[发明专利]基于短时傅里叶变换的油井动液面深度检测方法

摘要

本发明公开了一种基于短时傅里叶变换的油井动液面深度检测方法，通过对Welch多段平均功率谱做短时傅里叶变换，即对Welch多段平均功率谱依次取部分区间做傅里叶变换，从局部观察频率的分布情况。通过对Welch功率谱做短时傅里叶变换，根据三维傅里叶变换频谱图，可以突出频谱幅值较大的频段。只取幅值较大的频段再做傅里叶变换，有效提高了信噪比。根据频谱图读出最为准确的频率值nD，再根据即可计算出精确的共振频率间隔ΔfD，最后根据管柱声场模型就能计算出油井动液面深度。

主权项

一种基于短时傅里叶变换的油井动液面深度检测方法，其特征在于按如下步骤进行：步骤11：安装检测装置，在检测管(1)内靠近管口处安装有检测装置，该检测装置的扬声器(13)和驻极式话筒(14)伸向所述检测管(1)内，所述扬声器(13)和驻极式话筒(14)均靠近所述检测管(1)的管心线；步骤12：利用发声软件构造出白噪声信号，将白噪声经过功率放大器及扬声器(13)，扬声器(13)贴近管口固定住，信号经功率放大器放大后由扬声器(13)送入油管中，通过连续不断地向管内发送白噪声，激发管中空气柱共振，将驻极式话筒(14)置于管口内5米处，以采集管中能量强的共振信号；步骤13：设置采样频率fsD为5万Hz，采样时间T1分钟，采集得到周期为ND的共振信号RD(nD),nD＝0,1,2,…,ND‑1；步骤14：对长度为ND的共振信号RD(nD)做Welch功率谱估计，取各段长度为N1D，记得到的信号为A1D，其频率分辨率为Δf1D＝fsD/N1D，此处提供将二次傅里叶变换后的谱线号转化为实际频率的公式：步骤15：对A1DWelch功率谱信号做高通滤波处理，得到高通滤波后的Welch功率谱信号(记为B1D)和包络信号；步骤16：对B1DWelch功率谱信号做短时傅里叶变换，记为C1D信号，得到C1D信号短时傅里叶变换的二维频谱图和三维频谱图，根据三维短时傅里叶变换频谱图可以知只有某段区间的傅里叶变换谐波频率幅值最大，说明此区间谐波的周期性较强；步骤17：根据C1D信号的二维频谱图和三维频谱图，取幅值最大的频段，并补零至周期为ND，再做二次傅里叶变换，得到信号记为D1D；步骤18：根据信号D1D的二次傅里叶变换频谱图，读取频谱图中幅值最大的频率值nD，根据计算出两阶共振频率之间的差值ΔfD；步骤19：根据管内空气柱的共振模型nD＝1,2,3,…，有相邻另一驻波共振频率为nD＝1,2,3,…，联合两式可得两个相邻共振频率间距ΔfD为则空气柱长度lD为考虑管口校正有由两阶共振频率之间的差值ΔfD，根据数学模型可以计算出油井动液面的深度lD。