一種示功儀采樣率自動(dòng)切換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種示功儀采樣率自動(dòng)切換方法，根據(jù)所述示功圖估計(jì)沖程頻率計(jì)算出示功圖實(shí)際沖程的最大可能頻率和最小可能頻率，使用最小二乘法擬合周期函數(shù)同時(shí)使用最大和最小可能頻率計(jì)算出的該組采樣數(shù)據(jù)實(shí)際沖程周期采集點(diǎn)數(shù)與示功儀預(yù)設(shè)的單周期采集點(diǎn)數(shù)范圍值進(jìn)行對(duì)比，適時(shí)的調(diào)整示功儀的采樣率，以達(dá)到精確的采樣數(shù)據(jù)形成精確功圖的同時(shí)，避免采樣點(diǎn)過(guò)多導(dǎo)致的示功儀的功耗過(guò)大，影響示功儀使用壽命的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種示功儀采樣率自動(dòng)切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油井測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種示功儀采樣率自動(dòng)切換方法。
【背景技術(shù)】
[0002]抽油機(jī)井抽油是石油生產(chǎn)中最重要的工藝過(guò)程之一。及時(shí)準(zhǔn)確獲知的油井運(yùn)行狀態(tài)可考察油井單位時(shí)間的產(chǎn)量、跟蹤掌握地下油藏區(qū)塊的動(dòng)態(tài)情況、預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)油井區(qū)塊的開(kāi)發(fā)潛力、總體分析和把握全局產(chǎn)能情況、合理制定油田生產(chǎn)方案。
[0003]油井示功圖是油井運(yùn)行狀態(tài)的重要表征，可以全面反映井下抽油泵運(yùn)行狀況以及原油的開(kāi)采情況。示功圖用來(lái)反映深井泵工作情況好壞，可由專門(mén)的儀器測(cè)出，并在坐標(biāo)紙上進(jìn)行制圖，圖上被封閉的線所圍成的面積表示驢頭在依次往復(fù)運(yùn)動(dòng)中抽油泵所做的功。通過(guò)分析示功圖，可以了解油井動(dòng)態(tài)及抽油裝置的各項(xiàng)參數(shù)選擇是否合理、反映出深井泵在井下工作中的異?，F(xiàn)象，以及可以通過(guò)分析獲取抽油機(jī)井的工作制度是否合理等等信肩、O
[0004]傳統(tǒng)對(duì)示功圖的測(cè)量是一個(gè)月一次的人工測(cè)量，但是這種人工的測(cè)量方式，工作量大而繁重，且難以及時(shí)、準(zhǔn)確、全面直觀、連續(xù)地反應(yīng)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。鑒于傳統(tǒng)人工測(cè)量方式的上述問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展了可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的無(wú)線示功儀?，F(xiàn)有的無(wú)線示功儀對(duì)一個(gè)沖程周期的功圖信號(hào)進(jìn)行采樣，然后通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)繪制功圖。根據(jù)實(shí)際需要，示功儀每次所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)該是正好包括抽油機(jī)一個(gè)沖程，因此示功儀采樣周期的精確性決定采集的功圖信號(hào)的完整性，是整個(gè)設(shè)備可靠性的關(guān)鍵。一般而言，對(duì)于某個(gè)抽油井一個(gè)沖程周期的采樣點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于150點(diǎn)，確保所繪制的示功圖的精確性。
[0005]對(duì)于周期信號(hào)的周期估計(jì)常用的經(jīng)典方法有傅里葉變換法，自相關(guān)法，同態(tài)濾波法和AMDF (平均幅度差函數(shù)法)。
[0006]傅里葉變換法利用頻譜分析計(jì)算信號(hào)的頻率，該方法只適合分析正弦信號(hào)，且參數(shù)估計(jì)存在偏差。對(duì)于復(fù)雜的周期信號(hào)，單周期信號(hào)頻譜是連續(xù)的，而多周期信號(hào)頻譜是離散，對(duì)于單周期信號(hào)頻譜的離散采樣，即存在大量的諧波分量，因此傅里葉變換法得到的最強(qiáng)頻譜點(diǎn)可能只是信號(hào)的諧波頻率。
[0007]自相關(guān)法利用信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)求解信號(hào)周期，而有限采樣信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)是階梯減小的，給周期估計(jì)帶來(lái)不便，同時(shí)常會(huì)導(dǎo)致估計(jì)偏差。
[0008]AMDF方法由Ross等人提出，該方法利用最小值間隔確定周期，對(duì)于有限長(zhǎng)度信號(hào)，該方法的輸出最小值是階梯增加的，給求解帶來(lái)不便。一般而言，AMDF和估計(jì)精度較自相關(guān)法略好，但實(shí)際仿真表明，估計(jì)精度在一定的程度上和周期信號(hào)的樣式有關(guān)。
[0009]解卷積同態(tài)系統(tǒng)是求取信號(hào)周期的另一種方法，利用卷積同態(tài)濾波得到的低時(shí)和高時(shí)部分，然后恢復(fù)單個(gè)周期信號(hào)和沖擊函數(shù)序列，沖擊函數(shù)周期即為信號(hào)周期。由于需要通過(guò)復(fù)倒頻譜的時(shí)域?yàn)V波，濾波截?cái)啻斑x取會(huì)對(duì)信號(hào)周期估計(jì)產(chǎn)生影響，時(shí)域截?cái)酁V波的選取不容易控制，受噪音影響較大，因此該方法估計(jì)性能差。[0010]而上述四種方法對(duì)于功圖的沖程周期的估計(jì)并不適用，這是因?yàn)槲覀円治龅男盘?hào)頻率非常低。目前，在役的幾乎全部的有桿泵抽油機(jī)的沖次均在1.5次/分?12次/分之間，也就是示功圖采集到的信號(hào)的周期一般在5?40秒(頻率0.025?0.2赫茲)之間。另外，油田規(guī)定，對(duì)于功圖信號(hào)周期的測(cè)量，一般要求精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，也就是需要精確到0.1秒。而在0.025?0.2赫茲之間，在頻率上計(jì)算的任何微小的偏差與當(dāng)前頻率轉(zhuǎn)換為周期后，則誤差會(huì)被大幅度放大，無(wú)法滿足油田提出的0.1秒的要求。而要達(dá)到要求的時(shí)間精度，信號(hào)采集的時(shí)間就會(huì)長(zhǎng)到我們難以接受的時(shí)間，顯然是不現(xiàn)實(shí)的。
[0011]而對(duì)于這些頻率極低的信號(hào)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)中通常利用兩種方法進(jìn)行采樣周期估計(jì)，一種是通過(guò)過(guò)零比較，把原來(lái)的類似于正弦波的信號(hào)變成方波，然后通過(guò)測(cè)量方波脈寬的方法來(lái)取得信號(hào)周期，由于示功圖測(cè)量的加速度信號(hào)上邊有些脈沖甚至高于周期正弦波信號(hào)，通過(guò)這種過(guò)零比較的方法很難按正確的信號(hào)周期求解出來(lái)。還有一種方法是確定過(guò)零點(diǎn)后，擬合出一條穿過(guò)過(guò)零點(diǎn)的直線，通過(guò)最小二乘法求得直線的斜率，然后根據(jù)直線斜率求取信號(hào)周期，由于示功圖上行下行受力不一致，所以信號(hào)的圖并不是完全正弦波，上行下行波峰是有些偏心的，因此采用這種方法也很難求得正確的周期。
[0012]但是，在現(xiàn)有的示功儀中，通常僅采用頻域分析的方法計(jì)算抽油井的沖程周期，而由于數(shù)據(jù)長(zhǎng)度以及頻域分析階數(shù)對(duì)分辨率存在一定影響，導(dǎo)致該沖程周期作為采樣周期進(jìn)行采樣并不精確，而當(dāng)實(shí)際的沖程周期中采樣點(diǎn)過(guò)少時(shí)，不能得到精確的采樣數(shù)據(jù)形成精確的功圖，當(dāng)采樣點(diǎn)過(guò)多又會(huì)使得示功儀的功耗過(guò)大，影響示功儀的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]有鑒于此，為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種示功儀采樣率自動(dòng)切換方法。
[0014]本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:一種示功儀采樣率自動(dòng)切換方法，其特征在于，包括:
[0015]以初始采樣率進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，得到一組采樣數(shù)據(jù)；
[0016]根據(jù)該組采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅氏變換運(yùn)算，計(jì)算出示功圖估計(jì)沖程頻率；
[0017]根據(jù)所述示功圖估計(jì)沖程頻率計(jì)算出示功圖實(shí)際沖程的最大可能頻率和最小可能頻率，使用最小二乘法擬合周期函數(shù)同時(shí)使用最大和最小可能頻率計(jì)算出該組采樣數(shù)據(jù)實(shí)際沖程周期的采集點(diǎn)數(shù)；
[0018]根據(jù)所述實(shí)際沖程周期的采集點(diǎn)數(shù)判斷所述初始采樣率是否合適，當(dāng)采樣率不合適時(shí)，選擇合適的采樣率。
[0019]進(jìn)一步，所述以初始采樣率進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，得到一組采樣數(shù)據(jù)包括:
[0020]獲取示功儀的實(shí)際沖程周期值范圍，以初始采樣率N進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，得到一組采樣數(shù)據(jù){Ai}，i e [0，η*Ν-1]，其中η為正整數(shù)，且η為示功儀實(shí)際沖程周期值范圍中最大實(shí)際沖程周期值的至少兩倍。
[0021]進(jìn)一步，根據(jù)該組采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅氏變換運(yùn)算，計(jì)算出示功圖估計(jì)沖程頻率包括:
[0022]對(duì)采樣數(shù)據(jù){AJ進(jìn)行快速傅氏變換，得到一組譜線；
[0023]設(shè)該組譜線中第M個(gè)譜線為幅值最大的譜線，Λ f為該組譜線中任意兩相鄰譜線之間的間隔，則示功圖估計(jì)沖程頻率為Fk = M*Af。[0024]進(jìn)一步，當(dāng)該組譜線存在多個(gè)幅值相同的最大幅值時(shí)，以頻點(diǎn)最小的譜線為第M個(gè)譜線。
[0025]進(jìn)一步，根據(jù)所述示功圖估計(jì)沖程頻率計(jì)算出示功圖實(shí)際沖程的最大可能頻率和最小可能頻率包括:
[0026]根據(jù)估計(jì)示功圖實(shí)際沖程頻率Fk，則示功圖實(shí)際沖程的最小可能頻率為Fk- Δ f/2，示功圖實(shí)際沖程的最大可能頻率為Fk+ Δ f/2。
[0027]進(jìn)一步，使用最小二乘法擬合周期函數(shù)同時(shí)使用最大和最小可能頻率計(jì)算出該組采樣數(shù)據(jù)實(shí)際沖程周期的采集點(diǎn)數(shù)包括:
[0028]設(shè)L為示功圖實(shí)際沖程周期的采集點(diǎn)數(shù)，則
【權(quán)利要求】
1.一種示功儀采樣率自動(dòng)切換方法，其特征在于，包括: 以初始采樣率進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，得到一組采樣數(shù)據(jù)； 根據(jù)該組采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅氏變換運(yùn)算，計(jì)算出估計(jì)沖程頻率； 根據(jù)所述估計(jì)沖程頻率計(jì)算出實(shí)際沖程的最大可能頻率和最小可能頻率，使用最小二乘法擬合周期函數(shù)同時(shí)使用最大和最小可能頻率計(jì)算出該組采樣數(shù)據(jù)實(shí)際沖程周期的采集點(diǎn)數(shù)； 根據(jù)所述實(shí)際沖程周期的采集點(diǎn)數(shù)判斷所述初始采樣率是否合適，當(dāng)采樣率不合適時(shí)，選擇合適的米樣率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述以初始采樣率進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，得到一組采樣數(shù)據(jù)包括: 獲取示功儀的實(shí)際沖程周期值范圍，以初始采樣率N進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，得到一組采樣數(shù)據(jù){Ai}，i e [0，η*Ν-1]，其中η為正整數(shù)，且η為示功儀實(shí)際沖程周期值范圍中最大實(shí)際沖程周期值的至少兩倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)該組采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅氏變換運(yùn)算，計(jì)算出估計(jì)沖程頻率包括: 對(duì)采樣數(shù)據(jù){AJ進(jìn)行快速傅氏變換，得到一組譜線； 設(shè)該組譜線中第M個(gè)譜線為幅值最大的譜線，Λ f為該組譜線中任意兩相鄰譜線之間的間隔，則估計(jì)沖程頻率為Fk = Μ* Λ f。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)該組譜線存在多個(gè)幅值相同的最大幅值時(shí)，以頻點(diǎn)最小的譜線為第M個(gè)譜線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述示功圖估計(jì)沖程頻率計(jì)算出示功圖實(shí)際沖程的最大可能頻率和最小可能頻率包括: 根據(jù)估計(jì)示功圖實(shí)際沖程頻率Fk，則示功圖實(shí)際沖程的最小可能頻率為Fk-A f/2，示功圖實(shí)際沖程的最大可能頻率為Fk+Af/2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，使用最小二乘法擬合周期函數(shù)同時(shí)使用最大和最小可能頻率計(jì)算出該組采樣數(shù)據(jù)實(shí)際沖程周期的采集點(diǎn)數(shù)包括: 設(shè)L為示功圖實(shí)際沖程周期的采集點(diǎn)數(shù)，則
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述實(shí)際沖程周期的采集點(diǎn)數(shù)判斷所述初始采樣率是否合適，當(dāng)采樣率不合適時(shí)，選擇合適的采樣率包括: 比較示功圖實(shí)際沖程周期的采集點(diǎn)數(shù)LI與示功儀預(yù)設(shè)的單周期采集點(diǎn)數(shù)范圍值，當(dāng)LI不屬于所述示功儀預(yù)設(shè)的單周期采集點(diǎn)數(shù)范圍值時(shí)，調(diào)整示功儀的采樣率，以使示功圖實(shí)際沖程周期的采集點(diǎn)數(shù)LI屬于所述示功儀預(yù)設(shè)的單周期采集點(diǎn)數(shù)范圍值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述示功儀預(yù)設(shè)的單周期采集點(diǎn)數(shù)范圍值為150至300.
【文檔編號(hào)】E21B47/009GK103924963SQ201410169545
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】唐智斌, 張俊輝, 牛傳貝 申請(qǐng)人:北京必創(chuàng)科技有限公司