深度测量方法,以提升测量范围和精度,为深油井动液面测量提供新的解决方案。首先,介绍了传统声共振法动液面测量的基本原理,以此为基础分析了几种常用的空气柱激振方式及其对测量结果的影响。针对传统声共振法在长距离动液面测量中存在的不足,提出采用低频窄带噪声激振方式,能够增强空气柱在低频段内的共振效果,有利于共振信号的提取,从而提升测量范围。同时,制备了具有优良磁控性能的磁流变弹性体,将其用作振动发声材料,并设计了相应的发声装置结构,以达到产生稳定低频窄带噪声的目的。其次,建立了低频窄带噪声激励下系统输出响应声学信号的数学模型,为后续信号处理方法的研究提供理论支撑。论文提出了基于Welch功率谱估计的自适应同态滤波器,有效抑制了随机噪声的干扰,实现共振特性与噪声特性的稳定分离,并利用短时傅里叶变换达到快速辨识共振信号的目的。另外,论文还研究了基于组合复信号相位差的频率估计方法,并结合双窄带激振方式以提升动液面测量的精度。最后,通过搭建模拟的油井动液面深度测量实验平台,验证了本文所提动液面测量方法的有效性以及相关信号处理算法的稳定性,并且实现了超过1700m的精确稳定测量。
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