摘(zhai) 要：在(zai)一體(ti)化分(fen)層注(zhu)水工(gong)藝中(zhong)，每個(ge)層段(duan)的流(liu)量都(dou)✉️要正(zheng)确測(ce)量，而(er)其所(suo)需的(de)流量(liang)計 必(bi)須能(neng)長期(qi)置于(yu)井下(xia)，綜合(he)考慮(lü)選擇(ze)渦街(jie)流量(liang)計 作(zuo)爲智(zhi)能分(fen)層注(zhu)水工(gong)藝中(zhong)的流(liu)量檢(jian)測裝(zhuang)置。但(dan)渦街(jie)流量(liang)計♌易(yi)于受(shou)到管(guan)道震(zhen)動和(he)流場(chang)擾動(dong)引起(qi)的噪(zao)聲幹(gan)擾㊙️，且(qie)注♋水(shui)管道(dao)在㊙️注(zhu)水的(de)過程(cheng)中更(geng)容易(yi)産生(sheng)幹擾(rao)信号(hao)，尤☁️其(qi)在小(xiao)流量(liang)處很(hen)難分(fen)辨出(chu)傳感(gan)器産(chan)生的(de)頻⛱️率(lü)信号(hao)。根據(ju)渦街(jie)流量(liang)計的(de)特點(dian)，提出(chu)一種(zhong)以硬(ying)件和(he)Mallat算法(fa)相結(jie)合，處(chu)理低(di)頻段(duan)無法(fa)分辨(bian)的問(wen)題，并(bing)進行(hang)了試(shi)驗驗(yan)證和(he)現💘場(chang)應用(yong)。實驗(yan)結果(guo)表明(ming)，使用(yong)該🌏種(zhong)方法(fa)，能有(you)效的(de)減少(shao)噪🧡聲(sheng)幹擾(rao)，降低(di)了流(liu)量計(ji)的下(xia)限，提(ti)高了(le)精度(du)。
　　分層(ceng)注水(shui)工藝(yi)目前(qian)具有(you)機電(dian)一體(ti)化特(te)色數(shu)字化(hua)全自(zi)動控(kong)制技(ji)術，但(dan)其技(ji)術壁(bi)壘爲(wei)流量(liang)計的(de)長期(qi)檢測(ce)。在傳(chuan)統工(gong)藝上(shang)🔞測調(diao)🈲儀上(shang)使用(yong)的電(dian)磁流(liu)量計(ji)和超(chao)聲波(bo)流量(liang)計對(dui)長期(qi)置于(yu)井下(xia)進行(hang)單層(ceng)段的(de)注入(ru)流量(liang)檢測(ce)存在(zai)一定(ding)不适(shi)用性(xing)，例如(ru)💘表面(mian)存在(zai)結垢(gou)等将(jiang)使其(qi)失效(xiao)。由于(yu)以上(shang)原因(yin)和須(xu)長時(shi)間放(fang)♻️置井(jing)下及(ji)空間(jian)尺寸(cun)等因(yin)素，一(yi)📱體化(hua)分層(ceng)注水(shui)✉️工藝(yi)中選(xuan)擇了(le)渦街(jie)流量(liang)計，但(dan)🍉渦街(jie)流量(liang)計其(qi)最大(da)的缺(que)點是(shi)量程(cheng)下限(xian)高，當(dang)測量(liang)小流(liu)量的(de)時🧑🏽‍🤝‍🧑🏻候(hou)⭐測量(liang)很不(bu)準确(que)。随着(zhe)油田(tian)進入(ru)特高(gao)含水(shui)期，單(dan)層小(xiao)流量(liang)層段(duan)逐年(nian)增加(jia)，直接(jie)影響(xiang)剩餘(yu)油的(de)挖潛(qian)，其配(pei)⛷️套的(de)單層(ceng)小流(liu)量分(fen)注技(ji)術成(cheng)爲生(sheng)産❤️首(shou)要解(jie)決問(wen)題，這(zhe)也導(dao)❗緻一(yi)體化(hua)分層(ceng)注水(shui)工藝(yi)中流(liu)量下(xia)限成(cheng)爲了(le)一個(ge)重要(yao)指标(biao)。
　　鑒于(yu)此，開(kai)展了(le)一體(ti)化分(fen)層注(zhu)水工(gong)藝單(dan)層流(liu)量檢(jian)測🐉的(de)研🙇🏻究(jiu)工作(zuo)，提出(chu)了信(xin)号的(de)前期(qi)硬件(jian)預處(chu)理和(he)采用(yong)小波(bo)分解(jie)提取(qu)小流(liu)量時(shi)産生(sheng)的渦(wo)街信(xin)号這(zhe)一綜(zong)合方(fang)法。
1 井(jing)下渦(wo)街流(liu)量計(ji)測量(liang)原理(li)及工(gong)程分(fen)析
　　随(sui)着石(shi)油采(cai)油工(gong)藝的(de)發展(zhan)及技(ji)術的(de)進步(bu)，水驅(qu)工藝(yi)已從(cong)籠統(tong)注水(shui)轉變(bian)爲分(fen)層注(zhu)水，現(xian)大規(gui)模使(shi)用的(de)分層(ceng)注水(shui)工藝(yi)爲橋(qiao)式偏(pian)心、同(tong)心高(gao)效測(ce)調兩(liang)大🏃‍♀️主(zhu)體技(ji)術［1-2］，雖(sui)然達(da)到分(fen)❤️層注(zhu)水⚽的(de)目的(de)，但每(mei)次調(diao)配都(dou)需測(ce)調車(che)及現(xian)場作(zuo)業，随(sui)着🈲井(jing)數和(he)層段(duan)數逐(zhu)年增(zeng)加，現(xian)有測(ce)試隊(dui)伍已(yi)不🔴能(neng)滿足(zu)測試(shi)要求(qiu)，導緻(zhi)注🚩水(shui)合格(ge)率下(xia)降，水(shui)驅效(xiao)果差(cha)。爲解(jie)決這(zhe)一問(wen)題♌，油(you)田采(cai)用預(yu)置電(dian)纜或(huo)存儲(chu)的方(fang)式，每(mei)層✊段(duan)配備(bei)一體(ti)化配(pei)水器(qi)，内置(zhi)流量(liang)計、壓(ya)力計(ji)和調(diao)節總(zong)成，直(zhi)接獲(huo)取每(mei)一層(ceng)段的(de)流量(liang)和壓(ya)力，利(li)用⛱️流(liu)量檢(jian)測值(zhi)調節(jie)注🈚水(shui)閥的(de)開度(du)，實現(xian)流量(liang)閉環(huan)控制(zhi)，達到(dao)配注(zhu)的要(yao)求🆚。以(yi)預置(zhi)電纜(lan)🐪注水(shui)工藝(yi)爲例(li)，其工(gong)藝管(guan)柱如(ru)圖 1 所(suo)示✨。每(mei)一層(ceng)段用(yong)過電(dian)纜可(ke)洗井(jing)封🐉隔(ge)器隔(ge)開，達(da)到分(fen)層的(de)目的(de)，注入(ru)層段(duan)長期(qi)放置(zhi)一體(ti)化配(pei)水器(qi)，與油(you)管連(lian)接，通(tong)過調(diao)節注(zhu)水閥(fa)的開(kai)度來(lai)配注(zhu)該層(ceng)段的(de)注入(ru)流量(liang)和壓(ya)力，單(dan)層✔️段(duan)采用(yong)渦街(jie)流量(liang)計實(shi)現流(liu)量✏️注(zhu)入的(de)檢測(ce)🔴。但由(you)于渦(wo)街流(liu)量計(ji)探頭(tou)受井(jing)下流(liu)體的(de)噪聲(sheng)、注水(shui)閥截(jie)流壓(ya)差大(da)導✉️緻(zhi)穩流(liu)場性(xing)能差(cha)等影(ying)響，在(zai)小流(liu)量檢(jian)測時(shi)很難(nan)采集(ji)到準(zhun)🐆确的(de)渦街(jie)信号(hao)，因此(ci)渦街(jie)流量(liang)計的(de)下限(xian)很高(gao)，難以(yi)滿足(zu)小流(liu)量注(zhu)水井(jing)檢測(ce)的生(sheng)産要(yao)求。

　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)是利(li)用流(liu)體力(li)學中(zhong)著名(ming)的卡(ka)門渦(wo)街原(yuan)理，即(ji)🚩在流(liu)動的(de)流體(ti)中，垂(chui)直于(yu)流體(ti)流向(xiang)安放(fang)一根(gen)非流(liu)線✊型(xing)旋渦(wo)發生(sheng)體，随(sui)着流(liu)體流(liu)動，當(dang)管道(dao)雷諾(nuo)數達(da)到一(yi)定值(zhi)時，在(zai)發生(sheng)體兩(liang)側就(jiu)會交(jiao)替地(di)分離(li)出卡(ka)門渦(wo)街，旋(xuan)渦頻(pin)率和(he)流速(su)成線(xian)性關(guan)系，流(liu)量⛱️測(ce)量的(de)關鍵(jian)在于(yu)測定(ding)渦街(jie)流量(liang)信号(hao)的頻(pin)率，渦(wo)街🥰流(liu)量計(ji)就是(shi)基✏️于(yu)“卡門(men)渦街(jie)”原理(li)而研(yan)制的(de)新☎️一(yi)代流(liu)量測(ce)量儀(yi)表。
　　依(yi)據卡(ka)曼的(de)研究(jiu)，渦街(jie)列多(duo)數是(shi)不穩(wen)定的(de)，隻有(you)形成(cheng)相互(hu)交🤟替(ti)的内(nei)旋的(de)兩排(pai)渦列(lie)，且渦(wo)列寬(kuan)度 h與(yu)同列(lie)相鄰(lin)的兩(liang)旋渦(wo)的間(jian)距 l 之(zhi)比滿(man)足 h l = 0.281（對(dui)圓柱(zhu)形旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)）時，渦(wo)街列(lie)才穩(wen)定［3-4］。設(she)旋渦(wo)的發(fa)生頻(pin)率爲(wei) f ，被測(ce)流體(ti)的平(ping)均流(liu)速🔴爲(wei) U ，旋渦(wo)發生(sheng)體迎(ying)面寬(kuan)度爲(wei) d ，表體(ti)通徑(jing)爲 D ，根(gen)👄據卡(ka)曼渦(wo)街原(yuan)理，有(you)如下(xia)🌈關系(xi)式：

　　式(shi)中：U1爲(wei)旋渦(wo)發生(sheng)體兩(liang)側平(ping)均流(liu)速，單(dan)位是(shi) m/s，Sr 爲斯(si)特❌勞(lao)哈爾(er)📱數；m 爲(wei)旋渦(wo)發生(sheng)體兩(liang)側弓(gong)形面(mian)積與(yu)管道(dao)橫截(jie)面面(mian)積之(zhi)比。

式(shi)中：K —流(liu)量計(ji)的儀(yi)表系(xi)數，脈(mo)沖數(shu)/m3。
　　K 除與(yu)旋渦(wo)發生(sheng)體、管(guan)道的(de)幾何(he)尺寸(cun)有關(guan)外，還(hai)有斯(si)💰特勞(lao)🥵哈😍爾(er)數有(you)關。斯(si)特勞(lao)哈爾(er)數爲(wei)無綱(gang)參數(shu)，它與(yu)旋渦(wo)發生(sheng)體形(xing)狀及(ji)雷諾(nuo)數有(you)關。

　　圖(tu) 2 所示(shi)爲渦(wo)街流(liu)量計(ji)的實(shi)物圖(tu)，虛線(xian)爲流(liu)道及(ji)方向(xiang)。根㊙️據(ju)經驗(yan)設計(ji)的液(ye)體通(tong)道直(zhi)徑爲(wei) 15 mm，其穩(wen)流場(chang)的📱長(zhang)度爲(wei) 150 mm，其原(yuan)始量(liang)程範(fan)圍爲(wei) 10m3/d~100 m3/d。圖 3 所(suo)示爲(wei)渦街(jie)流量(liang)計的(de)剖面(mian)圖，由(you)渦㊙️街(jie)發生(sheng)體、渦(wo)街列(lie)檢測(ce)傳感(gan)器、鋼(gang)體構(gou)成，當(dang)流體(ti)流經(jing)渦🧑🏾‍🤝‍🧑🏼街(jie)發生(sheng)體之(zhi)後産(chan)生渦(wo)街列(lie)，渦街(jie)傳感(gan)器會(hui)将此(ci)渦街(jie)列轉(zhuan)化成(cheng)電信(xin)号用(yong)于之(zhi)後的(de)處理(li)。

2 渦街(jie)流量(liang)計信(xin)号的(de)分析(xi)與處(chu)理
　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)具有(you)穩定(ding)性好(hao)、體積(ji)小、功(gong)耗小(xiao)、溫度(du)漂移(yi)小等(deng)優🥵點(dian)，但受(shou)檢測(ce)探頭(tou)制作(zuo)工藝(yi)空間(jian)尺寸(cun)的限(xian)制，流(liu)道内(nei)徑目(mu)前隻(zhi)能☀️做(zuo)到 15 mm，在(zai)低于(yu) 10m3/d 小流(liu)量情(qing)況🌂下(xia)，存在(zai)👅低流(liu)速産(chan)生的(de)渦街(jie)信🔴号(hao)難以(yi)分析(xi)的問(wen)題，影(ying)響其(qi)在油(you)田注(zhu)水井(jing)中适(shi)用範(fan)圍。爲(wei)進一(yi)步擴(kuo)大流(liu)量下(xia)線的(de)檢查(cha)範圍(wei)，從硬(ying)件電(dian)路采(cai)集和(he)數據(ju)處🈲理(li)兩個(ge)方面(mian)🈲提出(chu)了一(yi)種解(jie)決渦(wo)街信(xin)号低(di)頻段(duan)難以(yi)分辨(bian)的方(fang)法。
2.1 渦(wo)街流(liu)量計(ji)輸出(chu)信号(hao)分析(xi)
　　渦街(jie)流量(liang)計采(cai)用壓(ya)電應(ying)力式(shi)傳感(gan)器，流(liu)體經(jing)渦街(jie)發生(sheng)體後(hou)所産(chan)生的(de)渦街(jie)信号(hao)理論(lun)上爲(wei)純正(zheng)的正(zheng)餘弦(xian)✂️信号(hao)，但實(shi)際中(zhong)🔞由于(yu)♊受到(dao)管壁(bi)震動(dong)、電磁(ci)幹擾(rao)🌐、白噪(zao)聲的(de)影響(xiang)，其信(xin)号💘爲(wei)複合(he)信号(hao)。根據(ju)實際(ji)情況(kuang)及理(li)論分(fen)📧析，用(yong)下面(mian)的式(shi)子表(biao)達渦(wo)街傳(chuan)📧感器(qi)的輸(shu)出信(xin)号模(mo)型［5-6］：

　　該(gai)幹擾(rao)噪聲(sheng)主要(yao)由震(zhen)動的(de)幹擾(rao)信号(hao)産生(sheng)，如井(jing)下電(dian)機的(de)震動(dong)、注水(shui)井管(guan)壁的(de)震動(dong)引起(qi)的震(zhen)動噪(zao)音傳(chuan)到傳(chuan)感器(qi)上，也(ye)有一(yi)部分(fen)爲電(dian)磁幹(gan)擾，但(dan)由于(yu)在井(jing)下，電(dian)磁幹(gan)擾部(bu)分相(xiang)🚶‍♀️對來(lai)說較(jiao)少。
　　fai和(he) fbj中還(hai)包含(han)了一(yi)些不(bu)規則(ze)的随(sui)機噪(zao)聲的(de)各個(ge)諧🔞波(bo)分量(liang)，這種(zhong)噪音(yin)有環(huan)境引(yin)起，頻(pin)率和(he)幅值(zhi)都無(wu)一💘定(ding)的規(gui)律，有(you)很大(da)的随(sui)機性(xing)。圖 4 爲(wei)渦街(jie)流量(liang)計采(cai)集到(dao)的實(shi)際數(shu)據😍。

　　圖(tu) 4 中爲(wei)采集(ji)渦街(jie)信号(hao)的真(zhen)實值(zhi)，首先(xian)在無(wu)流量(liang)下采(cai)集🈚一(yi)組白(bai)噪聲(sheng)a1，可看(kan)到其(qi)有一(yi)定的(de)噪聲(sheng)幹擾(rao)，圖4中(zhong)的a2曲(qu)線爲(wei)在小(xiao)流量(liang)的時(shi)候産(chan)生的(de)信号(hao)，雖然(ran)能看(kan)出一(yi)定的(de)波動(dong)，但是(shi)無法(fa)進行(hang)分辨(bian)🤩，監測(ce)出有(you)效頻(pin)率（對(dui)應流(liu)量爲(wei) 6 m3/d），圖 4 中(zhong)的 a3 曲(qu)線爲(wei)大流(liu)量👄的(de)時候(hou)産生(sheng)的渦(wo)街信(xin)号（測(ce)試的(de)流量(liang)爲18m3/d），可(ke)清晰(xi)🏃🏻的分(fen)辨出(chu)該渦(wo)街信(xin)号，其(qi)🌈産生(sheng)的渦(wo)街頻(pin)率🏃🏻‍♂️大(da)緻爲(wei)1 500 Hz。
　　由上(shang)可知(zhi)，該渦(wo)街流(liu)量計(ji)在測(ce)量大(da)流量(liang)的時(shi)候可(ke)準确(que)的測(ce)量，但(dan)其測(ce)量小(xiao)流量(liang)的時(shi)候由(you)于産(chan)生的(de)渦街(jie)信号(hao)幅值(zhi)較小(xiao)👌和受(shou)到幹(gan)擾噪(zao)聲的(de)影響(xiang)無法(fa)測量(liang)出真(zhen)實值(zhi)。
2.2 渦街(jie)流量(liang)計的(de)信号(hao)處理(li)
　　由上(shang)面的(de)分析(xi)可知(zhi)流體(ti)在大(da)流量(liang)的時(shi)候，該(gai)流量(liang)計可(ke)準确(que)的測(ce)量也(ye)就是(shi)能檢(jian)測出(chu)可分(fen)辨的(de)渦街(jie)信号(hao)（也就(jiu)是輸(shu)出的(de)高頻(pin)信号(hao)），無需(xu)對該(gai)段進(jin)行處(chu)理。在(zai)試驗(yan)中流(liu)量在(zai) 10 m3/d 以上(shang)時即(ji)産生(sheng)的頻(pin)率爲(wei)760 Hz以上(shang)👅的時(shi)候，可(ke)準确(que)的測(ce)量出(chu)流量(liang)❄️。但是(shi)當流(liu)體的(de)流量(liang)在 10 m3/d 以(yi)下即(ji)産生(sheng)的頻(pin)率在(zai) 760Hz 以下(xia)的時(shi)候，無(wu)法進(jin)行分(fen)辨，需(xu)對低(di)頻段(duan)👌的信(xin)号進(jin)行處(chu)理。由(you)于流(liu)體在(zai)小流(liu)量時(shi)其産(chan)生的(de)渦街(jie)幅值(zhi)較小(xiao)和噪(zao)聲影(ying)響較(jiao)大，分(fen)兩㊙️個(ge)方面(mian)進行(hang)處理(li)🍓，一個(ge)是根(gen)據渦(wo)街幅(fu)值較(jiao)小的(de)方面(mian)進行(hang)🔅處理(li)，另一(yi)個從(cong)噪聲(sheng)影響(xiang)方面(mian)進行(hang)處理(li)。
2.2.1 低頻(pin)段渦(wo)街流(liu)量計(ji)的信(xin)号放(fang)大
　　低(di)頻段(duan)産生(sheng)的信(xin)号無(wu)法進(jin)行分(fen)辨的(de)一個(ge)重要(yao)原因(yin)就是(shi)其信(xin)噪比(bi)比較(jiao)小，即(ji)渦街(jie)産生(sheng)的幅(fu)值和(he)噪聲(sheng)信号(hao)産🏒生(sheng)的幅(fu)值比(bi)較接(jie)近，無(wu)法進(jin)行識(shi)别，采(cai)用硬(ying)件手(shou)段将(jiang)渦❗街(jie)流量(liang)🐕計産(chan)生的(de)信号(hao)進行(hang)放大(da)，增加(jia)信号(hao)的信(xin)噪比(bi)，在信(xin)号檢(jian)測環(huan)節設(she)計一(yi)個前(qian)置📧放(fang)大電(dian)路。
　　由(you)于壓(ya)電晶(jing)式傳(chuan)感器(qi)的輸(shu)出阻(zu)抗比(bi)較高(gao)，因此(ci)放大(da)器的(de)設㊙️計(ji)也比(bi)較特(te)殊，須(xu)設計(ji)專用(yong)的前(qian)置放(fang)大器(qi)，才能(neng)較理(li)想🚩的(de)将🏃🏻‍♂️輸(shu)入的(de)電荷(he)量轉(zhuan)化成(cheng)電壓(ya)量🛀🏻［7-10］。圖(tu)5爲渦(wo)街傳(chuan)感器(qi)的放(fang)大等(deng)效🏃🏻‍♂️電(dian)路，其(qi)❤️自身(shen)有一(yi)個🈲很(hen)大的(de)電阻(zu)（幾十(shi)兆歐(ou)級），輸(shu)出的(de)能量(liang)很小(xiao)，設計(ji)放✂️大(da)檢測(ce)器，将(jiang)㊙️輸出(chu)的弱(ruo)信号(hao)放大(da)，同時(shi)将檢(jian)出器(qi)的高(gao)阻抗(kang)輸出(chu)變🈲換(huan)爲低(di)阻抗(kang)輸出(chu)。

　　圖5中(zhong)Ca爲等(deng)效壓(ya)電傳(chuan)感器(qi)的靜(jing)态電(dian)容；Ra爲(wei)等效(xiao)壓電(dian)傳✌️感(gan)器的(de)絕緣(yuan)電阻(zu)；C1、C2 爲放(fang)大電(dian)路的(de)輸入(ru)電容(rong)；C3、C4 放大(da)電路(lu)📞的反(fan)饋電(dian)容；R1 爲(wei)🌏放大(da)電路(lu)的反(fan)饋電(dian)阻；R1 爲(wei)匹配(pei)☀️電阻(zu)，爲了(le)與傳(chuan)感器(qi)的阻(zu)抗匹(pi)❗配，一(yi)般爲(wei) 10~20 MΩ；R2 與 R3 爲(wei)電荷(he)放大(da)器的(de)直流(liu)反饋(kui)✉️電阻(zu)，一般(ban)爲兆(zhao)歐級(ji)，起到(dao)穩定(ding)🏃🏻放大(da)器直(zhi)流工(gong)作點(dian)的作(zuo)用；由(you)于是(shi)兩路(lu)信号(hao)輸入(ru)，此時(shi)電荷(he)放器(qi)也有(you)差分(fen)放大(da)的作(zuo)用，輸(shu)出爲(wei)兩輸(shu)☎️入電(dian)荷信(xin)号的(de)差🔞分(fen)電壓(ya)值。

的(de)截止(zhi)頻率(lü)（-3 d B），信号(hao)将大(da)幅衰(shuai)減。綜(zong)上所(suo)述，CF和(he) RF的選(xuan)擇☔要(yao)兼顧(gu)🙇‍♀️信号(hao)放大(da)倍數(shu)和當(dang)前信(xin)号頻(pin)帶的(de)要求(qiu)。
　　根據(ju)上面(mian)選取(qu)的放(fang)大器(qi)，根據(ju)所用(yong)的流(liu)量計(ji)的口(kou)徑選(xuan)取合(he)适🔞的(de)電容(rong)和電(dian)阻，在(zai)小流(liu)量處(chu)得到(dao)的渦(wo)街信(xin)号如(ru)圖6所(suo)🌈示。
根(gen)據圖(tu)6所示(shi)，a1曲線(xian)爲未(wei)加放(fang)大器(qi)的效(xiao)果，a2曲(qu)線爲(wei)加放(fang)大器(qi)🥰之後(hou)的效(xiao)果，可(ke)見，增(zeng)加了(le)前置(zhi)放大(da)器，有(you)效📱的(de)增加(jia)了🍉信(xin)号比(bi)，但🍉是(shi)幹擾(rao)信号(hao)對渦(wo)街信(xin)号的(de)影響(xiang)還是(shi)比較(jiao)大，雖(sui)然能(neng)⭕有效(xiao)的😘改(gai)變輸(shu)出波(bo)形，但(dan)是對(dui)數據(ju)的直(zhi)接應(ying)用還(hai)有一(yi)定🏒的(de)難處(chu)，對采(cai)集的(de)數💃據(ju)進行(hang)波形(xing)🈲整理(li)，提取(qu)有效(xiao)信号(hao)，去除(chu)🌍幹擾(rao)信号(hao)。

2.2.2 渦街(jie)流量(liang)計信(xin)号的(de)小波(bo)分解(jie)
　　由于(yu)渦街(jie)流量(liang)計産(chan)生的(de)渦街(jie)信号(hao)是在(zai)不同(tong)流量(liang)時，其(qi)産生(sheng)⚽的渦(wo)街頻(pin)率也(ye)不一(yi)樣，是(shi)一個(ge)變頻(pin)過程(cheng)，而小(xiao)波對(dui)處理(li)此類(lei)的變(bian)頻信(xin)号有(you)一定(ding)的優(you)越性(xing)👄，在時(shi)間域(yu)和頻(pin)率域(yu)都具(ju)有良(liang)好的(de)局🔞部(bu)化性(xing)質，所(suo)✏️以選(xuan)取小(xiao)✔️波來(lai)處理(li)渦街(jie)信号(hao)［11-27］。小波(bo)變換(huan)中有(you)三種(zhong)🤞小波(bo)變換(huan)比較(jiao)常用(yong)，分别(bie)爲連(lian)續小(xiao)波變(bian)換、離(li)散小(xiao)波變(bian)換以(yi)及小(xiao)波變(bian)換的(de)快速(su)算法(fa)-Mallat 算法(fa)［13-16］。根據(ju)渦街(jie)流量(liang)計的(de)特性(xing)，以 Mallat 算(suan)法爲(wei)🔴基礎(chu)對信(xin)号進(jin)行分(fen)解，找(zhao)🚶‍♀️到有(you)效的(de)分解(jie)方式(shi)🙇‍♀️尋出(chu)有效(xiao)數據(ju)。
　　由于(yu)渦街(jie)産生(sheng)的信(xin)号爲(wei)連續(xu)信号(hao)，所處(chu)理的(de)信号(hao)爲離(li)散信(xin)号🚶，須(xu)将連(lian)續的(de)的時(shi)間離(li)散化(hua)。渦街(jie)流量(liang)計所(suo)産生(sheng)的連(lian)續信(xin)🔞号爲(wei)🌈 s(t) ，采樣(yang)進行(hang)離散(san)化得(de)到 A0s(n) 。根(gen)據渦(wo)街流(liu)量計(ji)特性(xing)與噪(zao)聲信(xin)号的(de)特點(dian)，所用(yong)到的(de)濾波(bo)器均(jun)⛹🏻‍♀️爲正(zheng)交小(xiao)波濾(lü)波器(qi)🏃‍♂️。在此(ci)條件(jian)下，算(suan)法表(biao)達爲(wei)：

　　爲采(cai)樣後(hou)的原(yuan)始信(xin)号；j=1，2，J 爲(wei)層數(shu)，J = log2N ；h?，g?爲時(shi)域中(zhong)的小(xiao)波分(fen)解濾(lü)波器(qi)，實際(ji)上是(shi)濾波(bo)器系(xi)數；Aj爲(wei)信号(hao) A0s(n) 在第(di)j層的(de)近似(si)部分(fen)（即低(di)頻部(bu)分）的(de)小波(bo)系數(shu)；Dj爲信(xin)号 A0s(n) 在(zai)第j層(ceng)的細(xi)節部(bu)分（即(ji)高頻(pin)部分(fen)）的小(xiao)波系(xi)數。
　　假(jia)定所(suo)檢測(ce)的離(li)散信(xin)号 A0s(n) 爲(wei) A0，信号(hao)在第(di)2j尺度(du)（第j層(ceng)）的🌐近(jin)似部(bu)分，即(ji)低頻(pin)部分(fen)的小(xiao)波系(xi)數Aj是(shi)通過(guo)第 2j - 1尺(chi)度（第(di) j-1 層）的(de)近似(si)部分(fen)的👄小(xiao)波系(xi)數 Aj - 1與(yu)分解(jie)濾波(bo)器 h?卷(juan)積，然(ran)後将(jiang)卷積(ji)的結(jie)果隔(ge)點采(cai)樣✌️得(de)到的(de)；而信(xin)号 A0在(zai)第 2j尺(chi)度（第(di)j層🐉）的(de)細節(jie)部分(fen)，即高(gao)頻部(bu)分的(de)小㊙️波(bo)系數(shu) Dj是通(tong)過第(di) 2j - 1尺度(du)（第j-1層(ceng)）的近(jin)似部(bu)分的(de)小波(bo)✨系數(shu) Aj - 1與分(fen)解濾(lü)波器(qi) g?卷積(ji)，然後(hou)将卷(juan)積的(de)結果(guo)隔點(dian)采樣(yang)得到(dao)的。通(tong)過式(shi) 2 的分(fen)解，在(zai)每一(yi)尺度(du) 2j上（或(huo)第 j 層(ceng)上），信(xin)号 Aj - 1被(bei)分解(jie)爲近(jin)似部(bu)分的(de)小🌈波(bo)系數(shu) Aj（在低(di)頻子(zi)帶上(shang)）和細(xi)節部(bu)分的(de)小波(bo)系數(shu) Dj（在高(gao)頻子(zi)帶上(shang)）。以上(shang)分解(jie)算法(fa)可✍️用(yong)圖7表(biao)示。

　　根(gen)據以(yi)上分(fen)析，對(dui)獲取(qu)的流(liu)量計(ji)的信(xin)号進(jin)行Mallat 快(kuai)速分(fen)别，将(jiang)其進(jin)行 db5 小(xiao)波分(fen)解，将(jiang)數據(ju)分解(jie)五次(ci)，其分(fen)解後(hou)的數(shu)據✏️有(you)兩部(bu)分組(zu)成🏃，一(yi)部分(fen)是細(xi)節信(xin)号，一(yi)部分(fen)是近(jin)似信(xin)号，其(qi)分解(jie)後的(de)圖📞像(xiang)如圖(tu)8、圖9所(suo)示。

　　如(ru)圖8所(suo)示爲(wei)分解(jie)的近(jin)似數(shu)據，可(ke)見，a3是(shi)比較(jiao)完整(zheng)的正(zheng)弦波(bo)🐅，可被(bei)🔞系統(tong)識别(bie)；a1的雜(za)波比(bi)較多(duo)，a2有些(xie)不光(guang)滑，存(cun)在⛱️奇(qi)異波(bo)，a4已經(jing)完全(quan)失真(zhen)，因此(ci)最終(zhong)選取(qu)a3作爲(wei)低頻(pin)段的(de)渦街(jie)信号(hao)。
　　圖 9 中(zhong)所示(shi)爲信(xin)号的(de)細節(jie)部分(fen)，也就(jiu)是信(xin)号的(de)噪音(yin)部㊙️分(fen)，可以(yi)理解(jie)爲去(qu)除有(you)效信(xin)号剩(sheng)餘的(de)部分(fen)，其中(zhong) d1 爲信(xin)号的(de)💚高頻(pin)噪音(yin)，原始(shi)信号(hao)去除(chu) d1 就可(ke)以得(de)近似(si)信号(hao) a1，d2 爲頻(pin)率比(bi)較低(di)的💞幹(gan)擾信(xin)号，近(jin)似信(xin)号 a2 的(de)獲得(de)是 a1 減(jian)去 d2 得(de)到的(de)，其中(zhong) d3 爲信(xin)号的(de)⛱️低頻(pin)噪音(yin)，a2減去(qu)該噪(zao)💃🏻音得(de)到了(le)比🐉較(jiao)理想(xiang)的信(xin)🚩号，d4 有(you)些接(jie)近原(yuan)始信(xin)号，所(suo)以 d1，d2，d3 可(ke)近似(si)的看(kan)爲該(gai)渦街(jie)傳感(gan)器的(de)幹擾(rao)信号(hao)，d4 不能(neng)🍓做處(chu)理，這(zhe)樣有(you)效信(xin)号減(jian)去 d1，d2，d3 就(jiu)獲得(de)了最(zui)理想(xiang)的近(jin)似信(xin)号 a3。有(you)上面(mian)分析(xi)可知(zhi)，将渦(wo)街信(xin)号做(zuo) 3 次分(fen)解即(ji)可得(de)到理(li)想的(de)信号(hao)。

　　圖10是(shi)原始(shi)信号(hao)、增加(jia)硬件(jian)處理(li)和小(xiao)波分(fen)解後(hou)的三(san)種情(qing)🔞況對(dui)比圖(tu)，a1爲開(kai)始采(cai)集的(de)數據(ju)，a2爲加(jia)入前(qian)置放(fang)♉大器(qi)之後(hou)增加(jia)了信(xin)噪比(bi)🈲之後(hou)的效(xiao)果圖(tu)，a3爲将(jiang)增加(jia)信噪(zao)比的(de)信号(hao)進行(hang)小波(bo)分解(jie)，提取(qu)的有(you)效信(xin)号，圖(tu)中的(de)第三(san)個明(ming)顯的(de)可知(zhi)該渦(wo)街流(liu)量計(ji)産生(sheng)的渦(wo)街信(xin)号的(de)頻☁️率(lü)。小波(bo)分解(jie)🚶‍♀️後去(qu)除無(wu)用📧的(de)噪音(yin)，雖然(ran)可以(yi)看出(chu)其能(neng)量減(jian)少，但(dan)是比(bi)原來(lai)的光(guang)滑，分(fen)辨率(lü)🍉更高(gao)，波動(dong)⁉️更少(shao)。說明(ming)小波(bo)😄分解(jie)在處(chu)理渦(wo)街流(liu)量計(ji)的低(di)頻信(xin)号是(shi)可行(hang)的。進(jin)行了(le)大量(liang)的🤞低(di)頻段(duan)的數(shu)據分(fen)析，發(fa)現小(xiao)波分(fen)解🏃🏻‍♂️後(hou)所得(de)的近(jin)似數(shu)據中(zhong)a3的波(bo)🛀🏻形是(shi)最接(jie)近原(yuan)始波(bo)形的(de)，所以(yi)最終(zhong)選取(qu)💘了小(xiao)波分(fen)解後(hou)的第(di)三👄個(ge)波形(xing)作爲(wei)渦街(jie)流量(liang)計産(chan)生的(de)渦街(jie)信号(hao)。将渦(wo)街流(liu)量計(ji)産生(sheng)的渦(wo)💁街信(xin)号進(jin)行處(chu)理後(hou)，可得(de)到小(xiao)流量(liang)處産(chan)生的(de)渦街(jie)信号(hao)，爲降(jiang)低了(le)流量(liang)下限(xian)提供(gong)了可(ke)行性(xing)。
3 先導(dao)井應(ying)用實(shi)驗及(ji)分析(xi)
　　在下(xia)井之(zhi)前進(jin)行了(le)渦街(jie)流量(liang)計的(de)性能(neng)對比(bi)測試(shi)，對比(bi)測試(shi)爲三(san)組，原(yuan)始未(wei)處理(li)的、增(zeng)加前(qian)置放(fang)大器(qi)的、增(zeng)加前(qian)置放(fang)大器(qi)後通(tong)🔅過小(xiao)波分(fen)解的(de)三組(zu)，其測(ce)試結(jie)果如(ru)表 1 所(suo)示。測(ce)試的(de)時候(hou)❌流量(liang)從💰 0 開(kai)始，逐(zhu)次增(zeng)🔞加流(liu)量。從(cong)表中(zhong)可以(yi)♌看出(chu)，未經(jing)處理(li)的渦(wo)❓街流(liu)量計(ji)信号(hao)無法(fa)檢測(ce)每天(tian) 8 方以(yi)下的(de)流量(liang)，其并(bing)不是(shi)沒有(you)💁輸出(chu)的頻(pin)率，但(dan)是其(qi)輸出(chu)的頻(pin)率很(hen)不穩(wen)定，跳(tiao)變比(bi)較大(da)，相對(dui)而言(yan)放置(zhi)前置(zhi)放大(da)器的(de)🛀渦街(jie)流量(liang)計的(de)信号(hao)能檢(jian)測的(de)頻率(lü)較低(di)，但是(shi)其在(zai) 5 方💃🏻時(shi)檢測(ce)的信(xin)💚号不(bu)準，最(zui)低檢(jian)測的(de)信号(hao)在每(mei)天 7 方(fang)以上(shang)比較(jiao)準，通(tong)過小(xiao)波分(fen)解後(hou)的信(xin)号處(chu)理起(qi)來，其(qi)識别(bie)的頻(pin)率更(geng)👈低，能(neng)準确(que)的識(shi)别每(mei)天5方(fang)的流(liu)量産(chan)生的(de)頻率(lü)，在高(gao)🐇頻段(duan)也就(jiu)是大(da)流量(liang)的時(shi)候各(ge)個渦(wo)街流(liu)量計(ji)的差(cha)别不(bu)大，因(yin)爲未(wei)經處(chu)理的(de)渦街(jie)信🌈号(hao)在大(da)流量(liang)的時(shi)🔴候也(ye)是能(neng)準确(que)識别(bie)✨的。

　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)的信(xin)号經(jing)前置(zhi)放大(da)器以(yi)及小(xiao)波分(fen)解後(hou)提取(qu)👌有效(xiao)信号(hao)之後(hou)，解決(jue)了流(liu)量下(xia)限過(guo)高的(de)問題(ti)，其最(zui)低❌能(neng)識别(bie)的渦(wo)街頻(pin)率很(hen)低，是(shi)原來(lai)識别(bie)頻率(lü)的一(yi)🐇半，并(bing)且準(zhun)确的(de)測量(liang)出了(le)各個(ge)層段(duan)的流(liu)量。
前(qian)期驗(yan)證穩(wen)定後(hou)，該設(she)備應(ying)用在(zai)一體(ti)化分(fen)層注(zhu)水井(jing)中并(bing)㊙️且在(zai)松原(yuan)油田(tian)實施(shi)了一(yi)口先(xian)導井(jing)作業(ye)，采💰集(ji)了井(jing)下的(de)流量(liang)，分别(bie)和沒(mei)有進(jin)行處(chu)理的(de)渦街(jie)流👈量(liang)計進(jin)行了(le)對比(bi)，其對(dui)比如(ru)圖所(suo)示。
　　如(ru)圖 11 所(suo)示爲(wei)未處(chu)理的(de)流量(liang)計檢(jian)測流(liu)量從(cong)5 m3/d，7 m3/d，9 m3/d，12m3/d，14 m3/d的變(bian)化過(guo)程，可(ke)見在(zai)5 m3/d，7 m3/d，9 m3/d處根(gen)本分(fen)辨不(bu)出其(qi)流量(liang)的大(da)小，波(bo)動較(jiao)大，圖(tu) 12 爲💁處(chu)理後(hou)的流(liu)量計(ji)在同(tong)等情(qing)況下(xia)檢測(ce)出❌的(de)流量(liang)🐇大小(xiao)，可以(yi)看出(chu)，其小(xiao)流量(liang)處是(shi)能清(qing)楚的(de)分辨(bian)出來(lai)的，到(dao)12 m3/d以後(hou)未🤩處(chu)理和(he)處❗理(li)後的(de)流量(liang)計基(ji)本能(neng)保持(chi)一緻(zhi)，所以(yi)處理(li)後的(de)渦街(jie)流量(liang)計不(bu)但克(ke)服了(le)低流(liu)量處(chu)采集(ji)不準(zhun)的問(wen)題而(er)且在(zai)大流(liu)量時(shi)還能(neng)保證(zheng)采集(ji)流量(liang)的準(zhun)确🔴性(xing)。

4 結論(lun)
　　針對(dui)渦街(jie)流量(liang)計在(zai)低流(liu)量時(shi)産生(sheng)的渦(wo)街信(xin)号難(nan)以測(ce)量的(de)問題(ti)上開(kai)展了(le)分析(xi)研究(jiu)設計(ji)，從流(liu)體流(liu)經渦(wo)街發(fa)生體(ti)産生(sheng)的渦(wo)街信(xin)号幅(fu)值小(xiao)及幹(gan)擾大(da)的問(wen)題💃🏻上(shang)着手(shou)，分析(xi)了幹(gan)擾原(yuan)因，設(she)計了(le)首先(xian)用硬(ying)件手(shou)段解(jie)決低(di)流量(liang)的時(shi)渦街(jie)信号(hao)幅值(zhi)小的(de)問題(ti)，然後(hou)運用(yong)小波(bo)分析(xi)法分(fen)🔞析了(le)各種(zhong)噪音(yin)，提取(qu)有效(xiao)☎️的渦(wo)街信(xin)号。經(jing)增大(da)信噪(zao)比和(he)小波(bo)分解(jie)處理(li)的渦(wo)街流(liu)量計(ji)的流(liu)量下(xia)限大(da)大減(jian)小，有(you)效的(de)改善(shan)了渦(wo)街流(liu)量計(ji)低流(liu)量測(ce)不準(zhun)的問(wen)題，解(jie)決了(le)機電(dian)一體(ti)化分(fen)層注(zhu)水井(jing)中低(di)流量(liang)井中(zhong)流量(liang)難測(ce)量的(de)問題(ti)。

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