基于希尔伯特-黄变换的井下油套管泄漏信号分析

发布时间：2020-07-05 22:08

【摘要】：井下油套管在长期服役过程中受复杂载荷作用和恶劣的井内流体介质冲刷腐蚀等作用,易于发生密封失效或穿孔而导致流体泄漏,引起油套管环空带压,对油气井安全带来威胁;及早准确发现井下油套管泄漏,以便及时采取措施进行治理,防止恶性事故发生已成为油气开发生产中亟待解决的重大问题。本文针对开发油套管泄漏声波地面检测技术的需要,研究泄漏声波信号处理方法,主要工作如下:(1)通过自行研制的油管泄漏声波地面检测系统进行室内试验,分别开展不同孔径和不同油套压差条件下的泄漏状态模拟实验,并利用声波信号采集装置对信号进行采集和储存,通过分析确定泄漏声波为非稳态信号。(2)选择与非稳态声波信号性质类似的chrip信号作为仿真模拟信号,利用STFT(快速傅里叶变换)、WT(小波变换)和HHT(希尔伯特-黄变换)三种时频分析方法对其进行分析,根据结果比较其时频分析特性,即分辨率的高低,证明了HHT较为适合分析非稳态的声波信号。(3)利用HHT对室内试验中采集到的油管泄漏声波信号进行分析,得到信号的瞬时幅值图、瞬时频率图和希尔伯特边际谱,选取信号的瞬时幅值峰值作为特征参数,通过线性回归分析得到泄漏孔孔径尺寸与声波信号幅值之间的关系,得出了泄漏孔径尺寸推测公式。(4)在海上平台进行了油套管泄漏检测实验,分别对A井和B井的声波数据进行Hilbert谱分析,最后利用公式推断出井下泄漏孔径尺寸,有效地反映了井下油套管泄漏程度。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE931.2;TE38
【图文】：

第1 章 绪论1.4.2 论文的技术路线论文的主要研究方法：首先利用油套管泄漏地面检测系统对不同油套压差、不同泄漏孔径尺寸条件下的泄漏声波信号进行采集，并对时下较为流行的几种信号时频分析处理方法进行了仿真比较，最后得出希尔伯特黄变换较为适合非稳态非线性的声波信号的结论。通过对不同尺寸的泄漏孔径的声波信号瞬时幅值的分析，得出声波信号与泄漏孔径大小之间的定量关系。最后，综合上述研究成果，进行现场试验。论文研究思路流程图如图 1.1 所示。

图 2.1 油管泄漏模拟系统Fig. 2.1 Tubing leakage simulation system（1）管柱模拟①管体及环空部分一般油气井中存在至少 4 层油套管结构，即表层套管、技术套管、生产套管及油管形成至少 A（油套环空）、B（技套环空）、C 三个环空[12]。本系统选择对 A 环空进行模拟，即模拟油套环空的情况，结合现场实际工况，内层管选用 N80材质外径 88.9mm 的油管（可更换其他材质、尺寸），外层管选用外径 244.475mm的套管，内外管嵌套放置形成环空，如图 2-1 所示。本系统采用水平放置的方式,此方式对声波传播并不影响，能够真实模拟实际工况泄漏形式。泄漏孔设置在内层油管壁，为了便于对泄漏孔的一系列操作（改变形状、尺寸、位置），在保证环空耐压性能的前提下，外层套管之间采用法兰的连接方式，既提高了系统的可操作性又保证了现场的还原度。②井口部分该部分主要模拟油套管与井口设备之间（在此为油管四通）的连接情况，系

有低压储气罐、高压储气罐、压缩机、控制系统压储气罐中的低压气体先经过干燥脱水等程序然气罐储存。实验中通过操作控制系统，控制高压量进入测试油管，并在油管内形成相对稳定的流了压力、温度等参数的测量。足实验要求的压力，同时避免储气罐壁厚过大，储气瓶作为高压储气罐，单个储气瓶的压力可流进油管，储气瓶内压力降低，会对管内气流相对稳定的气流，需要使用压缩机及时对钢瓶检测装置统根据海上气井井口结构及井架间布置环境设计接，连接方式为法兰连接，连接位置为油套管四可以使传感器完全伸入环空内。声波泄漏检测模块与信号采集模块，如图 2.2 所示。

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本文编号：2743195