一種示功儀采樣率自動切換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種示功儀采樣率自動切換方法，根據(jù)所述示功圖估計沖程頻率計算出示功圖實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)同時使用最大和最小可能頻率計算出的該組采樣數(shù)據(jù)實際沖程周期采集點數(shù)與示功儀預設的單周期采集點數(shù)范圍值進行對比，適時的調整示功儀的采樣率，以達到精確的采樣數(shù)據(jù)形成精確功圖的同時，避免采樣點過多導致的示功儀的功耗過大，影響示功儀使用壽命的問題。
【專利說明】一種示功儀采樣率自動切換方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及油井測量領域，尤其涉及一種示功儀采樣率自動切換方法。
【背景技術】
[0002]抽油機井抽油是石油生產中最重要的工藝過程之一。及時準確獲知的油井運行狀態(tài)可考察油井單位時間的產量、跟蹤掌握地下油藏區(qū)塊的動態(tài)情況、預測和評價油井區(qū)塊的開發(fā)潛力、總體分析和把握全局產能情況、合理制定油田生產方案。
[0003]油井示功圖是油井運行狀態(tài)的重要表征，可以全面反映井下抽油泵運行狀況以及原油的開采情況。示功圖用來反映深井泵工作情況好壞，可由專門的儀器測出，并在坐標紙上進行制圖，圖上被封閉的線所圍成的面積表示驢頭在依次往復運動中抽油泵所做的功。通過分析示功圖，可以了解油井動態(tài)及抽油裝置的各項參數(shù)選擇是否合理、反映出深井泵在井下工作中的異?，F(xiàn)象，以及可以通過分析獲取抽油機井的工作制度是否合理等等信肩、O
[0004]傳統(tǒng)對示功圖的測量是一個月一次的人工測量，但是這種人工的測量方式，工作量大而繁重，且難以及時、準確、全面直觀、連續(xù)地反應生產動態(tài)。鑒于傳統(tǒng)人工測量方式的上述問題，現(xiàn)有技術發(fā)展了可以進行遠程監(jiān)控的無線示功儀?，F(xiàn)有的無線示功儀對一個沖程周期的功圖信號進行采樣，然后通過無線網絡將采集到的數(shù)據(jù)上傳至上位機，通過上位機繪制功圖。根據(jù)實際需要，示功儀每次所采集的數(shù)據(jù)應該是正好包括抽油機一個沖程，因此示功儀采樣周期的精確性決定采集的功圖信號的完整性，是整個設備可靠性的關鍵。一般而言，對于某個抽油井一個沖程周期的采樣點數(shù)不應少于150點，確保所繪制的示功圖的精確性。
[0005]對于周期信號的周期估計常用的經典方法有傅里葉變換法，自相關法，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算信號的頻率，該方法只適合分析正弦信號，且參數(shù)估計存在偏差。對于復雜的周期信號，單周期信號頻譜是連續(xù)的，而多周期信號頻譜是離散，對于單周期信號頻譜的離散采樣，即存在大量的諧波分量，因此傅里葉變換法得到的最強頻譜點可能只是信號的諧波頻率。
[0007]自相關法利用信號的自相關函數(shù)求解信號周期，而有限采樣信號的自相關函數(shù)是階梯減小的，給周期估計帶來不便，同時常會導致估計偏差。
[0008]AMDF方法由Ross等人提出，該方法利用最小值間隔確定周期，對于有限長度信號，該方法的輸出最小值是階梯增加的，給求解帶來不便。一般而言，AMDF和估計精度較自相關法略好，但實際仿真表明，估計精度在一定的程度上和周期信號的樣式有關。
[0009]解卷積同態(tài)系統(tǒng)是求取信號周期的另一種方法，利用卷積同態(tài)濾波得到的低時和高時部分，然后恢復單個周期信號和沖擊函數(shù)序列，沖擊函數(shù)周期即為信號周期。由于需要通過復倒頻譜的時域濾波，濾波截斷窗選取會對信號周期估計產生影響，時域截斷濾波的選取不容易控制，受噪音影響較大，因此該方法估計性能差。[0010]而上述四種方法對于功圖的沖程周期的估計并不適用，這是因為我們要分析的信號頻率非常低。目前，在役的幾乎全部的有桿泵抽油機的沖次均在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，對于功圖信號周期的測量，一般要求精確到小數(shù)點后一位，也就是需要精確到0.1秒。而在0.025?0.2赫茲之間，在頻率上計算的任何微小的偏差與當前頻率轉換為周期后，則誤差會被大幅度放大，無法滿足油田提出的0.1秒的要求。而要達到要求的時間精度，信號采集的時間就會長到我們難以接受的時間，顯然是不現(xiàn)實的。
[0011]而對于這些頻率極低的信號來說，現(xiàn)有技術中通常利用兩種方法進行采樣周期估計，一種是通過過零比較，把原來的類似于正弦波的信號變成方波，然后通過測量方波脈寬的方法來取得信號周期，由于示功圖測量的加速度信號上邊有些脈沖甚至高于周期正弦波信號，通過這種過零比較的方法很難按正確的信號周期求解出來。還有一種方法是確定過零點后，擬合出一條穿過過零點的直線，通過最小二乘法求得直線的斜率，然后根據(jù)直線斜率求取信號周期，由于示功圖上行下行受力不一致，所以信號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算抽油井的沖程周期，而由于數(shù)據(jù)長度以及頻域分析階數(shù)對分辨率存在一定影響，導致該沖程周期作為采樣周期進行采樣并不精確，而當實際的沖程周期中采樣點過少時，不能得到精確的采樣數(shù)據(jù)形成精確的功圖，當采樣點過多又會使得示功儀的功耗過大，影響示功儀的使用壽命。

【發(fā)明內容】

[0013]有鑒于此，為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種示功儀采樣率自動切換方法。
[0014]本發(fā)明采用的技術手段如下:一種示功儀采樣率自動切換方法，其特征在于，包括:
[0015]以初始采樣率進行數(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)進行快速傅氏變換運算，計算出示功圖估計沖程頻率；
[0017]根據(jù)所述示功圖估計沖程頻率計算出示功圖實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)同時使用最大和最小可能頻率計算出該組采樣數(shù)據(jù)實際沖程周期的采集點數(shù)；
[0018]根據(jù)所述實際沖程周期的采集點數(shù)判斷所述初始采樣率是否合適，當采樣率不合適時，選擇合適的采樣率。
[0019]進一步，所述以初始采樣率進行數(shù)據(jù)采樣，得到一組采樣數(shù)據(jù)包括:
[0020]獲取示功儀的實際沖程周期值范圍，以初始采樣率N進行數(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為示功儀實際沖程周期值范圍中最大實際沖程周期值的至少兩倍。
[0021]進一步，根據(jù)該組采樣數(shù)據(jù)進行快速傅氏變換運算，計算出示功圖估計沖程頻率包括:
[0022]對采樣數(shù)據(jù){AJ進行快速傅氏變換，得到一組譜線；
[0023]設該組譜線中第M個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，則示功圖估計沖程頻率為Fk = M*Af。[0024]進一步，當該組譜線存在多個幅值相同的最大幅值時，以頻點最小的譜線為第M個譜線。
[0025]進一步，根據(jù)所述示功圖估計沖程頻率計算出示功圖實際沖程的最大可能頻率和最小可能頻率包括:
[0026]根據(jù)估計示功圖實際沖程頻率Fk，則示功圖實際沖程的最小可能頻率為Fk- Δ f/2，示功圖實際沖程的最大可能頻率為Fk+ Δ f/2。
[0027]進一步，使用最小二乘法擬合周期函數(shù)同時使用最大和最小可能頻率計算出該組采樣數(shù)據(jù)實際沖程周期的采集點數(shù)包括:
[0028]設L為示功圖實際沖程周期的采集點數(shù)，則
【權利要求】
1.一種示功儀采樣率自動切換方法，其特征在于，包括: 以初始采樣率進行數(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)進行快速傅氏變換運算，計算出估計沖程頻率； 根據(jù)所述估計沖程頻率計算出實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)同時使用最大和最小可能頻率計算出該組采樣數(shù)據(jù)實際沖程周期的采集點數(shù)； 根據(jù)所述實際沖程周期的采集點數(shù)判斷所述初始采樣率是否合適，當采樣率不合適時，選擇合適的米樣率。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述以初始采樣率進行數(shù)據(jù)采樣，得到一組采樣數(shù)據(jù)包括: 獲取示功儀的實際沖程周期值范圍，以初始采樣率N進行數(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為示功儀實際沖程周期值范圍中最大實際沖程周期值的至少兩倍。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)該組采樣數(shù)據(jù)進行快速傅氏變換運算，計算出估計沖程頻率包括: 對采樣數(shù)據(jù){AJ進行快速傅氏變換，得到一組譜線； 設該組譜線中第M個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，則估計沖程頻率為Fk = Μ* Λ f。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，當該組譜線存在多個幅值相同的最大幅值時，以頻點最小的譜線為第M個譜線。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述示功圖估計沖程頻率計算出示功圖實際沖程的最大可能頻率和最小可能頻率包括: 根據(jù)估計示功圖實際沖程頻率Fk，則示功圖實際沖程的最小可能頻率為Fk-A f/2，示功圖實際沖程的最大可能頻率為Fk+Af/2。
6.根據(jù)權利要求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)同時使用最大和最小可能頻率計算出該組采樣數(shù)據(jù)實際沖程周期的采集點數(shù)包括: 設L為示功圖實際沖程周期的采集點數(shù)，則
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述實際沖程周期的采集點數(shù)判斷所述初始采樣率是否合適，當采樣率不合適時，選擇合適的采樣率包括: 比較示功圖實際沖程周期的采集點數(shù)LI與示功儀預設的單周期采集點數(shù)范圍值，當LI不屬于所述示功儀預設的單周期采集點數(shù)范圍值時，調整示功儀的采樣率，以使示功圖實際沖程周期的采集點數(shù)LI屬于所述示功儀預設的單周期采集點數(shù)范圍值。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述示功儀預設的單周期采集點數(shù)范圍值為150至300.
【文檔編號】E21B47/009GK103924963SQ201410169545
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權日:2014年4月25日
【發(fā)明者】唐智斌, 張俊輝, 牛傳貝 申請人:北京必創(chuàng)科技有限公司