抽油机电声波自动识别装置及方法 【技术领域】
本发明涉及数码自动采油领域。特别是涉及自动识别地下液面变化的方法及装置背景技术
抽油机的采油(工作制度)效率首先是以油井地下储层的供液能力来决定的。传统抽油机无法识别地下液面的变化，普遍存在抽空观象；出现抽空现象后，造成抽油机空抽耗电；活塞液击造成抽油机、抽油杆、活塞产生振动冲击，疲劳冲击，造成机、杆、泵容易损坏，修井频繁，增加维修费用。同时在地下储层供液能力大的时候，抽油机无法识别，不能快速产液，直接影响采出效率。
传统抽油机采油工作制度(冲程、冲次)的设定，是根据专业技术人员到油井现场对油井套管地下液面进行人工测试，其方法是先将油井内的气体放出，然后采用枪弹发射声波的方式，测试计算出井下液面位置。该种测试方法由于工序繁锁、精确度较差等问题，通常在一两个月时间才能检测一次，它的滞后性严重的制约了采油效率，造成了很大的浪费。发明内容
本发明的目的在于提供一种可随时、自动和精确的对井内液面深度测距辨识的装置及方法。
本发明所述抽油机电声波自动识别装置，它包括计算显示部分和声波信号发射接收部分，其特征在于：声波信号发射接收部分包括以螺旋丝扣方式安装在井口套管接口上的电声音频信号输出装置、同样以螺旋丝扣方式安装在井口套管上的接收回波取样信号的接收天线和设置在油井筒中一定位置的音标装置；所述回波取样信号包括井筒中固定音标回波信号和井筒液面回波信号。
本发明所述抽油机电声波自动识别方法，其特征在于：在井口位置，发射可在井筒油气压环境中，具有较强穿透力的低频、超低频的电声波；利用井筒中固定设置的音标，对上述电声波产生标准校验回波波号；将接收标准校验回波信号和井筒中油面液位产生的回波信号，通过比较分析，精确地测出不同条件下的油液面深度值。
本发明与传统的井下液面测试方法相比具有如下效果：
1.测试方便：不用放掉井内易燃气体，也不会造成燃烧的危害；
2.实时自动测试：采用发射电声波，并用计算系统完成计算与显示；
3.检测精确度非常高：首先：电声波为脉冲尖角波，比枪弹发射声波更易精确计算距离；其次是各井内的油气混合压力、油井油质等各不相同，在较重原油中，声速几乎随压力呈线形增加；对含气原油(轻质原油)在较低压力时，声波随压力地增加而下降，在较高压力时，声速随压力的增加而呈线形增加。采用音标校验方法分析输出信号，寻找声速与井筒压力密切相关的系统模型，可大大提高测量的精确性。附图说明
图1是本发明声波信号发生接收器和计算显示部分的安装和组成框图；
图2是本发明声波信号发生接收器的发射与接收信号函数关系图。具体实施方式
附图中：1是井口、2是套管、3是油管、4是液面、5是音标、6是声波信号发生器、7是回波信号接收器、8是地面、9是油液储层。
具体实施例如下：
1.将信号发射接收装置安装在油井井口套管上，将液位识别系统模块、电源模块安装在采油机电控箱里，进行电路连接。
2.在控制板上设置液位识别时间，如：60分钟测试一次。
3.60分钟后，时间控制器电音频信号发生、放大器模块启动，进行电声波信号发射；液面深度(测距)识别计算系统开始记录信号发射的时间和发射信号的频率波形特征。
4、4秒钟后井筒音标声波信号返回(音标设置距离20m)32秒后液面声波信号返回。经滤波器(回波信号识别系统)模块的回波信号识别系统(匹配滤波器)记录、模式识别、处理、确认后，再由井筒液面(测距)识别计算系统处理发送信号，以匹配滤波器接收回波信号，利用滤波器输出信号峰值出现的时间(根据已给定一定距离音标板的声波返回时间)折算油井液面目标距离，得出油井液面深度位置1280m。
5.存储器将计算出的油井液位位置1280m存放计算机，并显示在显示器上。
6.第一次识别油井液位结束。
7.60分钟以后，第二次油井液位测距开始，重复2-5程序。
8.计算机自动将多次距数据组态成油井液位曲线图，存储在计算机内显示在显示器上。
9.计算机根据储存设置自动滚动储存和清除。
发明原理：
1.声波信号发生器
(1)采用电声(电接触产生磁场线圈振动)音频信号S(t)输出。
(2)采用电声(电接触产生磁场线圈振动)音频信号S(t)输出，经过放大器放大后，有扬声器输出。(声波信号输出装置以螺旋丝扣的方式安装在井口套管接口上)
①声波：声波有纵波和横波，也叫压缩波和切变波。次低频声波处理的水动波(频率小于0.5HZ)用于直接提高地层油采收率是最有效的。
②冲击：冲击是一种瞬态现象，冲击的大小与冲击的持续时间冲击的波形冲击波形所包围的面积(反映能量大小)冲击波形的峰值有关。
③系统的冲击响应：系统受到冲击时将发生运动，这一运动称为系统冲击作用下的晌应。
④波动：采油生产中要涉及各频率的机械波。机械波是可变形介质(弹性介质)中的波，空气中声波是机械波。此振动状态在介质中由近及远地传播出去。波即振动的传播。传播时，波源带动附近介质振动，这部分介质又靠介质质点之间的弹性回复力作用及惯性作用，影响其他介质的振动，这样振动状态即传递出去，而介质并未移动，只是在平衡位置附近振动。按介质质点的运动与波的传播方向，将波分为横波和纵波。振动方向与波的传播方向相平行为纵波，相垂直则为横波。声波是一种机械波，可在固体、液体、气体中传播，频率范围为0---1012Hz。对于纵波，这种力是平行于传播方向的拉伸或压缩应力。
⑤次声波、声波、超声波
频率在20-20000Hz之间的机械波称为声波；频率低于20Hz的机械波称为次声波；频率高于20000Hz的机械波成为超声波。
传播速度取决子传播物质及其物理状态，也取决于物质的温度和压力。
声波、次声波的频率较低，天然地震产生的波即属于这一波段，人工地震采油技术所用的波也是这一波段。
2.回波信号接收器
信号接收：S(t)的回波取样信号(1.井筒固定音标回波信号。2.井筒液面回波信号)。也既时间与幅度取值都具有离散性，这种信号又称为数字信号。(回波信号接收天线以螺旋丝扣的方式安装在井口套管接口上)
信号移位或延时：系统的数学描述方法可分为，一、输入—输出描述法，输入—输出描述法，着眼于系统激励与响应之间的关系。并不关心系统内部变量情况。二、是状态变量描述法。系统数学模型的求解方法：1.时间域方法，直接分析时间变量的函数，研究系统的时间响应特性，或称时域特性。卷积方法最受重视，借助计算机，利用数值方法求解微分方程比较方便。
3.匹配滤波器(最佳回波信号辩识检测器)它协助增强信号抵抗噪声的能力，保证在判别信号出现时，具有最低的错误概率。所谓匹配是指滤波器的性能与信号S(t)的性能取得某种一致。
抽样过程原理：抽样信号，经量化、编码变成数字信号，然后进行上述过程的逆变换，就可恢复原信号。
对于回波信号，我们关心它出现的时刻，而无需恢复它的全部波形，脉冲波形的“1”码，脉冲的空位(没有信号)这“0”码。检测波形的完整复原并不重要，波形是早已知道的。
4.液面深度测距辩识系统：
在井下液面测距系统中，发送信号S(t)，以匹配滤波器接收回波信号，利用滤波器输出信号峰值出现的时间(根据已给定一定距离音标板的音波返回时间)折算油井液面目标距离。
宜选用相关函数形状尖锐的波，做输出信号波形，检测时间精确。
在控制工程领域中，又将x(n)、y(n)、n(n)类型的问题称为“系统辩识”也即由给定的输入、输出信号导找系统模型。对待测目标发出信号x(n)，测得反射回波y(n)，由此计算测得地下油液面的h(n)以判断它的位置特性。
e(t)和r(t)分别为发射与接收信号，hT(t)和hR(t)分别表示发收天线的系统函数。若待测目标的系统函数n(t)，它们之间满足图2的关系。
(解卷积)(反卷积)问题，声速与井筒压力密切相关，在较重原油中，声速几乎随压力呈线形增加；对于含气原油(轻质原油)在较低压力时，声速随压力的增加而下降，在较高压力时；声速随压力的增加而呈线形增加。(每口油井油质、压力都不相同)
测出液面距离后进行(液面)及供液能力的判识。从而控制采油机停机与否，改变冲次、冲程与否，达到节能、与合理采油的目的(可人为控制、也可自动控制)。液面抽空自动停机，液面恢复自动开机(或自动减速、加速)。
遥控液面识别的两种方法1、在发射与接受、抽油机识别。2、在计算机上识别。