一种基于AIC模型的井下动液面深度自动拾取方法与流程

一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法
技术领域
1.本发明属于油井采油技术领域，具体涉及一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.实时监测采油井的动液面深度值是采油过程中重要的环节，目前国内常见的动液面测量方法有浮筒法、压力计探测法、光纤检测法、示功图法和声波法等。其中，浮筒法应用场景局限，无法大范围使用；压力计探测法操作繁琐，后期维护成本高；光纤检测法成本高，适用于实验室研究，难以推广；示功图法计算复杂，鲁棒性差，精度低。
3.目前国内多数采油井的动液面监测仪都是基于声波法设计的。声波是一种机械波，它往往由声振动引起，具有横波和纵波两种表现形式。人耳所能感受到的声波的频率在20hz-20khz之间。声波法操作简单，成本低廉，适应性强，稳定性高。然而，基于声波法设计的采油井动液面监测仪存在安全性低、测量深度范围小、测量精度低和实时性差等问题。
4.因此，需要提出一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，解决现有采油井动液面监测存在的安全性低、测量深度范围小、测量精度低和实时性差等技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，用以解决现有基于声波法设计的采油井动液面监测仪存在的安全性低、测量深度范围小、测量精度低和实时性差的问题。
6.本发明提供的基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，包括：
7.通过井口处发送次声波信号，并采集经油井动液面反射后的回波信号；
8.对所述回波信号进行模数转换，得到数字回波信号；
9.对所述数字回波信号进行频谱处理和信号分离，得到所述回波信号的主频和液面回波信号；
10.根据所述主频和预设套管长度，确定所述油井中的声波传播速度；
11.根据预设液面深度和所述声波传播速度确定时间序列长度值；
12.基于aic模型，根据所述液面回波信号和所述时间序列长度值，确定所述油井的动液面深度。
13.进一步的，对所述数字回波信号进行频谱处理，得到所述回波信号的主频，包括：
14.对所述数字回波信号进行傅里叶变换，将所述数字回波信号分解为不同频率成分的信号，确定所述数字回波信号的主频。
15.进一步的，对所述数字回波信号进行信号分离，得到所述回波信号的液面回波信号，包括：
16.通过动态设置滤波器的通频带，从所述不同频率成分的信号中分离出液面回波信号和接箍信号。
17.进一步的，根据所述主频和预设套管长度，确定所述油井中的声波传播速度，包括：
18.根据公式v＝2l0f0计算所述声波传播速度；
19.其中，l0为预设套管长度，f0为回波信号的主频，v为声波传播速度。
20.进一步的，根据预设液面深度和所述声波传播速度确定时间序列长度值，包括：
21.根据公式t0＝h0/2v和n＝t0f0，确定时间序列长度值；
22.其中，n为时间序列长度值，h0为预设液面深度，v为声波传播速度，f0为回波信号的主频。
23.进一步的，基于aic模型，根据所述液面回波信号、所述声波传播速度和所述时间序列长度值，确定所述油井的动液面深度，包括：
24.将所述液面回波信号代入公式确定液面回波时间t；
25.根据所述液面回波时间t和声波传播速度v，通过公式h＝vt/2，确定所述油井的动液面深度h；
26.其中，k为窗口范围内的数据采样点，x(i)(i＝1,2,3,
…
n)为窗口内的波形数据点的振幅，var为方差计算函数，cf为信号的特征函数，n为信号的长度。
27.本发明还提供一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取装置，包括：
28.信号获取模块，用于通过井口处发送次声波信号，并采集经油井动液面反射后的回波信号；
29.数模转换模块，用于对所述回波信号进行模数转换，得到数字回波信号；
30.提取模块，用于对所述数字回波信号进行频谱处理和信号分离，得到所述回波信号的主频和液面回波信号；
31.声速计算模块，用于根据所述主频和预设套管长度，确定所述油井中的声波传播速度；
32.时间确定模块，用于根据预设液面深度和所述声波传播速度确定时间序列长度值；
33.液面深度计算模块，用于基于aic模型，根据所述液面回波信号、所述声波传播速度和所述时间序列长度值，确定所述油井的动液面深度。
34.本发明还提供一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述技术方案任一所述的基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法。
35.本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述技术方案任一所述的基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明提供的基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，首先，通过发送次声波信号后采集经油井动液面反射后的回波信号，并对回波信号进行数模转换、频谱处理和信号分离，得到回波信号的主频和液面回波信号；
其次，根据主频、预设套管长度和预设液面深度，确定声波传播速度和时间序列长度值；最后，根据液面回波信号、声波传播速度和时间序列长度值，得到油井的动液面深度。本发明的方法与已有的动液面监测方法相比，更加准确和快速，能够自动识别液面的深度；为采油井内的声速与动液面深度的计算了提供了经济有效的方法，具有较高的实用价值。
附图说明
37.图1为本发明提供的动液面回波信号一实施例的波形示意图；
38.图2为本发明提供的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法一实施例的流程示意图；
39.图3为通过本实施例的拾取方法得到的动液面深度一实施例的示意图；
40.图4为本发明提供的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取装置一实施例的结构示意图；
41.图5为本发明提供的一种电子设备一实施例的结构示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
43.在实施例描述之前，首先对本技术的发明构思进行说明。
44.目前国内多数采油井的动液面监测仪都是基于声波法设计的。但基于声波法设计的采油井动液面监测仪存在安全性低、测量深度范围小、测量精度低和实时性差等问题。
45.与人耳能感受到的声波(20hz-20khz)相比，次声波的频率往往很低，一般将频率在0～20hz的声波称为次声波。次声波具有传播距离远，穿透力强的优点。在井下回波信号中，次声波往往因其衰减小、传播距离远的优势，成为了接箍回波信号和液面回波信号的主要成分。
46.如图1所示，动液面回波信号一般包含起爆波、接箍回波和液面回波。从图1的曲线可以看出，起爆波的幅度相比其他地方要大得多。理论上，因每节油管的长度相等，所以接箍回波信号呈现周期性的特点，这也为井下声速的提取提供了一种可靠的方案。
47.随着传播距离的增加，信号的幅值逐渐减小，但液面回波会比相邻信号的幅值大，频率低。因井下工况复杂，信号受环境噪声影响出现很多毛刺，信号的特征识别难度增加。
48.另外可以发现，随着深度的增加，相对高频的信号在传播过程中逐渐衰减，频率较低的次声波穿透能力强，传播距离远，能够到达液面的位置并产生液面回波信号。经过大量的分析验证，接箍回波频率和液面回波频率均小于20hz。这也证明了次声波不易衰减、传播距离远的优点，将次声波作为声源用于监测油井动液面深度是合理的。
49.本发明基于次声波传播距离远，穿透力强的优点，采用电控活塞式声发射方式激发次声波，使得井口声波发射装置结构简单稳定，安全系数高，能够实现声波的远距离探测；用简单的机械结构、成本更低的嵌入式设计和编程技术实现低成本的系统架构；实现数据的自动采集与传输；通过性能更强大的信号处理算法模型，提高井下动液面各项参数计算的准确性；此外，通过将计算结果备份存储并实时显示，解决系统实时性差的问题。
50.本发明实施例提供了一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，如图2所
示，所述方法包括：
51.步骤s101：通过井口处发送次声波信号，并采集经油井动液面反射后的回波信号；
52.步骤s102：对所述回波信号进行模数转换，得到数字回波信号；
53.步骤s103：对所述数字回波信号进行频谱处理和信号分离，得到所述回波信号的主频和液面回波信号；
54.步骤s104：根据所述主频和预设套管长度，确定所述油井中的声波传播速度；
55.步骤s105：根据预设液面深度和所述声波传播速度确定时间序列长度值；
56.步骤s106：基于aic模型，根据所述液面回波信号、所述声波传播速度和所述时间序列长度值，确定所述油井的动液面深度。
57.本实施例提供的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，首先，通过发送次声波信号后采集经油井动液面反射后的回波信号，并对回波信号进行数模转换、频谱处理和信号分离，得到回波信号的主频和液面回波信号；其次，根据主频、预设套管长度和预设液面深度，确定声波传播速度和时间序列长度值；最后，根据液面回波信号、声波传播速度和时间序列长度值，得到油井的动液面深度。本实施例的方法与已有的动液面监测方法相比，更加准确和快速，能够自动识别液面的深度；为采油井内的声速与动液面深度的计算了提供了经济有效的方法，具有较高的实用价值。
58.作为一个具体的实施例，首先在采油井的井口部署安装动液面回声仪，实时采集井下反射面的回波信号，并激发次声波信号，发送到井筒内部。对井下反射面的回波信号进行a/d转换，将十六进制的数字信号通过rs232串口上送到上位机软件。
59.检测回声仪的rs232串口状态、回声仪的通电工作状态等。打开串口接受采集数据，并实时写入到文件中，进行存储。
60.其中，采用电控活塞式声发射方式激发次声波，使得井口声波发射装置结构简单稳定，安全系数高，能够实现声波的远距离探测，对次声波探测技术的发展具有一定的工程意义；并且采用成本低廉的嵌入式硬件和软件进行系统开发，完成数据的自动采集和传输。
61.作为优选的实施例，对所述数字回波信号进行频谱处理，得到所述回波信号的主频，包括：
62.对所述数字回波信号进行傅里叶变换，将所述数字回波信号分解为不同频率成分的信号，并确定所述数字回波信号的主频。
63.作为优选的实施例，对所述数字回波信号进行信号分离，得到所述回波信号的液面回波信号，包括：
64.通过动态设置滤波器的通频带，从所述不同频率成分的信号中分离出液面回波信号和接箍信号。
65.作为一个具体的实施例，对采集的井下回波信号(时域信号)进行傅里叶变换，用带通滤波器(0到10hz)提取液面回波，用带通滤波器(10到20hz)提取接箍波。
66.一个周期信号通过傅里叶展开式，具体公式：
[0067][0068]
[0069]
展开后可以被分解为直流分量、基波分量和其他高次谐波分量的叠加，这样的分解有利于分析信号中的不同频率成分，得到原始信号的频谱，从而分离出不同频率成分的信号。通过傅里叶变换,可以求得采集信号的主频为f0。
[0070]
在程序中动态设置带通滤波器的通频带，初始化过程中可以将液面波设定在0到10hz。可根据实际的井下情况去调整滤波器的通频带，得到液面波的原始信号。例如，当采油井的实际井深在1000到2500米时，可以将带通滤波器的通频带设置在5到15hz。井深在500到1000米时，可以将带通滤波器的通频带设置在0到10hz。井深超过2500米时，可以将带通滤波器的通频带设置在0到20hz。同时，在程序中设置接箍波的通频带为10到20hz，经过滤波处理得到接箍波的原始信号。
[0071]
作为优选的实施例，根据所述主频和预设套管长度，确定所述油井中的声波传播速度，包括：
[0072]
根据公式v＝2l0f0计算所述声波传播速度；
[0073]
其中，l0为预设套管长度，f0为回波信号的主频，v为声波传播速度。
[0074]
在实际井下回波信号采集过程中，数据量较大，必定会影响后续aic模型处理的准确度以及液面深度计算的时延，加入预设液面深度h0对原始采集信号进行有效处理，以此降低数据处理的计算量以及提高aic模型的精度，选取合适的数据长度，使液面回波位于该有效范围内。
[0075]
作为优选的实施例,根据预设液面深度和所述声波传播速度确定时间序列长度值，包括：
[0076]
根据公式t0＝h0/2v和n＝t0f0，确定时间序列长度值；
[0077]
其中，n为时间序列长度值，h0为预设液面深度，v为声波传播速度，f0为回波信号的主频。
[0078]
作为优选的实施例，基于aic模型，根据所述液面回波信号、所述声波传播速度和所述时间序列长度值，确定所述油井的动液面深度，包括：
[0079]
将0到10hz的液面回波信号，经过aic模型处理，
[0080]
代入公式进行处理，确定液面回波时间t；
[0081]
根据所述液面回波时间t和声波传播速度v，通过公式h＝vt/2，确定所述油井的动液面深度h；
[0082]
其中，k为窗口范围内的数据采样点，x(i)(i＝1,2,3,
…
n)为窗口内的波形数据点的振幅，var为方差计算函数，cf为信号的特征函数，n为信号的长度。
[0083]
利用aic模型非平稳的信号分为若干个独立的平稳部分，每个部分分别建立aic模型并进行自回归处理，通过自回归过程确定声波前后两个统计时间段，而这两个时间段的划分界限就是波的液面回波时间t。
[0084]
如图3所示，图3为利用本实施例的方法得到的动液面深度示意图。
[0085]
本实施例还提供一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取装置400，其结构框图如图4所示，包括：
[0086]
信号获取模块401，用于通过井口处发送次声波信号，并采集经油井动液面反射后
的回波信号；
[0087]
数模转换模块402，用于对所述回波信号进行模数转换，得到数字回波信号；
[0088]
提取模块403，用于对所述数字回波信号进行频谱处理和信号分离，得到所述回波信号的主频和液面回波信号；
[0089]
声速计算模块404，用于根据所述主频和预设套管长度，确定所述油井中的声波传播速度；
[0090]
时间确定模块405，用于根据预设液面深度和所述声波传播速度确定时间序列长度值；
[0091]
液面深度计算模块406，用于基于aic模型，根据所述液面回波信号、所述声波传播速度和所述时间序列长度值，确定所述油井的动液面深度。
[0092]
如图5所示，上述的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，本发明还提供了一种电子设备500，该电子设备可以是移动终端、桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。该电子设备包括处理器501、存储器502及显示器503。
[0093]
存储器502在一些实施例中可以是计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。存储器502在另一些实施例中也可以是计算机设备的外部存储设备，例如计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器502还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器502用于存储安装于计算机设备的应用软件及各类数据，例如安装计算机设备的程序代码等。存储器502还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器502上存储有一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法程序504，该一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法程序504可被处理器501所执行，从而实现本发明各实施例的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法。
[0094]
处理器501在一些实施例中可以是一中央处理器(central processing unit,cpu)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器502中存储的程序代码或处理数据，例如执行一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法等。
[0095]
显示器503在一些实施例中可以是led显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及oled(organic light-emitting diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器503用于显示在计算机设备的信息以及用于显示可视化的用户界面。计算机设备的部件501-503通过系统总线相互通信。
[0096]
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述技术方案任一所述的基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法。
[0097]
根据本发明上述实施例提供的计算机可读存储介质和计算设备，可以参照根据本发明实现如上所述的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法具体描述的内容实现，并具有与如上所述的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法类似的有益效果，在此不再赘述。
[0098]
本发明提供基于次声波传播距离远，穿透力强的优点设计了结构简单稳定、安全性高的声波发射器，实现了声波的远距离探测，对次声波探测技术的发展具有一定的工程
意义；通过采用成本低廉的嵌入式硬件和软件进行系统开发，完成数据的自动采集、传输，并通过功能强大的信号处理算法精确计算井下声速和液面回波位置；通过上位机的实时参数显示与数据备份也为后期地层供液能力的分析和油田工作制度的制定提供依据。对油井探测具有巨大的工程意义和市场推广价值。
[0099]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，其特征在于，包括：通过井口处发送次声波信号，并采集经油井动液面反射后的回波信号；对所述回波信号进行模数转换，得到数字回波信号；对所述数字回波信号进行频谱处理和信号分离，得到所述回波信号的主频和液面回波信号；根据所述主频和预设套管长度，确定所述油井中的声波传播速度；根据预设液面深度和所述声波传播速度确定时间序列长度值；基于aic模型，根据所述液面回波信号和所述时间序列长度值，确定所述油井的动液面深度。2.根据权利要求1所述的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，其特征在于，对所述数字回波信号进行频谱处理，得到所述回波信号的主频，包括：对所述数字回波信号进行傅里叶变换，将所述数字回波信号分解为不同频率成分的信号，确定所述数字回波信号的主频。3.根据权利要求2所述的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，其特征在于，对所述数字回波信号进行信号分离，得到所述回波信号的液面回波信号，包括：通过动态设置滤波器的通频带，从所述不同频率成分的信号中分离出液面回波信号和接箍信号。4.根据权利要求1所述的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，其特征在于，根据所述主频和预设套管长度，确定所述油井中的声波传播速度，包括：根据公式v＝2l0f0计算所述声波传播速度；其中，l0为预设套管长度，f0为回波信号的主频，v为声波传播速度。5.根据权利要求1所述的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，其特征在于，根据预设液面深度和所述声波传播速度确定时间序列长度值，包括：根据公式t0＝h0/2v和n＝t0f0，确定时间序列长度值；其中，n为时间序列长度值，h0为预设液面深度，v为声波传播速度，f0为回波信号的主频。6.根据权利要求1所述的一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法，其特征在于，基于aic模型，根据所述液面回波信号、所述声波传播速度和所述时间序列长度值，确定所述油井的动液面深度，包括：将所述液面回波信号代入公式确定液面回波时间t；根据所述液面回波时间t和声波传播速度v，通过公式h＝vt/2，确定所述油井的动液面深度h；其中，k为窗口范围内的数据采样点，x(i)(i＝1,2,3,...n)为窗口内的波形数据点的振幅，var为方差计算函数，cf为信号的特征函数，n为信号的长度。7.一种基于aic模型的井下动液面深度自动拾取装置，其特征在于，包括：信号获取模块，用于通过井口处发送次声波信号，并采集经油井动液面反射后的回波
信号；数模转换模块，用于对所述回波信号进行模数转换，得到数字回波信号；提取模块，用于对所述数字回波信号进行频谱处理和信号分离，得到所述回波信号的主频和液面回波信号；声速计算模块，用于根据所述主频和预设套管长度，确定所述油井中的声波传播速度；时间确定模块，用于根据预设液面深度和所述声波传播速度确定时间序列长度值；液面深度计算模块，用于基于aic模型，根据所述液面回波信号、所述声波传播速度和所述时间序列长度值，确定所述油井的动液面深度。8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-6任一所述的基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一所述的基于aic模型的井下动液面深度自动拾取方法。

技术总结
本申请公开了一种基于AIC模型的井下动液面深度自动拾取方法，包括：通过井口处发送次声波信号，采集经油井动液面反射后的回波信号；对回波信号进行模数转换、频谱处理和信号分离，得到回波信号的主频和液面回波信号；根据主频和预设套管长度，确定油井中的声波传播速度，从而确定时间序列长度值；基于AIC模型，根据所述液面回波信号和所述时间序列长度值，确定所述油井的动液面深度。本发明的方法与已有的动液面监测方法相比，更加准确和快速，能够自动识别液面的深度；为采油井内的声速与动液面深度的计算了提供了经济有效的方法，具有较高的实用价值。较高的实用价值。较高的实用价值。


技术研发人员：刘旨阳 罗明璋 李光平 齐文东 张国涛
受保护的技术使用者：湖北三赫智能科技有限公司
技术研发日：2023.06.03
技术公布日：2023/8/13