【摘要】：為了監(jiān)測鉆井過程中的井壁坍塌、井底巖爆等井下工況信息,進行了基于音頻信號的氣體鉆井返出巖屑量監(jiān)測方法研究。該方法利用音頻采集系統(tǒng)采集返出巖屑在排砂管中運移所產(chǎn)生的音頻信號,根據(jù)短時能量確定聲音段的起止點并計算特征參數(shù),建立聲音的特征參數(shù)庫,再利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法排除干擾聲音,然后分析排砂管內(nèi)不同大小巖屑的聲音特征,利用動態(tài)時間彎折算法識別巖屑的大小,計算巖屑流量,進而判斷氣體鉆井攜巖狀態(tài)及井下工況。雙探7井現(xiàn)場試驗結(jié)果表明,該方法對干擾聲音的分類成功率達到96.8%,對不同粒徑巖屑的識別率達到85.0%。研究結(jié)果表明,基于音頻信號的氣體鉆井返出巖屑量監(jiān)測方法可以監(jiān)測返出巖屑流量變化情況,有效判斷氣體鉆井的井下工況,從而降低氣體鉆井作業(yè)風險。
【圖文】：

排砂管內(nèi)運移的發(fā)聲狀況推算返出巖屑的流量，從而判斷氣體鉆井攜巖狀態(tài)及井下工況。該方法可以監(jiān)測所有在排砂管內(nèi)運移的大顆粒巖屑，在一定程度上彌補了目前氣體鉆井井下巖屑返出監(jiān)測方法存在的不足，有利于準確判斷井筒攜巖狀態(tài)，為氣體鉆井的安全鉆進提供了技術(shù)保障。１音頻信號采集在排砂管線上游段下管壁進行音頻信號采集時，音頻信號采集設(shè)備安裝在降塵水接入點的上游，避免降塵水噴射過程中產(chǎn)生的音頻干擾。音頻信號采集系統(tǒng)主要由拾音器、隔音材料、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換設(shè)備、傳輸線纜和監(jiān)控計算機組成（見圖１）。拾音器集成了麥克風和音頻放大電路，根據(jù)現(xiàn)場音頻分布范圍，頻率響應(yīng)設(shè)為２０～２００００Ｈｚ，輸出信號幅度為２．５Ｖｐｐ。因為聲波具有向周圍傳播的性質(zhì)，為減小鉆井現(xiàn)場存在的各類聲音對音頻信號采集系統(tǒng)的干擾，采用吸音棉和膠氈包裹塑料管作為隔音材料，將拾音器包裹在排砂管上。Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換設(shè)備將拾音器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后傳送到監(jiān)控計算機進行處理。圖１音頻信號采集系統(tǒng)組成Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅａｕｄｉｏｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ采用移動疊加的方式處理聲音數(shù)據(jù)，處理程序每秒啟動一次，處理最近采集的時長２ｓ的數(shù)據(jù)，重疊采樣過程如圖２所示，圖２中紅色虛線和黑色實線表示重疊采樣中２次數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶�。圖２重疊采樣過程示意Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇｓａｍｐｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ從圖２可以看出，連續(xù)的音頻信號恰好位于第２秒和第３秒２個數(shù)據(jù)包內(nèi)，音頻信號在黑色實線框內(nèi)是完整的，而在紅色虛線框內(nèi)是不完整的

為２．５Ｖｐｐ。因為聲波具有向周圍傳播的性質(zhì)，為減小鉆井現(xiàn)場存在的各類聲音對音頻信號采集系統(tǒng)的干擾，采用吸音棉和膠氈包裹塑料管作為隔音材料，，將拾音器包裹在排砂管上。Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換設(shè)備將拾音器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后傳送到監(jiān)控計算機進行處理。圖１音頻信號采集系統(tǒng)組成Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅａｕｄｉｏｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ采用移動疊加的方式處理聲音數(shù)據(jù)，處理程序每秒啟動一次，處理最近采集的時長２ｓ的數(shù)據(jù)，重疊采樣過程如圖２所示，圖２中紅色虛線和黑色實線表示重疊采樣中２次數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆秶�。圖２重疊采樣過程示意Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇｓａｍｐｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ從圖２可以看出，連續(xù)的音頻信號恰好位于第２秒和第３秒２個數(shù)據(jù)包內(nèi)，音頻信號在黑色實線框內(nèi)是完整的，而在紅色虛線框內(nèi)是不完整的。可以肯定，在重疊采樣中總有一重可以保證信號的完整性；但這種疊加采樣方式使得信號出現(xiàn)２次，為避免數(shù)據(jù)重復(fù)處理，需要標記已識別過的撞擊音頻段，下次循環(huán)只需要處理標記點以后的數(shù)據(jù)，已處理過的信號將作為重復(fù)信號而忽略掉。２音頻信號特征參數(shù)獲�。玻边B續(xù)音頻信號的預(yù)處理為了對連續(xù)音頻信號進行實時分析處理，只能將其分為多個短幀分別進行處理。根據(jù)音頻信號的短時平穩(wěn)特性，利用可移動的有限長度窗口加權(quán)法實現(xiàn)分幀預(yù)處理［９］，考慮到幀與幀之間平滑過渡，在分幀過程中采用部分重疊的辦法實現(xiàn)過渡。音頻信號的分幀過程可表示為：ｘｎ（ｍ）＝ｘ（ｎ＋ｍ）ω（ｍ）（１）式中：
【作者單位】： 西南石油大學電氣信息學院;西南石油大學石油與天然氣工程學院;
【基金】：國家科技重大專項“復(fù)雜地層鉆井提速提效關(guān)鍵工具與裝備研發(fā)”(編號:2016ZX05021-003-003HZ)部分研究內(nèi)容
【分類號】：TE24

【參考文獻】

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本文編號：2528745