基于电磁式声波的环空声速和环空液面计算方法

1.一种基于电磁式声波的环空声速和环空液面计算方法，其特征在于：通过电磁式声波发射器向环空发射调频声波，通过发射的调频声波获取接箍回波，通过两相邻接箍回波时间差及两相邻接箍间距计算环空声速；当液面较低不能用接箍波判断环空声速时，则采用温度传感器采集到的温度计算环空声速；所述方法包括如下步骤：a、发射调制声波并采集回波信号：向环空发射调制声波，并采集接箍回波和液面回波数据，得到采样信号；b、滤波处理：将采样信号通过滤波处理后获得滤波后的信号；c、分段处理：将滤波后的信号分为两段，第一段为发射段信号，第二段为接收段信号；d、接箍波与液面回波检测：将接收段信号与发射段信号进行检测，得到极大值点，极大值点记为液面回波点；e、判断步骤d中的极大值点是否大于3，若极大值点大于3时利用接箍波计算环空声速，若极大值点小于3时，通过增大调制声波频率的方式使接箍波增强，使极大值点大于3为止，再利用接箍波计算环空声速；最后通过得到的环空声速得出环空液面位置；所述步骤c中，将滤波后的信号sn（i）分为两段，第一段为发射段，时间为：T 1 ~T 1 +T 0 ，发射段信号为M（t），第二段为接收段，时间为：T 1 +T 0 ~T-T 1 -T 0 ，接收段信号为：s（t）；所述步骤d中，将接收段信号s（t）与发射段信号M（t）利用如下公式进行检测：对 求极大值点，分别为 ， ... ，这些极大值点记为液面回波点，极大值最大点记为液面回波点 ，则液面回波时间为 ；所述步骤e中，若步骤d中的极大值点大于3，利用公式 确定环空声速，其中L为两相邻接箍的间距， 为第n个接箍波的时间， 为第n-1个接箍波的时间；环空液面位置 。 2.根据权利要求1所述的基于电磁式声波的环空声速和环空液面计算方法，其特征在于：所述步骤a中，控压钻井液面不在井口或探测时，调制高频低响度的调制声波，调制声波的调制频率为f，20Hz≤f≤1500Hz，发声时间为T 0 ，0.01s≤T 0 ≤0.1s，响度为A%，0≤A≤100。 3.根据权利要求2所述的基于电磁式声波的环空声速和环空液面计算方法，其特征在于：所述调制声波经过前置功率放大器和后置功率放大器放大至500~2000W后，由电磁式声波发射器发射；声波经环空沿轴向下传输，经过钻杆接箍时一部分向上反射，形成接箍回波，另外一部分声波继续向下传输，遇到液面时向上反射，形成液面回波。 4.根据权利要求3所述的基于电磁式声波的环空声速和环空液面计算方法，其特征在于：所述数据采集，声波传感器开始采集数据时定义为起始点T1，声波传感器以采样频率fs进行采样，采样时间为T，5s≤T≤10s，采样信号为s（i）。 5.根据权利要求4所述的基于电磁式声波的环空声速和环空液面计算方法，其特征在于：所述步骤b中，选取基于凯撒窗函数的带通滤波器，滤波器的最小频率fmin=0.7f，最大频率fmax=2f，将采样信号s（i）通过带通滤波器获得滤波后的信号sn（i）。 6.根据权利要求5所述的基于电磁式声波的环空声速和环空液面计算方法，其特征在于：所述步骤e中，当液面较低不能用接箍波判断环空声速时，利用采集到的环空温度tem计算环空声速，环空声速 =331.45+0.61 。