DSP在動液面深度測試中的應用

1、dsp在動液面深度測試中的應用動液面深度是油機井的井口到井下油層表面的距離，是抽油機井定期測試中的一個重要參數(shù)。由動液面深度還可計算出井管內的平均聲速。動液面深度、井管內的平均聲速與其它測試項目的結果相結合可以充分反映抽油機井的工作狀態(tài)和產量狀況，為油井的診斷和維護提供依據(jù)。2 動液面深度測試原理動液面深度測試儀器通過采集由安裝在井口的炮槍發(fā)出并經(jīng)過井管接頭反射的節(jié)箍波信號和經(jīng)過油層表面反射的液面波信號（1所示），找出井口位置、動液面位置及基準節(jié)箍波，用公式（1）來計算動液面深度。圖1節(jié)箍波和液面波波形暗示圖(1)公式（1）中a、b、c、d分離代表井口位置、液面位置、參考節(jié)箍波起點和參考節(jié)箍波

2、盡頭，l為單節(jié)井管的長度，n為介于c、d之間的參考節(jié)箍波的個數(shù)。因為每個節(jié)箍波對應一節(jié)井管，因此n就是c、d之間的井管個數(shù)。因為本身的噪聲、環(huán)境噪聲等多種噪聲源的存在，所采集到的波形并非都能1那樣很簡單地找出上述的各特征點，尤其是參考節(jié)箍波，這就給精確計算動液面深度帶來困難，有時甚至根本無法計算。因此對傳感器輸出信號的濾波處理成為精確計算動液面深度的關鍵。3 傳統(tǒng)的動液面深度測試儀結構目前普遍采納的動液面深度測試儀有2所示的基于的結構和3所示的基于微控制器的結構。圖2基于模擬的動液面深度測試儀原理框圖圖3基于微控制器的動液面深度測試儀原理框圖在圖2的結構中，微音器撿拾由炮槍發(fā)出并經(jīng)過井管接頭和

3、油層表面反射后返回到井口的低頻聲波信號，該信號經(jīng)放大后進入兩個窄帶：帶通濾波器 bpf和lpf。帶通濾波器的輸出即為節(jié)箍波信號，低通濾波器的輸出為液面波信號。數(shù)據(jù)采集由驅動電路控制繪圖筆在紙帶上繪制節(jié)箍波和液面波曲線來完成。井口位置、液面位置、參考節(jié)箍波起點、參考節(jié)箍波盡頭等特征位置的提取及動液面深度與井管內平均聲速的計算徹低由技術人員手工完成。在圖3的結構中，模擬信號的撿拾、放大和濾波部分與圖2所示的結構徹低相同，但數(shù)據(jù)采集部分由微控制器系統(tǒng)完成。微控制器系統(tǒng)由微控制器、a/d轉換器、存儲器及顯示和打印接口組成。在該結構中只要找出各特征位置，則動液面深度與聲速的計算可由微控制器自動完成。在采

4、集到的波形較抱負的狀況下，特征位置的提取可以在數(shù)據(jù)采集結束后由微控制器自動完成，但多數(shù)狀況下因為濾波效果不好，使得自動提取的特征位置不精確，需要技術人員手工干預。這兩種結構雖然在數(shù)據(jù)采集方式上有較大不同，但所采集到的波形的好壞均取決于信號處理通道中兩個模擬濾波器的頻率響應特性。因為這兩路信號的頻帶都很窄，這就導致了兩個濾波器在實現(xiàn)上需要較高的階數(shù)，又因為高階濾波器對器件參數(shù)的變幻較敏感，因而給其設計和調試帶來較大困難。4 基于數(shù)字信號處理器的動液面深度測試儀結構基于數(shù)字信號處理器的動液面深度測試儀結構4所示。微音器輸出信號經(jīng)過前置放大器和防混疊濾波器后進入a/d轉換器，a/d轉換的結果送入數(shù)字

5、信號處理器舉行數(shù)字濾波處理和采樣頻率變換，然后存入非易失性存儲器，以便舉行特征位置提取、動液面深度計算、井管內聲速計算、波形顯示和打印及其它事后處理。圖4基于數(shù)字信號處理器的動液面深度測試儀原理框圖在該結構中，傳統(tǒng)模擬濾波器的功能由用數(shù)字信號處理器實現(xiàn)的數(shù)字濾波器來完成，采納的是過采樣數(shù)字信號處理技術。系統(tǒng)以很高的采樣率對輸入信號舉行采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過由數(shù)字信號處理器實現(xiàn)的兩個窄帶數(shù)字濾波器，即節(jié)箍波帶通濾波器bpf和液面波低通濾波器lpf，濾波后的兩路采樣數(shù)據(jù)分離進入兩個采樣率壓縮器。設系統(tǒng)的輸出采樣頻率為fs，輸入采樣頻率為mfs，節(jié)箍波濾波器bpf的沖擊響應為hb(k)，液面波濾波器lp

6、f的沖擊響應為hl(k)，輸入采樣數(shù)據(jù)為x(n)，輸出節(jié)箍波采樣數(shù)據(jù)為yb(n)，輸出液面波采樣數(shù)據(jù)為yl(n)，則數(shù)字信號處理器中數(shù)字濾波及采樣率變換部分的數(shù)據(jù)流圖5所示。圖5中的信號處理流圖該系統(tǒng)在時域里的輸入輸出關系為：yb(m)=wb(mm)=hb(k)x(mm-k)wb(n)=hb(k)x(n-k)yl(m)=wl(mm)=hl(k)x(mm-k)wl(n)=hl(k)x(n-k)因為數(shù)字信號處理器是針對數(shù)字信號處理算法而設計的處理器，有著很高的mac（乘和累加）運算速度，因此很簡單實時完成這兩路高階窄帶數(shù)字濾波器的運算。因為本系統(tǒng)的輸出采樣頻率不高，因此過采樣的m值可以很大，這樣防混疊濾波器可以用容易的二階有源模擬低通濾波器來實現(xiàn)。設計時可以在通帶上留較寬的裕度，即使防混疊濾波器中模擬元件的參數(shù)隨時光或溫度發(fā)生漂移，也不會影響囫圇信號處理系統(tǒng)的性能。因為信號處理的主要過程都采納了數(shù)字處理，使得系統(tǒng)的性能穩(wěn)定、牢靠，克服了圖2和圖3所示兩種結構所固有的因濾波器元件參數(shù)漂移或不全都而帶來的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定或設計、調試的困難。該結構由數(shù)字信號處理器取代了傳統(tǒng)的模擬濾波器和微控制器，并且只用法一路模數(shù)轉換器。因為濾波效果好，使自動提取特征位置的勝利率較基于微控制器的結構有較