分層注水工藝中渦街流量計(jì)信號(hào)處理方法研究*

賈德利，于 泳，陳 召，鄒天洋，趙明鑫

（1.哈爾濱理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，哈爾濱150080；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083；3.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163000）

分層注水工藝中渦街流量計(jì)信號(hào)處理方法研究*

賈德利1，2*，于 泳1，陳 召1，鄒天洋1，趙明鑫3

（1.哈爾濱理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，哈爾濱150080；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083；3.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163000）

在一體化分層注水工藝中，每個(gè)層段的流量都要精確測(cè)量，而其所需的流量計(jì)必須能長(zhǎng)期置于井下，綜合考慮選擇渦街流量計(jì)作為智能分層注水工藝中的流量檢測(cè)裝置。但渦街流量計(jì)易于受到管道震動(dòng)和流場(chǎng)擾動(dòng)引起的噪聲干擾，且注水管道在注水的過(guò)程中更容易產(chǎn)生干擾信號(hào)，尤其在小流量處很難分辨出傳感器產(chǎn)生的頻率信號(hào)。本文根據(jù)渦街流量計(jì)的特點(diǎn)，提出一種以硬件和Mallat算法相結(jié)合，處理低頻段無(wú)法分辨的問(wèn)題，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用該種方法，能有效的減少噪聲干擾，降低了流量計(jì)的下限，提高了精度。

一體化分層注水；渦街流量計(jì)；小波變換；低頻

分層注水工藝目前的領(lǐng)先技術(shù)為具有機(jī)電一體化特色數(shù)字化全自動(dòng)控制技術(shù)，但其技術(shù)壁壘為流量計(jì)的長(zhǎng)期檢測(cè)。在傳統(tǒng)工藝上測(cè)調(diào)儀上使用的電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)對(duì)長(zhǎng)期置于井下進(jìn)行單層段的注入流量檢測(cè)存在一定不適用性，例如表面存在結(jié)垢等將使其失效。由于以上原因和須長(zhǎng)時(shí)間放置井下及空間尺寸等因素，一體化分層注水工藝中選擇了渦街流量計(jì)，但渦街流量計(jì)其最大的缺點(diǎn)是量程下限高，當(dāng)測(cè)量小流量的時(shí)候測(cè)量很不準(zhǔn)確。隨著油田進(jìn)入特高含水期，單層小流量層段逐年增加，直接影響剩余油的挖潛，其配套的單層小流量分注技術(shù)成為生產(chǎn)首要解決問(wèn)題，這也導(dǎo)致一體化分層注水工藝中流量下限成為了一個(gè)重要指標(biāo)。

鑒于此，本文開(kāi)展了一體化分層注水工藝單層流量檢測(cè)的研究工作，提出了信號(hào)的前期硬件預(yù)處理和采用小波分解提取小流量時(shí)產(chǎn)生的渦街信號(hào)這一綜合方法。

1 井下渦街流量計(jì)測(cè)量原理及工程分析

隨著石油采油工藝的發(fā)展及技術(shù)的進(jìn)步，水驅(qū)工藝已從籠統(tǒng)注水轉(zhuǎn)變?yōu)榉謱幼⑺?，現(xiàn)大規(guī)模使用的分層注水工藝為橋式偏心、同心高效測(cè)調(diào)兩大主體技術(shù)［1-2］，雖然達(dá)到分層注水的目的，但每次調(diào)配都需測(cè)調(diào)車及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，隨著井?dāng)?shù)和層段數(shù)逐年增加，現(xiàn)有測(cè)試隊(duì)伍已不能滿足測(cè)試要求，導(dǎo)致注水合格率下降，水驅(qū)效果差。為解決這一問(wèn)題，油田采用預(yù)置電纜或存儲(chǔ)的方式，每層段配備一體化配水器，內(nèi)置流量計(jì)、壓力計(jì)和調(diào)節(jié)總成，直接獲取每一層段的流量和壓力，利用流量檢測(cè)值調(diào)節(jié)注水閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)流量閉環(huán)控制，達(dá)到配注的要求。以預(yù)置電纜注水工藝為例，其工藝管柱如圖1所示。每一層段用過(guò)電纜可洗井封隔器隔開(kāi)，達(dá)到分層的目的，注入層段長(zhǎng)期放置一體化配水器，與油管連接，通過(guò)調(diào)節(jié)注水閥的開(kāi)度來(lái)配注該層段的注入流量和壓力，單層段采用渦街流量計(jì)實(shí)現(xiàn)流量注入的檢測(cè)。但由于渦街流量計(jì)探頭受井下流體的噪聲、注水閥截流壓差大導(dǎo)致穩(wěn)流場(chǎng)性能差等影響，在小流量檢測(cè)時(shí)很難采集到準(zhǔn)確的渦街信號(hào)，因此渦街流量計(jì)的下限很高，難以滿足小流量注水井檢測(cè)的生產(chǎn)要求。

渦街流量計(jì)是利用流體力學(xué)中著名的卡門渦街原理，即在流動(dòng)的流體中，垂直于流體流向安放一根非流線型旋渦發(fā)生體，隨著流體流動(dòng)，當(dāng)管道雷諾數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，在發(fā)生體兩側(cè)就會(huì)交替地分離出卡門渦街，旋渦頻率和流速成線性關(guān)系，流量測(cè)量的關(guān)鍵在于測(cè)定渦街流量信號(hào)的頻率，渦街流量計(jì)就是基于“卡門渦街”原理而研制的新一代流量測(cè)量?jī)x表。

圖1 一體化分層注水原理

依據(jù)卡曼的研究，渦街列多數(shù)是不穩(wěn)定的，只有形成相互交替的內(nèi)旋的兩排渦列，且渦列寬度h與同列相鄰的兩旋渦的間距l(xiāng)之比滿足（對(duì)圓柱形旋渦發(fā)生體）時(shí)，渦街列才穩(wěn)定［3-4］。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為 f，被測(cè)流體的平均流速為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式：

式中：U1為旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，單位是m/s，Sr為斯特勞哈爾數(shù)；m為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比。

管道內(nèi)體積流量qV為

式中：K—流量計(jì)的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3。

K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關(guān)外，還有斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)。斯特勞哈爾數(shù)為無(wú)綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān)。

圖2 渦街流量計(jì)實(shí)物

圖2所示為渦街流量計(jì)的實(shí)物圖，虛線為流道及方向。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的液體通道直徑為15 mm，其穩(wěn)流場(chǎng)的長(zhǎng)度為150 mm，其原始量程范圍為10m3/d～100 m3/d。圖3所示為渦街流量計(jì)的剖面圖，由渦街發(fā)生體、渦街列檢測(cè)傳感器、鋼體構(gòu)成，當(dāng)流體流經(jīng)渦街發(fā)生體之后產(chǎn)生渦街列，渦街傳感器會(huì)將此渦街列轉(zhuǎn)化成電信號(hào)用于之后的處理。

圖3 渦街流量計(jì)剖面

2 渦街流量計(jì)信號(hào)的分析與處理

渦街流量計(jì)具有穩(wěn)定性好、體積小、功耗小、溫度漂移小等優(yōu)點(diǎn)，但受檢測(cè)探頭制作工藝空間尺寸的限制，流道內(nèi)徑目前只能做到15 mm，在低于10 m3/d小流量情況下，存在低流速產(chǎn)生的渦街信號(hào)難以分析的問(wèn)題，影響其在油田注水井中適用范圍。為進(jìn)一步擴(kuò)大流量下線的檢查范圍，本文從硬件電路采集和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)方面提出了一種解決渦街信號(hào)低頻段難以分辨的方法。

2.1 渦街流量計(jì)輸出信號(hào)分析

渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器，流體經(jīng)渦街發(fā)生體后所產(chǎn)生的渦街信號(hào)理論上為純正的正余弦信號(hào)，但實(shí)際中由于受到管壁震動(dòng)、電磁干擾、白噪聲的影響，其信號(hào)為復(fù)合信號(hào)。根據(jù)實(shí)際情況及理論分析，用下面的式子表達(dá)渦街傳感器的輸出信號(hào)模型［5-6］：

式中：i=0,1,2,…,m，j=0,1,2,…,n，0≤fai≤fv＜fbj其中，是理想中的渦街流量計(jì)產(chǎn)生的信號(hào)，其幅值與流體的頻率的平方成反比。其他部分為噪聲信號(hào)。為頻率低于實(shí)際渦街流量計(jì)產(chǎn)生的信號(hào)，一般是流體產(chǎn)生的低頻信號(hào)，不同的渦街發(fā)生體會(huì)有不同的低頻干擾信號(hào)，但大致為有效信號(hào)的1/5，幅值會(huì)小于渦街信號(hào)；是頻率高于渦街頻率的干擾信號(hào)。該干擾噪聲主要由震動(dòng)的干擾信號(hào)產(chǎn)生，如井下電機(jī)的震動(dòng)、注水井管壁的震動(dòng)引起的震動(dòng)噪音傳到傳感器上，也有一部分為電磁干擾，但由于在井下，電磁干擾部分相對(duì)來(lái)說(shuō)較少。

fai和 fbj中還包含了一些不規(guī)則的隨機(jī)噪聲的各個(gè)諧波分量，這種噪音有環(huán)境引起，頻率和幅值都無(wú)一定的規(guī)律，有很大的隨機(jī)性。圖4為渦街流量計(jì)采集到的實(shí)際數(shù)據(jù)。

圖4 采集到的實(shí)際數(shù)據(jù)

圖4中為采集渦街信號(hào)的真實(shí)值，首先在無(wú)流量下采集一組白噪聲a1，可看到其有一定的噪聲干擾，圖4中的a2曲線為在小流量的時(shí)候產(chǎn)生的信號(hào)，雖然能看出一定的波動(dòng)，但是無(wú)法進(jìn)行分辨，監(jiān)測(cè)出有效頻率（對(duì)應(yīng)流量為6 m3/d），圖4中的a3曲線為大流量的時(shí)候產(chǎn)生的渦街信號(hào)（測(cè)試的流量為18 m3/d），可清晰的分辨出該渦街信號(hào)，其產(chǎn)生的渦街頻率大致為1 500 Hz。

由上可知，該渦街流量計(jì)在測(cè)量大流量的時(shí)候可準(zhǔn)確的測(cè)量，但其測(cè)量小流量的時(shí)候由于產(chǎn)生的渦街信號(hào)幅值較小和受到干擾噪聲的影響無(wú)法測(cè)量出真實(shí)值。

2.2 渦街流量計(jì)的信號(hào)處理

由上面的分析可知流體在大流量的時(shí)候，該流量計(jì)可準(zhǔn)確的測(cè)量也就是能檢測(cè)出可分辨的渦街信號(hào)（也就是輸出的高頻信號(hào)），無(wú)需對(duì)該段進(jìn)行處理。在試驗(yàn)中流量在10 m3/d以上時(shí)即產(chǎn)生的頻率為760 Hz以上的時(shí)候，可準(zhǔn)確的測(cè)量出流量。但是當(dāng)流體的流量在10 m3/d以下即產(chǎn)生的頻率在760 Hz以下的時(shí)候，無(wú)法進(jìn)行分辨，需對(duì)低頻段的信號(hào)進(jìn)行處理。由于流體在小流量時(shí)其產(chǎn)生的渦街幅值較小和噪聲影響較大，我們分兩個(gè)方面進(jìn)行處理，一個(gè)是根據(jù)渦街幅值較小的方面進(jìn)行處理，另一個(gè)從噪聲影響方面進(jìn)行處理。

2.2.1 低頻段渦街流量計(jì)的信號(hào)放大

低頻段產(chǎn)生的信號(hào)無(wú)法進(jìn)行分辨的一個(gè)重要原因就是其信噪比比較小，即渦街產(chǎn)生的幅值和噪聲信號(hào)產(chǎn)生的幅值比較接近，無(wú)法進(jìn)行識(shí)別，本文采用硬件手段將渦街流量計(jì)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行放大，增加信號(hào)的信噪比，在信號(hào)檢測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)一個(gè)前置放大電路。

由于壓電晶式傳感器的輸出阻抗比較高，因此放大器的設(shè)計(jì)也比較特殊，須設(shè)計(jì)專用的前置放大器，才能較理想的將輸入的電荷量轉(zhuǎn)化成電壓量［7-10］。圖5為渦街傳感器的放大等效電路，其自身有一個(gè)很大的電阻（幾十兆歐級(jí)），輸出的能量很小，設(shè)計(jì)放大檢測(cè)器，將輸出的弱信號(hào)放大，同時(shí)將檢出器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出。

圖5 渦街信號(hào)放大器原理圖

圖5中Ca為等效壓電傳感器的靜態(tài)電容；Ra為等效壓電傳感器的絕緣電阻；C1、C2為放大電路的輸入電容；C3、C4放大電路的反饋電容；R1為放大電路的反饋電阻；R1為匹配電阻，為了與傳感器的阻抗匹配，一般為10～20 MΩ；R2與R3為電荷放大器的直流反饋電阻，一般為兆歐級(jí)，起到穩(wěn)定放大器直流工作點(diǎn)的作用；由于是兩路信號(hào)輸入，此時(shí)電荷放器也有差分放大的作用，輸出為兩輸入電荷信號(hào)的差分電壓值。

當(dāng)CF和RF都確定后，電荷放大器的幅頻特性近似于一個(gè)高通濾波器，其中通帶放大倍數(shù)反比于RFCF；此外，若信號(hào)的頻率低于該電路的截止頻率（-3 dB），信號(hào)將大幅衰減。綜上所述，CF和RF的選擇要兼顧信號(hào)放大倍數(shù)和當(dāng)前信號(hào)頻帶的要求。

根據(jù)上面選取的放大器，根據(jù)所用的流量計(jì)的口徑選取合適的電容和電阻，在小流量處得到的渦街信號(hào)如圖6所示。

根據(jù)圖6所示，a1曲線為未加放大器的效果，a2曲線為加放大器之后的效果，可見(jiàn)，增加了前置放大器，有效的增加了信號(hào)比，但是干擾信號(hào)對(duì)渦街信號(hào)的影響還是比較大，雖然能有效的改變輸出波形，但是對(duì)數(shù)據(jù)的直接應(yīng)用還有一定的難處，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行波形整理，提取有效信號(hào)，去除干擾信號(hào)。

圖6 小流量增加前置放大器前后效果

2.2.2 渦街流量計(jì)信號(hào)的小波分解

由于渦街流量計(jì)產(chǎn)生的渦街信號(hào)是在不同流量時(shí)，其產(chǎn)生的渦街頻率也不一樣，是一個(gè)變頻過(guò)程，而小波對(duì)處理此類的變頻信號(hào)有一定的優(yōu)越性，在時(shí)間域和頻率域都具有良好的局部化性質(zhì)，所以我們選取小波來(lái)處理渦街信號(hào)［11-13］。小波變換中有三種小波變換比較常用，分別為連續(xù)小波變換、離散小波變換以及小波變換的快速算法-Mallat算法［13-16］。根據(jù)渦街流量計(jì)的特性，以Mallat算法為基礎(chǔ)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解，找到有效的分解方式尋出有效數(shù)據(jù)。

由于渦街產(chǎn)生的信號(hào)為連續(xù)信號(hào)，所處理的信號(hào)為離散信號(hào)，須將連續(xù)的的時(shí)間離散化。渦街流量計(jì)所產(chǎn)生的連續(xù)信號(hào)為s(t)，采樣進(jìn)行離散化得到A0s(n)。根據(jù)渦街流量計(jì)特性與噪聲信號(hào)的特點(diǎn)，所用到的濾波器均為正交小波濾波器。在此條件下，算法表達(dá)為：

式中：n為離散時(shí)間序列號(hào)，n=0，1，…，N-1；A0s(n)為采樣后的原始信號(hào)；j=1，2，J為層數(shù)，J=log2N；，為時(shí)域中的小波分解濾波器，實(shí)際上是濾波器系數(shù)；Aj為信號(hào)A0s(n)在第j層的近似部分（即低頻部分）的小波系數(shù)；Dj為信號(hào)A0s(n)在第j層的細(xì)節(jié)部分（即高頻部分）的小波系數(shù)。

假定所檢測(cè)的離散信號(hào)A0s(n)為A0，信號(hào)在第2j尺度（第j層）的近似部分，即低頻部分的小波系數(shù)Aj是通過(guò)第2j-1尺度（第j-1層）的近似部分的小波系數(shù)Aj-1與分解濾波器卷積，然后將卷積的結(jié)果隔點(diǎn)采樣得到的；而信號(hào)A0在第2j尺度（第j層）的細(xì)節(jié)部分，即高頻部分的小波系數(shù)Dj是通過(guò)第2j-1尺度（第j-1層）的近似部分的小波系數(shù)Aj-1與分解濾波器卷積，然后將卷積的結(jié)果隔點(diǎn)采樣得到的。通過(guò)式2的分解，在每一尺度2j上（或第j層上），信號(hào)Aj-1被分解為近似部分的小波系數(shù)Aj（在低頻子帶上）和細(xì)節(jié)部分的小波系數(shù)Dj（在高頻子帶上）。以上分解算法可用圖7表示。

圖7 小波分解原理

根據(jù)以上分析，對(duì)獲取的流量計(jì)的信號(hào)進(jìn)行Mallat快速分別，將其進(jìn)行db5小波分解，將數(shù)據(jù)分解五次，其分解后的數(shù)據(jù)有兩部分組成，一部分是細(xì)節(jié)信號(hào)，一部分是近似信號(hào)，其分解后的圖像如圖8、圖9所示。

圖8 小波分解之后的各個(gè)近似信號(hào)

圖9 小波分解后的各個(gè)細(xì)節(jié)信號(hào)

如圖8所示為分解的近似數(shù)據(jù)，可見(jiàn)，a3是比較完整的正弦波，可被系統(tǒng)識(shí)別；a1的雜波比較多，a2有些不光滑，存在奇異波，a4已經(jīng)完全失真，因此最終選取a3作為低頻段的渦街信號(hào)。

圖9中所示為信號(hào)的細(xì)節(jié)部分，也就是信號(hào)的噪音部分，可以理解為去除有效信號(hào)剩余的部分，其中d1為信號(hào)的高頻噪音，原始信號(hào)去除d1就可以得近似信號(hào)a1，d2為頻率比較低的干擾信號(hào)，近似信號(hào)a2的獲得是a1減去d2得到的，其中d3為信號(hào)的低頻噪音，a2減去該噪音得到了比較理想的信號(hào)，d4有些接近原始信號(hào)，所以d1，d2，d3可近似的看為該渦街傳感器的干擾信號(hào)，d4不能做處理，這樣有效信號(hào)減去d1，d2，d3就獲得了最理想的近似信號(hào)a3。有上面分析可知，將渦街信號(hào)做3次分解即可得到理想的信號(hào)。

圖10是原始信號(hào)、增加硬件處理和小波分解后的三種情況對(duì)比圖，a1為開(kāi)始采集的數(shù)據(jù)，a2為加入前置放大器之后增加了信噪比之后的效果圖，a3為將增加信噪比的信號(hào)進(jìn)行小波分解，提取的有效信號(hào)，圖中的第三個(gè)明顯的可知該渦街流量計(jì)產(chǎn)生的渦街信號(hào)的頻率。小波分解后去除無(wú)用的噪音，雖然可以看出其能量減少，但是比原來(lái)的光滑，分辨率更高，波動(dòng)更少。說(shuō)明小波分解在處理渦街流量計(jì)的低頻信號(hào)是可行的。進(jìn)行了大量的低頻段的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)小波分解后所得的近似數(shù)據(jù)中a3的波形是最接近原始波形的，所以最終選取了小波分解后的第三個(gè)波形作為渦街流量計(jì)產(chǎn)生的渦街信號(hào)。將渦街流量計(jì)產(chǎn)生的渦街信號(hào)進(jìn)行處理后，可得到小流量處產(chǎn)生的渦街信號(hào)，為降低了流量下限提供了可行性。

圖10 小波分解后的有效信號(hào)與原信號(hào)對(duì)比

3 先導(dǎo)井應(yīng)用實(shí)驗(yàn)及分析

在下井之前進(jìn)行了渦街流量計(jì)的性能對(duì)比測(cè)試，對(duì)比測(cè)試為三組，原始未處理的、增加前置放大器的、增加前置放大器后通過(guò)小波分解的三組，其測(cè)試結(jié)果如表1所示。測(cè)試的時(shí)候流量從0開(kāi)始，逐次增加流量。從表中可以看出，未經(jīng)處理的渦街流量計(jì)信號(hào)無(wú)法檢測(cè)每天8方以下的流量，其并不是沒(méi)有輸出的頻率，但是其輸出的頻率很不穩(wěn)定，跳變比較大，相對(duì)而言放置前置放大器的渦街流量計(jì)的信號(hào)能檢測(cè)的頻率較低，但是其在5方時(shí)檢測(cè)的信號(hào)不準(zhǔn)，最低檢測(cè)的信號(hào)在每天7方以上比較準(zhǔn)，通過(guò)小波分解后的信號(hào)處理起來(lái)，其識(shí)別的頻率更低，能準(zhǔn)確的識(shí)別每天5方的流量產(chǎn)生的頻率，在高頻段也就是大流量的時(shí)候各個(gè)渦街流量計(jì)的差別不大，因?yàn)槲唇?jīng)處理的渦街信號(hào)在大流量的時(shí)候也是能準(zhǔn)確識(shí)別的。

表1 渦街流量計(jì)的信號(hào)在處理前后的對(duì)比

渦街流量計(jì)的信號(hào)經(jīng)前置放大器以及小波分解后提取有效信號(hào)之后，解決了流量下限過(guò)高的問(wèn)題，其最低能識(shí)別的渦街頻率很低，是原來(lái)識(shí)別頻率的一半，并且準(zhǔn)確的測(cè)量出了各個(gè)層段的流量。

前期驗(yàn)證穩(wěn)定后，該設(shè)備應(yīng)用在一體化分層注水井中并且在松原油田實(shí)施了一口先導(dǎo)井作業(yè)，采集了井下的流量，分別和沒(méi)有進(jìn)行處理的渦街流量計(jì)進(jìn)行了對(duì)比，其對(duì)比如圖所示。

如圖11所示為未處理的流量計(jì)檢測(cè)流量從5 m3/d，7 m3/d，9 m3/d，12m3/d，14 m3/d的變化過(guò)程，可見(jiàn)在5 m3/d，7 m3/d，9 m3/d處根本分辨不出其流量的大小，波動(dòng)較大，圖12為處理后的流量計(jì)在同等情況下檢測(cè)出的流量大小，可以看出，其小流量處是能清楚的分辨出來(lái)的，到12 m3/d以后未處理和處理后的流量計(jì)基本能保持一致，所以處理后的渦街流量計(jì)不但克服了低流量處采集不準(zhǔn)的問(wèn)題而且在大流量時(shí)還能保證采集流量的準(zhǔn)確性。

圖11 未處理之前的渦街流量計(jì)采集的流量

圖12 處理后的渦街流量計(jì)采集的流量

4 結(jié)論

本文針對(duì)渦街流量計(jì)在低流量時(shí)產(chǎn)生的渦街信號(hào)難以測(cè)量的問(wèn)題上開(kāi)展了分析研究設(shè)計(jì)，從流體流經(jīng)渦街發(fā)生體產(chǎn)生的渦街信號(hào)幅值小及干擾大的問(wèn)題上著手，分析了干擾原因，設(shè)計(jì)了首先用硬件手段解決低流量的時(shí)渦街信號(hào)幅值小的問(wèn)題，然后運(yùn)用小波分析法分析了各種噪音，提取有效的渦街信號(hào)。通過(guò)室內(nèi)驗(yàn)證標(biāo)定實(shí)驗(yàn)以及一體化分層注水井的實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)增大信噪比和小波分解處理的渦街流量計(jì)的流量下限大大減小，有效的改善了渦街流量計(jì)低流量測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題，解決了機(jī)電一體化分層注水井中低流量井中流量難測(cè)量的問(wèn)題。

［1］剛振寶，衛(wèi)秀芬.大慶油田機(jī)械分層注水技術(shù)回顧與展望［J］.特種油氣藏，2006，13（5）：4-9.

［2］李明，王治國(guó)，朱蕾，等.橋式偏心分層注水技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2010（10）：66-70.

［3］Amadi-Echendu J E.Analysis of Signals from Vortex Flowmeter.Flowmeter Instrument，1993，4（4）：225-321.

［4］Poremba A，Blischke F.Robust Vortex Flowmeter Based on a Parametric Frequency Estimator［J］.IEEE Transaction Instrumen?tation and Measurement，1992，41（6）：1541-1544.

［5］Kahawita R，Wang P.Numerical Simulation of the Wake Blow Be?hind Trapezoidal Bluff Bodies［J］.Computers and Fluids，2002，31：99-112.

［6］Ghaoud T，Clarke D W.Modeling and Tracking a Vortex Flow-Me?ter Signal［J］.Flow Measurement and Instrument，2002，（13）：103-117.

［7］樊春玲，李志全，唐旭暉，等.一種新型電荷放大器的設(shè)計(jì)與研究［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2000，12（4）：297-302.

［8］陳本華.傳感器電荷放大器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2000，10（2）：20-24.

［9］徐科軍，陳容保，張崇巍.自動(dòng)檢測(cè)和儀表中的共性技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2000：66-67.

［10］Heil C，Walnut D.Continuous and Discrete Wavelet Transform［J］.SIAM Review，1989，，31（3）：628-666.

［11］Mallat S.Multifrequency Channel Decomposition of Images and Wavelet Models［M］.IEEE Trans on Acoustics，Speech，and Sig?nal Processing，1989，37（12）：2091-2110.

［12］王建忠.小波理論及其在物理和工程中的應(yīng)用［J］.數(shù)學(xué)進(jìn)展，1992，21（3）：289-315.

［13］徐科軍，汪安民.渦街質(zhì)量流量計(jì)的一種信號(hào)處理方法［J］.山東大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，34（3A）：221-223.

［14］楊福生.小波變換的工程分析與應(yīng)用四［M］.北京：科學(xué)出版社，1999：134.

［15］James H Vignos.Adaptive Filtering for a Vortex Flowmeter.US Patent 5576497，Nov.19，2002.

［16］Huang S N，Tan K K，Lee T H.Adaptive GPC Control of Melt Temperature in Injection Moulding［J］.ISA Transaction，1999，38：361-373.

賈德利（1989-），2002年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，2004年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲得碩士學(xué)位，2008年于哈爾濱理工大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為哈爾濱理工大學(xué)教授，中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)研究院博士后，主要研究方向?yàn)椴捎凸こ獭⒕部刂萍夹g(shù)和水驅(qū)工藝，jiadeli422@petrochina.com.cn；

于 泳（1990-），男，黑龍江哈爾濱，主要從事自動(dòng)化控制、電力電子、分層注水，傳感器技術(shù)方面的科研工作，552487801@qq.com。

Research on Processing Methods of Vortex Flowmeter Signal Processing in Layered Water Injection Technology*

JIA Deli1，2*，YU Yong1，CHEN Zhao1，ZOU Tianyang1，ZHAO Mingxin3
（1.Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China；2.PetroChina Co Ltd Exploration and Development Research Institute，Beijing 100083，China；3.Production Engineering Research Institute Daqing Oilfield Company Ltd Daqing，Daqing Heilongjiang 163000，China）

In layered Water Injection Technology of integration，the flow rate of each layer must be accurately mea?sured，and its required flowmeter must be placed underground long-term，Comprehensive consideration using the vortex flowmeter as flow rate detecting means In layered Water Injection Technology of integration.But vortex flow?meter susceptible to the noise of Piping vibration and flow field disturbance，And water pipes are more prone to in?terference signal in the process of water injection，especially at low flow is difficult to distinguish the frequency sig?nal generated by the sensor.Based on the characteristics of vortex flowmeter proposed a combination of hardware and Mallat algorithm to deal with the problem of the low frequency unable to distinguish，and carried out the experi?mental verification and field applications.The xperimental results show that using this method can reduce noise ef?fectively and reducing the lower limit of the flowmeter and improves the accuracy.

layered water injection technology of integration；vortex flowmeter；wavelet transform；low frequency

TP393

A

1004-1699(2015)10-1513-07

??7230

10.3969/j.issn.1004-1699.2015.10.017

項(xiàng)目來(lái)源：黑龍江省青年科學(xué)基金項(xiàng)目（QC2011C009）；哈爾濱市青年基金（2014RFQXJ165）；黑龍江省教育廳項(xiàng)目（12541135）

2015-04-07 修改日期：2015-08-14