环空液面探测声波最佳频率响度测定方法技术

本发明专利技术公开了一种环空液面探测声波最佳频率响度测定方法，包括如下步骤：a、计算环空液面位置；b、计算环空声速；c、发射调制探测声波；d、确定某一液位下的最佳发声强度；e、确定某一液位下的最佳发声频率；f、确定不同液位下的最佳发声响度及频率：每起出一柱钻杆后，坐卡，重复步骤a

【技术实现步骤摘要】
环空液面探测声波最佳频率响度测定方法


[0001]本专利技术涉及到钻井工程
，尤其涉及一种环空液面最佳探测声波频率及响度的测定方法。

技术介绍

[0002]目前现场一般使用回声法测量环空液面，使用的高压气枪作为发声源，爆破声源能量较大，频率一般小于20Hz，该发声方式由于其发声的频率很低，响度很大，且频率响度、发声时间不可调，而低频声波衰减的慢，高频声波衰减的快，且接箍对高频声波反射更好，因此爆破声源具有很高的瞬时能量，对于深井、超深井测量有一定的优势，但在测量浅液面时发射的声波在环空内的能量过大，在浅液面的情况下难以衰减，容易在声波通道内持续震荡，使液面回波淹没在发射声波内，造成有效信息难以提取，导致液面位置误判。
[0003]并且次声波的穿透力较强，在接箍处的反射较弱，因此只能通过液面回波判断液面位置，环空声速难以确定，造成误差较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种环空液面探测声波最佳频率响度测定方法。本专利技术使用电磁式声波作为探测声源，可以改变发射声波的频率响度及发声时间，并确定不同液面高度对应的最佳探测频率响度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种环空液面探测声波最佳频率响度测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]a、计算环空液面位置：下钻至井底，灌浆至见返，液面在井口后开始起钻，计算环空液面深度；
[0008]b、计算环空声速：通过采集到的环空温度计算环空声速；
[0009]c、发射调制探测声波：设定调制发声时间、频率和音频，通过功率放大器放大后由电磁式声波发射器向环空发射声波；
[0010]d、确定某一液位下的最佳发声强度：声波在环空内沿钻杆向下传输，遇到接箍和液面时返回，对回波信号进行采集、滤波处理、分段处理后得到处理后的接箍回波及液面回波，根据接箍回波及液面回波，确定某一液位下的最佳发声强度；
[0011]e、确定某一液位下的最佳发声频率：以确定的最佳发声强度调制声波，重复步骤d，记录该液面深度下最佳的发声频率，得到该液面深度下最佳的发射响度和频率组合；
[0012]f、确定不同液位下的最佳发声响度及频率：每起出一柱钻杆后，坐卡，重复步骤a
‑
e，记录不同液面深度下对应的最佳发声响度和频率组合。
[0013]所述步骤a中，利用公式计算环空液面深度，其中l为环空液面深度，m；h为起出钻柱长度，m；r为钻杆外径，m；R为套管内径，m。
[0014]所述步骤b中，通过温度传感器采集到的环空温度Tem，计算环空声速C＝331.45+0.61Tem。
[0015]所述步骤c中，分别调制发声时间为T0＝0.05s、频率f＝1500Hz声波，响度为100％，70％，50％，30％的音频，通过功率放大器放大后由电磁式声波发射器向环空发射。
[0016]所述步骤d中，声波传感器负责采集回波数据，当发出探测声波指令时，声波传感器开始采集数据，将此时定义为起始点T1，声波传感器以采样频率fs进行采样，采样时间为T(5≤T≤10)，采样信号为s(i)。
[0017]所述步骤d滤波处理中，将采样信号s(i)通过带通滤波器获得滤波后的信号sn(i)。
[0018]所述步骤d分段处理中，将滤波后的信号sn(i)分为两段，第一段为发射段，时间为：T1～T1+T0，发射段信号为M(t)，第二段为接收段，时间为：T1+T0～T
‑
T1
‑
T0，接收段信号为：s(t)。
[0019]所述步骤d中，对接箍回波与液面回波检测，将接收段信号s(t)与发射段信号M(t)进行检测，利用公式：
[0020][0021]对R(τ)求极大值点，极大值最大点记为液面回波点Rmax，记录该点的时间为τ，则液面回波时间为T0+τ，环空液面深度为：L＝C*(T0+τ)/2，对比不同发声强度所对应的液面回波极大值点，取极大值最大的点对应的发声强度作为该液面深度下最佳发声强度A1。
[0022]所述步骤e中，确定最佳发声强度后，分别调制发声时间为T0＝0.05s、响度为A1，频率为f＝1500
‑
50n，(n＝1,2,3,...,26)的声波，重复步骤d，记录该液面深度下最佳的发声频率F1，得到该液面深度下最佳的发射响度和频率组合(L1,A1,F1)。
[0023]所述步骤f中，每起出一柱钻杆后，坐卡，重复步骤a
‑
e，记录不同液面深度下对应的最佳发声响度和频率组合(L
n
,A
n
,F
n
)，直到起出n+1柱后环空液面深度L
n+1
与L
n
相比无变化。
[0024]采用本专利技术的优点如下：
[0025]1、传统爆破式发声法不可调节频率响度，本专利技术采用电磁式声波发射器作为发声源，发射声波频率响度可以调节，能够有效提升浅液面的识别效果。
[0026]2、本专利技术可根据发射声波的频率精确滤波，减弱噪声干扰。
[0027]3、本专利技术采用的互相关检测方法能提高回波的识别率。
[0028]4、本专利技术采用温度传感器实时监测环空温度，能够实时计算环空声速，减小液面计算误差。
[0029]5、对于不同的环空液位，不同频率不同响度的探测声波所对应的回波不同，本专利技术可以测定不同液位下最佳的发射频率及响度，为实际液面探测推荐最佳频率及响度。
附图说明
[0030]图1为气枪法探测回波信号图；
[0031]图2a为频率300Hz响度100％调制声波回波信号回波时域图；
[0032]图2b为频率300Hz响度100％调制声波回波信号相关性检测图；
[0033]图3a为频率500Hz响度100％调制声波回波信号回波时域图；
[0034]图3b为频率300Hz响度100％调制声波回波信号相关性检测图；
[0035]图4为本专利技术方法流程示意图；
[0036]图5为本专利技术方法在应用时涉及到的装置示意图。
具体实施方式
[0037]实施例1
[0038]由于不同频率响度的声波在不同液面高度的情况下的传播规律不同，为确保电磁式声波发射器能在不同液位条件下发射最佳探测频率及响度，本专利技术提供以下方法确定最佳频率响度。
[0039]如图4所示，最佳频率响度测试方法如下：
[0040]1、计算环空液面位置。
[0041]先下钻至井底，灌浆至见返，保证液面在井口后开始起钻，利用公式计算环空液面深度，其中l为环空液面深度，m；h为起出钻柱长度，m；r为钻杆外径，m；R为套管内径，m；
[0042]2、计算环空声速。
[0043]记录温度传感器数据Tem，计算声速C＝331.45+0.61Tem。
[0044]3、通过电磁式声波发射器发射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环空液面探测声波最佳频率响度测定方法，其特征在于，包括如下步骤：a、计算环空液面位置：下钻至井底，灌浆至见返，液面在井口后开始起钻，计算环空液面深度；b、计算环空声速：通过采集到的环空温度计算环空声速；c、发射调制探测声波：设定调制发声时间、频率和音频，通过功率放大器放大后由电磁式声波发射器向环空发射声波；d、确定某一液位下的最佳发声强度：声波在环空内沿钻杆向下传输，遇到接箍和液面时返回，对回波信号进行采集、滤波处理、分段处理后得到处理后的接箍回波及液面回波，根据接箍回波及液面回波，确定某一液位下的最佳发声强度；e、确定某一液位下的最佳发声频率：以确定的最佳发声强度调制声波，重复步骤d，记录该液面深度下最佳的发声频率，得到该液面深度下最佳的发射响度和频率组合；f、确定不同液位下的最佳发声响度及频率：每起出一柱钻杆后，坐卡，重复步骤a
‑
e，记录不同液面深度下对应的最佳发声响度和频率组合。2.根据权利要求1所述的环空液面探测声波最佳频率响度测定方法，其特征在于：所述步骤a中，利用公式计算环空液面深度，其中l为环空液面深度，m；h为起出钻柱长度，m；r为钻杆外径，m；R为套管内径，m。3.根据权利要求2所述的环空液面探测声波最佳频率响度测定方法，其特征在于：所述步骤b中，记录温度传感器数据Tem，计算环空声速C＝331.45+0.61Tem。4.根据权利要求3所述的环空液面探测声波最佳频率响度测定方法，其特征在于：所述步骤c中，分别调制发声时间为T0＝0.05s、频率f＝1500Hz声波，响度为100％，70％，50％，30％的音频，通过功率放大器放大后由电磁式声波发射器向环空发射。5.根据权利要求4所述的环空液面探测声波最佳频率响度测定方法，其特征在于：所述步骤d中，声波传感器负责采集回波数据，当发出探测声波指令时，声波传感器开始采集数据，将此时定义为起始点T1，声波传感器以采样频率fs进行采样，采样时间为T(5≤T≤10)，采样信号为s(i)。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓虎，冯胤翔，许期聪，何弦桀，付强，薛秋来，段慕白，魏强，郑会雯，李枝林，任伟，陈丽萍，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：