出砂是油氣井開發(fā)開采過程中常見的現(xiàn)象。合理范圍內(nèi)的出砂有助于提高油氣井產(chǎn)量,但過度出砂會(huì)造成諸多問題,影響生產(chǎn)井正常作業(yè)。為了解決傳統(tǒng)單個(gè)傳感器及其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)性能上的不足,以及優(yōu)化系統(tǒng)處理結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)適用性、實(shí)現(xiàn)更加高效的監(jiān)測(cè),本文進(jìn)行了基于FPGA的相控陣列出砂監(jiān)測(cè)方法與系統(tǒng)的研究,首先進(jìn)行了相控陣出砂信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)建模方法和仿真分析,從砂粒撞擊信號(hào)的近場(chǎng)聚焦理論著手,建立了出砂信號(hào)DOA算法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),進(jìn)行了波束形成算法的探討等。另外,為滿足對(duì)油氣井出砂信號(hào)的采集需求,針對(duì)傳統(tǒng)出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)量小、分辨率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題,進(jìn)行了基于相控陣列的硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用FPGA+ARM組合的“漏斗形”設(shè)計(jì)架構(gòu),結(jié)合油氣井出砂信號(hào)采集的指標(biāo)要求,設(shè)計(jì)基于AD9650的多通道采集電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)線性陣列分布探頭信號(hào)的采集。此外,為減少無效通信數(shù)據(jù)量,準(zhǔn)確捕獲有效信號(hào)區(qū)域,同步緩存多通道數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)了出砂信號(hào)抽取檢測(cè)模塊,提出了多體并行緩存模組解決方案等軟件方案。通過仿真測(cè)試和搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),驗(yàn)證了該系統(tǒng)對(duì)油氣井出砂信號(hào)數(shù)據(jù)有著高效、快速的采集處理能力,滿足了復(fù)雜環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集要求,結(jié)... 

【文章來源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

國(guó)外出砂監(jiān)測(cè)設(shè)備

13圖2-5最大焦距與系統(tǒng)接收時(shí)間延遲估計(jì)精度關(guān)系對(duì)于時(shí)間延遲估計(jì)精度和空間縱向分辨率之間的關(guān)系，則需要對(duì)式（2-17）進(jìn)行微分變換，并且將等式兩邊的時(shí)間值和陣元焦距作微分處理，由此得到系統(tǒng)時(shí)間延遲估計(jì)精度與焦點(diǎn)在縱向的分辨率數(shù)學(xué)關(guān)系式為：F={{1[1+]}+()}τ(2-18)式中，F(xiàn)即為相控陣在軸向的空間分辨率，選取M為8陣元傳感器陣列，陣元間距d=3mm，鋼管中聲波傳播速度c=5500m/s，當(dāng)時(shí)間精度τ分別取τ=50ns、100ns、200ns時(shí)，通過代入公式計(jì)算，可得仿真結(jié)果如圖2-6所示。由圖可知，在不同的時(shí)間延遲估計(jì)精度下，當(dāng)延遲精度越小，焦點(diǎn)的軸向分辨率越高，也即監(jiān)測(cè)的精度越高。圖2-6時(shí)間延遲精度不同時(shí)，軸向分辨率與焦距關(guān)系0100200300400500600700800900時(shí)延控制精度△τ/ns020406080100120

16P(θ)=(θ)(θ)=E[|d(t)|]+σ||||(2-30)由此可知，通過約束條件得到的權(quán)向量使干擾信號(hào)能量為零，但同時(shí)也可能使噪聲的輸出變大。因此，對(duì)于抑制干擾和噪聲應(yīng)同時(shí)分析考慮，式(2-30)中，E[|d(t)|]為常量，為了最小化P(θ)，則波束形成器最佳權(quán)矢量可以描述為：在約束（2-28）和（2-29）的條件下，求解minE[|y(t)|]=min{(θ)(θ)}(2-31)通�？衫肔agrange乘子法求解約束最優(yōu)化問題，可求得的最佳權(quán)矢量為=()()()(2-32)式中，θ為掃描方向，將式（2-32）代入到式（2-24）中，可求出當(dāng)陣列的權(quán)矢量取得最優(yōu)值時(shí)，此時(shí)，陣列的輸出功率為：P(θ)==()()(2-33)式（2-33）即是MVDR算法的空間譜函數(shù)。與譜峰對(duì)應(yīng)的θ值即為波達(dá)方向的估計(jì)值。θ=argmax{P(θ)}=argmin{(θ)(θ)}(2-34)2.5.3實(shí)驗(yàn)仿真與分析針對(duì)實(shí)際砂粒撞擊模型，研究常規(guī)波束形成算法和MVDR聚焦波束形成算法在單信號(hào)條件下的方位估計(jì)性能，設(shè)傳感器陣列為8陣元的均勻線陣，陣元間距大小為半波長(zhǎng)，采樣頻率為10MHz，快拍數(shù)為1024，信號(hào)方位為40°，信噪比為10dB。其仿真結(jié)果如圖2-8所示：圖2-8歸一化陣列輸出功率由圖可知：MVDR頻譜具有更高的分辨率。光譜中的峰更窄，MVDR算法對(duì)信號(hào)源


本文編號(hào)：3225465