基于音频信号的气体钻井返出岩屑量监测方法研究
【图文】：
排砂管内运移的发声状况推算返出岩屑的流量，从而判断气体钻井携岩状态及井下工况。该方法可以监测所有在排砂管内运移的大颗粒岩屑，在一定程度上弥补了目前气体钻井井下岩屑返出监测方法存在的不足，有利于准确判断井筒携岩状态，为气体钻井的安全钻进提供了技术保障。１音频信号采集在排砂管线上游段下管壁进行音频信号采集时，音频信号采集设备安装在降尘水接入点的上游，避免降尘水喷射过程中产生的音频干扰。音频信号采集系统主要由拾音器、隔音材料、Ａ／Ｄ转换设备、传输线缆和监控计算机组成（见图１）。拾音器集成了麦克风和音频放大电路，根据现场音频分布范围，频率响应设为２０～２００００Ｈｚ，输出信号幅度为２．５Ｖｐｐ。因为声波具有向周围传播的性质，为减小钻井现场存在的各类声音对音频信号采集系统的干扰，采用吸音棉和胶毡包裹塑料管作为隔音材料，将拾音器包裹在排砂管上。Ａ／Ｄ转换设备将拾音器采集的模拟信号转换为数字信号，然后传送到监控计算机进行处理。图１音频信号采集系统组成Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅａｕｄｉｏｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ采用移动叠加的方式处理声音数据，处理程序每秒启动一次，处理最近采集的时长２ｓ的数据，重叠采样过程如图２所示，图２中红色虚线和黑色实线表示重叠采样中２次数据传输的范围。图２重叠采样过程示意Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇｓａｍｐｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ从图２可以看出，连续的音频信号恰好位于第２秒和第３秒２个数据包内，音频信号在黑色实线框内是完整的，而在红色虚线框内是不完整的
为２．５Ｖｐｐ。因为声波具有向周围传播的性质，为减小钻井现场存在的各类声音对音频信号采集系统的干扰，采用吸音棉和胶毡包裹塑料管作为隔音材料，，将拾音器包裹在排砂管上。Ａ／Ｄ转换设备将拾音器采集的模拟信号转换为数字信号，然后传送到监控计算机进行处理。图１音频信号采集系统组成Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅａｕｄｉｏｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ采用移动叠加的方式处理声音数据，处理程序每秒启动一次，处理最近采集的时长２ｓ的数据，重叠采样过程如图２所示，图２中红色虚线和黑色实线表示重叠采样中２次数据传输的范围。图２重叠采样过程示意Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇｓａｍｐｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ从图２可以看出，连续的音频信号恰好位于第２秒和第３秒２个数据包内，音频信号在黑色实线框内是完整的，而在红色虚线框内是不完整的。可以肯定，在重叠采样中总有一重可以保证信号的完整性；但这种叠加采样方式使得信号出现２次，为避免数据重复处理，需要标记已识别过的撞击音频段，下次循环只需要处理标记点以后的数据，已处理过的信号将作为重复信号而忽略掉。２音频信号特征参数获取２．１连续音频信号的预处理为了对连续音频信号进行实时分析处理，只能将其分为多个短帧分别进行处理。根据音频信号的短时平稳特性，利用可移动的有限长度窗口加权法实现分帧预处理［９］，考虑到帧与帧之间平滑过渡，在分帧过程中采用部分重叠的办法实现过渡。音频信号的分帧过程可表示为：ｘｎ（ｍ）＝ｘ（ｎ＋ｍ）ω（ｍ）（１）式中：
【作者单位】： 西南石油大学电气信息学院;西南石油大学石油与天然气工程学院;
【基金】：国家科技重大专项“复杂地层钻井提速提效关键工具与装备研发”(编号:2016ZX05021-003-003HZ)部分研究内容
【分类号】：TE24
【参考文献】
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本文编号：2528745
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