摘 要：在一(yi)體化(hua)分層(ceng)注水工藝(yi)中，每個層(ceng)段的(de)流量(liang)都要正确(que)測量(liang)，而其(qi)所需(xu)的流(liu)量計 必須(xu)能長(zhang)期(qi)置于井(jing)下，綜(zong)合考慮選(xuan)擇渦街流(liu)量計(ji) 作爲(wei)智能分層(ceng)注水(shui)工藝中的(de)流量檢測裝置(zhi)。但渦街流(liu)量計(ji)易于受到(dao)管道(dao)震動(dong)和流(liu)場擾(rao)動引起的噪聲(sheng)幹擾，且(qie)注水管(guan)道在(zai)注(zhu)水的過(guo)程中更(geng)容(rong)易産(chan)生幹(gan)擾信号，尤(you)其在小(xiao)流量處(chu)很難分辨(bian)出傳(chuan)感器(qi)産生(sheng)的頻率信号。根(gen)據渦(wo)街流量計(ji)的特(te)點，提出一種以(yi)硬件(jian)和Mallat算(suan)法相結合，處(chu)理低頻(pin)段無法分辨的(de)問題(ti)，并進行了(le)試驗驗證(zheng)和現場應(ying)用。實(shi)驗結(jie)果表(biao)明(ming)，使(shi)用該種方法(fa)，能有效(xiao)的減少噪聲幹擾，降低了(le)流量(liang)計的(de)下限(xian)，提高(gao)了精(jing)度。
　　分層注(zhu)水工藝(yi)目(mu)前具(ju)有機電一(yi)體化(hua)特色數字化全(quan)自動控制(zhi)技術(shu)，但其技(ji)術(shu)壁壘爲流(liu)量計的長(zhang)期檢(jian)測。在傳統(tong)工藝(yi)上測調儀(yi)上使用(yong)的(de)電磁(ci)流量計(ji)和(he)超聲(sheng)波流量計對長(zhang)期置(zhi)于井(jing)下進(jin)行單(dan)層段的注(zhu)入流量檢(jian)測存(cun)在一(yi)定不(bu)适用性，例如表(biao)面存(cun)在結垢等(deng)将使其失(shi)效。由于以(yi)上原因(yin)和(he)須長(zhang)時間放(fang)置井下(xia)及空間尺寸等因素，一體(ti)化分(fen)層注(zhu)水工藝中選擇了(le)渦街流(liu)量計(ji)，但渦(wo)街流量計(ji)其最(zui)大的(de)缺點(dian)是(shi)量程下(xia)限高(gao)，當(dang)測量小(xiao)流量的時候測量很(hen)不(bu)準确。随(sui)着油(you)田進(jin)入特高含(han)水期，單層(ceng)小流量(liang)層(ceng)段逐(zhu)年增(zeng)加(jia)，直(zhi)接影(ying)響剩(sheng)餘(yu)油(you)的挖(wa)潛，其(qi)配套的單(dan)層小流(liu)量分注(zhu)技術(shu)成(cheng)爲生産(chan)首要解(jie)決(jue)問題，這也(ye)導緻一體(ti)化分(fen)層注(zhu)水工(gong)藝中流(liu)量(liang)下限(xian)成爲(wei)了(le)一(yi)個重(zhong)要指(zhi)标。
　　鑒(jian)于此(ci)，開展(zhan)了一體化(hua)分層(ceng)注水工藝(yi)單層流量(liang)檢測的研(yan)究工作，提(ti)出了(le)信号(hao)的前期硬(ying)件預處理(li)和采(cai)用小波分解提(ti)取小流量(liang)時産(chan)生的(de)渦街信号(hao)這一綜合(he)方法。
1 井下(xia)渦街(jie)流量(liang)計(ji)測量原(yuan)理及工(gong)程分析
　　随着(zhe)石油采油(you)工藝(yi)的(de)發(fa)展及技術(shu)的進步，水(shui)驅工藝已(yi)從籠(long)統注水(shui)轉變爲(wei)分層注(zhu)水(shui)，現大(da)規模(mo)使用的分(fen)層注(zhu)水(shui)工(gong)藝爲(wei)橋式(shi)偏心、同心(xin)高效(xiao)測調兩大(da)主體技術［1-2］，雖然(ran)達到分(fen)層(ceng)注水的目(mu)的，但每次(ci)調配都需(xu)測調車及(ji)現場作業(ye)，随着井數(shu)和層(ceng)段數(shu)逐年增加(jia)，現有測(ce)試(shi)隊伍已不能滿(man)足測(ce)試要(yao)求，導(dao)緻注(zhu)水合格率(lü)下降(jiang)，水驅效(xiao)果差。爲(wei)解決(jue)這一問題(ti)，油田采用預置(zhi)電纜(lan)或存儲的(de)方式，每層(ceng)段配(pei)備一(yi)體(ti)化(hua)配水(shui)器，内置(zhi)流(liu)量計、壓力計(ji)和(he)調節(jie)總成，直接(jie)獲取每一(yi)層段的流(liu)量和壓力(li)，利用流量檢(jian)測值調(diao)節注水閥的開(kai)度，實現(xian)流量閉(bi)環控制，達到配(pei)注的要求。以預(yu)置電(dian)纜(lan)注水工(gong)藝爲(wei)例(li)，其工藝(yi)管柱如圖(tu) 1 所示(shi)。每一(yi)層段(duan)用過(guo)電纜可洗井封隔器(qi)隔開，達到(dao)分層(ceng)的目的，注(zhu)入層段長(zhang)期放(fang)置一體化(hua)配水器，與(yu)油管連接(jie)，通過調(diao)節注水(shui)閥的(de)開度來配(pei)注該(gai)層段的注(zhu)入流(liu)量和(he)壓力(li)，單層段(duan)采(cai)用渦(wo)街流(liu)量計實現(xian)流量(liang)注入(ru)的檢測。但(dan)由于渦街(jie)流量計探(tan)頭受井下(xia)流體(ti)的噪(zao)聲、注水閥(fa)截流壓差(cha)大導緻穩(wen)流場(chang)性能(neng)差等影響(xiang)，在(zai)小(xiao)流量(liang)檢測(ce)時很(hen)難采(cai)集到準(zhun)确(que)的渦(wo)街信号(hao)，因此渦(wo)街流(liu)量計的下(xia)限很高(gao)，難以滿(man)足小(xiao)流量注水(shui)井檢測的(de)生産要求(qiu)。

　　渦街流量(liang)計是利用流體(ti)力學中著名的(de)卡門(men)渦街(jie)原理(li)，即在(zai)流動(dong)的流(liu)體中(zhong)，垂(chui)直(zhi)于流(liu)體流向安(an)放一(yi)根非流(liu)線(xian)型旋(xuan)渦發(fa)生(sheng)體，随着(zhe)流體流動(dong)，當管(guan)道雷(lei)諾數(shu)達到(dao)一定值時(shi)，在發(fa)生體兩側(ce)就會(hui)交替(ti)地(di)分離出(chu)卡門渦街，旋渦(wo)頻率(lü)和流(liu)速成(cheng)線性關(guan)系，流量(liang)測量的關(guan)鍵在于測(ce)定(ding)渦街流(liu)量信号的(de)頻率(lü)，渦街(jie)流(liu)量(liang)計就(jiu)是基于“卡(ka)門渦街”原(yuan)理而研制(zhi)的新一代(dai)流量測量儀(yi)表。
　　依據(ju)卡曼的研究，渦(wo)街列(lie)多(duo)數是不(bu)穩定的，隻(zhi)有形(xing)成相互交(jiao)替的(de)内旋的兩排渦列，且(qie)渦列寬度(du) h與同列相(xiang)鄰的兩旋(xuan)渦(wo)的間距(ju) l 之比滿足(zu) h l = 0.281（對圓(yuan)柱形旋渦發生(sheng)體）時，渦(wo)街(jie)列才穩定(ding)［3-4］。設(she)旋(xuan)渦的(de)發生頻(pin)率(lü)爲 f ，被(bei)測流(liu)體的(de)平均(jun)流速爲 U ，旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)迎(ying)面(mian)寬度(du)爲 d ，表體通(tong)徑爲(wei) D ，根據(ju)卡曼渦街(jie)原理，有(you)如(ru)下關系式(shi)：

　　式中：U1爲旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)兩側(ce)平均流速，單位(wei)是 m/s，Sr 爲(wei)斯特勞哈爾數(shu)；m 爲旋(xuan)渦發(fa)生體兩側(ce)弓形面積(ji)與管道橫(heng)截面(mian)面積(ji)之比(bi)。

式中(zhong)：K —流(liu)量(liang)計的(de)儀表(biao)系數(shu)，脈沖數/m3。
　　K 除與旋渦發(fa)生體(ti)、管道的幾(ji)何尺(chi)寸(cun)有關外(wai)，還有斯(si)特勞哈(ha)爾數有關。斯特(te)勞哈爾數爲無(wu)綱參(can)數，它與旋(xuan)渦發生體(ti)形狀及雷(lei)諾數(shu)有關(guan)。

　　圖 2 所示爲(wei)渦街(jie)流量計的實物(wu)圖，虛線爲流道(dao)及方向。根據經(jing)驗設計的液體(ti)通道直(zhi)徑(jing)爲 15 mm，其(qi)穩流(liu)場(chang)的(de)長度(du)爲 150 mm，其(qi)原始(shi)量程(cheng)範圍爲 10m3/d~100 m3/d。圖(tu) 3 所示爲渦(wo)街流(liu)量計(ji)的剖(pou)面圖，由渦(wo)街發(fa)生體(ti)、渦街(jie)列檢測傳感器(qi)、鋼體構(gou)成，當流(liu)體流(liu)經渦街發(fa)生體之後産生(sheng)渦街(jie)列(lie)，渦街傳感器(qi)會(hui)将此渦(wo)街列轉化(hua)成電(dian)信号用于之後(hou)的處理(li)。

2 渦(wo)街流量計(ji)信号(hao)的分析與(yu)處理(li)
　　渦街流量(liang)計具(ju)有穩定性好、體(ti)積小、功耗小、溫(wen)度漂移小等優(you)點，但(dan)受檢(jian)測探(tan)頭制(zhi)作工藝空(kong)間尺寸(cun)的(de)限制，流道(dao)内(nei)徑(jing)目前(qian)隻能做到(dao) 15 mm，在低于 10m3/d 小(xiao)流(liu)量情況(kuang)下，存在(zai)低(di)流速(su)産生的(de)渦(wo)街信(xin)号難以分(fen)析的(de)問題(ti)，影(ying)響(xiang)其在(zai)油田注水(shui)井中(zhong)适用範圍(wei)。爲進(jin)一步擴大(da)流量(liang)下線(xian)的(de)檢(jian)查範(fan)圍，從硬件(jian)電路采集和(he)數(shu)據處(chu)理兩個(ge)方(fang)面提出了一種(zhong)解決(jue)渦街信(xin)号(hao)低頻(pin)段難以分(fen)辨的(de)方法(fa)。
2.1 渦街(jie)流量計輸(shu)出信号分(fen)析
　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)采用(yong)壓電(dian)應力(li)式傳感器(qi)，流體經渦(wo)街發(fa)生體(ti)後所(suo)産(chan)生(sheng)的渦(wo)街信(xin)号理論上(shang)爲純正的(de)正餘(yu)弦信(xin)号(hao)，但(dan)實際(ji)中由(you)于受到管(guan)壁震(zhen)動、電磁幹(gan)擾、白噪聲(sheng)的影響，其信(xin)号(hao)爲複(fu)合信(xin)号。根(gen)據實際情況及理論(lun)分析(xi)，用下(xia)面的式子表(biao)達渦街(jie)傳感器(qi)的(de)輸出(chu)信号(hao)模型(xing)［5-6］：

　　該幹(gan)擾噪聲(sheng)主(zhu)要由震動的幹擾信(xin)号産(chan)生，如(ru)井下(xia)電機(ji)的(de)震(zhen)動、注(zhu)水井管(guan)壁的震(zhen)動引起(qi)的震動(dong)噪音傳到(dao)傳感(gan)器上，也有一部(bu)分爲(wei)電(dian)磁幹擾(rao)，但由于在井下(xia)，電磁幹(gan)擾(rao)部分相對來說較少(shao)。
　　fai和 fbj中還包(bao)含了(le)一些(xie)不規則的(de)随機(ji)噪聲(sheng)的各(ge)個諧波(bo)分量，這(zhe)種噪音有(you)環境(jing)引起(qi)，頻率和幅(fu)值都(dou)無一(yi)定的(de)規律，有(you)很大的(de)随機性。圖(tu) 4 爲渦(wo)街流(liu)量(liang)計采集(ji)到的實際(ji)數據(ju)。

　　圖 4 中爲采集渦(wo)街信号的(de)真實(shi)值，首(shou)先(xian)在無流(liu)量下采(cai)集(ji)一組白噪(zao)聲(sheng)a1，可看到(dao)其有一(yi)定(ding)的噪聲幹擾，圖(tu)4中的(de)a2曲線(xian)爲(wei)在(zai)小流(liu)量的(de)時候産生(sheng)的信号(hao)，雖(sui)然能(neng)看出一定的波(bo)動，但是(shi)無(wu)法進行分(fen)辨(bian)，監測出(chu)有效頻(pin)率（對應流量爲 6 m3/d），圖 4 中的(de) a3 曲線(xian)爲(wei)大(da)流量(liang)的時候(hou)産生的(de)渦街信号(hao)（測試(shi)的流量爲18m3/d），可清(qing)晰的分辨(bian)出該(gai)渦街信号，其産(chan)生的渦街(jie)頻率(lü)大緻(zhi)爲(wei)1 500 Hz。
　　由(you)上可(ke)知，該渦(wo)街流量(liang)計在(zai)測量大流(liu)量的時(shi)候可準(zhun)确的(de)測量，但其(qi)測量小(xiao)流(liu)量的(de)時候(hou)由(you)于産生(sheng)的渦(wo)街(jie)信号幅(fu)值較(jiao)小(xiao)和受到(dao)幹擾噪(zao)聲(sheng)的影響無(wu)法測量出(chu)真實值。
2.2 渦(wo)街流量計(ji)的信号處(chu)理
　　由上面(mian)的分(fen)析可知(zhi)流(liu)體在(zai)大流量的時候，該流(liu)量計可準(zhun)确的(de)測量(liang)也就(jiu)是能(neng)檢測出可(ke)分辨的渦(wo)街信(xin)号（也(ye)就是輸出(chu)的高(gao)頻信(xin)号），無(wu)需對(dui)該段進行(hang)處理。在(zai)試(shi)驗中流量(liang)在 10 m3/d 以(yi)上時(shi)即産生的頻率(lü)爲760 Hz以(yi)上的(de)時候(hou)，可準(zhun)确的(de)測量(liang)出流(liu)量(liang)。但是當(dang)流體(ti)的流(liu)量在(zai) 10 m3/d 以下(xia)即産生的(de)頻率在 760Hz 以(yi)下的時候，無法進行(hang)分辨，需對(dui)低頻(pin)段的(de)信号(hao)進行(hang)處理。由于(yu)流體(ti)在小流量(liang)時其(qi)産生的渦(wo)街幅值較小和噪聲(sheng)影響較大，分兩(liang)個方(fang)面(mian)進行處(chu)理，一(yi)個是根據渦街(jie)幅值(zhi)較小(xiao)的方面進(jin)行處理，另一(yi)個從噪(zao)聲影(ying)響方面進(jin)行處(chu)理。
2.2.1 低頻段(duan)渦街流(liu)量(liang)計的(de)信号(hao)放(fang)大(da)
　　低頻(pin)段産生的(de)信号無法進行(hang)分辨(bian)的一個重(zhong)要原(yuan)因就(jiu)是其信噪(zao)比比較小(xiao)，即渦(wo)街産(chan)生的幅值(zhi)和噪(zao)聲信(xin)号産生的幅(fu)值比較(jiao)接近，無法進行(hang)識别，采(cai)用硬件(jian)手段(duan)将渦(wo)街流(liu)量計産生的信(xin)号進行放大，增(zeng)加信号的信噪(zao)比，在(zai)信(xin)号(hao)檢測(ce)環節(jie)設計一個(ge)前置放大(da)電路(lu)。
　　由于(yu)壓電(dian)晶式(shi)傳感器的(de)輸出阻抗(kang)比較高，因(yin)此放大器(qi)的設(she)計也比較特殊(shu)，須設計專(zhuan)用的(de)前置放(fang)大器，才(cai)能較理(li)想(xiang)的将輸入(ru)的電(dian)荷量(liang)轉化成電(dian)壓量(liang)［7-10］。圖5爲渦街傳感(gan)器的放(fang)大等效(xiao)電路(lu)，其自身有(you)一個很大(da)的電(dian)阻（幾(ji)十(shi)兆歐級(ji)），輸出(chu)的(de)能(neng)量很(hen)小，設(she)計放(fang)大檢(jian)測器，将輸(shu)出的弱信号(hao)放大，同(tong)時将(jiang)檢(jian)出(chu)器的(de)高阻抗輸出變(bian)換爲低阻抗輸(shu)出。

　　圖(tu)5中Ca爲等效(xiao)壓電傳(chuan)感器的(de)靜态(tai)電(dian)容；Ra爲等(deng)效壓電傳(chuan)感器(qi)的絕(jue)緣電阻；C1、C2 爲(wei)放大(da)電路(lu)的輸(shu)入電容(rong)；C3、C4 放(fang)大電(dian)路的反饋電容(rong)；R1 爲放大電路的(de)反饋電阻；R1 爲匹(pi)配電(dian)阻(zu)，爲了與(yu)傳感(gan)器(qi)的阻抗(kang)匹配(pei)，一般爲 10~20 MΩ；R2 與(yu) R3 爲電荷放(fang)大器(qi)的直流(liu)反(fan)饋電(dian)阻，一般爲(wei)兆歐(ou)級，起(qi)到穩定放(fang)大器直流工作(zuo)點的(de)作用(yong)；由于(yu)是兩路信(xin)号輸(shu)入，此(ci)時電荷放(fang)器也有差分放(fang)大的(de)作用(yong)，輸出(chu)爲兩輸(shu)入(ru)電荷(he)信号(hao)的差分電(dian)壓值。

的截(jie)止頻(pin)率（-3 d B），信(xin)号(hao)将(jiang)大幅(fu)衰減。綜上(shang)所述(shu)，CF和 RF的選擇要兼(jian)顧信(xin)号(hao)放(fang)大倍數和(he)當前(qian)信号(hao)頻帶的(de)要求。
　　根(gen)據上(shang)面選(xuan)取的(de)放大器(qi)，根(gen)據所用的(de)流量計的(de)口徑選取(qu)合适的電(dian)容和電阻(zu)，在小流量(liang)處得到的(de)渦街信号(hao)如圖6所示。
根據(ju)圖6所(suo)示，a1曲線爲(wei)未加(jia)放(fang)大(da)器的(de)效果，a2曲(qu)線爲加(jia)放大器(qi)之(zhi)後的(de)效果(guo)，可(ke)見(jian)，增加(jia)了前置放(fang)大器(qi)，有效(xiao)的增加了(le)信号比(bi)，但(dan)是幹擾信(xin)号對(dui)渦街(jie)信号的影響還(hai)是比(bi)較大(da)，雖然(ran)能有(you)效的(de)改變輸出波形(xing)，但是(shi)對數(shu)據(ju)的直接(jie)應用還(hai)有一定(ding)的難(nan)處(chu)，對(dui)采集(ji)的數(shu)據(ju)進行波(bo)形整(zheng)理，提取有(you)效信(xin)号(hao)，去除幹(gan)擾信号(hao)。

2.2.2 渦(wo)街流(liu)量計信号的小(xiao)波分(fen)解
　　由于渦(wo)街流(liu)量(liang)計(ji)産生(sheng)的渦街信号是(shi)在不(bu)同(tong)流(liu)量時(shi)，其産(chan)生的(de)渦街頻率也不一樣(yang)，是一(yi)個變頻過(guo)程，而(er)小(xiao)波對處(chu)理此類(lei)的(de)變頻(pin)信号(hao)有一定的(de)優越(yue)性(xing)，在(zai)時間域和(he)頻(pin)率(lü)域都(dou)具有良好的局(ju)部化(hua)性質(zhi)，所以(yi)選取(qu)小波(bo)來處(chu)理渦(wo)街信号［11-13］。小(xiao)波變(bian)換中有三(san)種小(xiao)波(bo)變換比(bi)較常用，分(fen)别爲連續小波變換(huan)、離散小波(bo)變換以及小波(bo)變換(huan)的快速(su)算(suan)法-Mallat 算法［13-16］。根(gen)據渦(wo)街流(liu)量計(ji)的特(te)性，以(yi) Mallat 算法(fa)爲基礎對(dui)信号(hao)進行(hang)分解(jie)，找到(dao)有(you)效的分(fen)解方式尋(xun)出有(you)效數(shu)據。
　　由(you)于渦(wo)街産生(sheng)的(de)信号爲連續(xu)信号，所(suo)處理(li)的(de)信(xin)号爲(wei)離散(san)信号(hao)，須将(jiang)連續的的時間離散(san)化。渦街流(liu)量計所(suo)産(chan)生的連續信(xin)号爲 s(t) ，采(cai)樣進行離散化得到(dao) A0s(n) 。根據渦街(jie)流量計(ji)特(te)性與噪聲(sheng)信(xin)号(hao)的特(te)點，所用(yong)到的濾(lü)波器均(jun)爲正交(jiao)小波濾波器。在此條件下，算法(fa)表達爲(wei)：

　　爲(wei)采樣後的(de)原(yuan)始(shi)信号(hao)；j=1，2，J 爲層(ceng)數，J = log2N ；h?，g?爲時域中的(de)小波分解(jie)濾波器，實際上(shang)是濾波器(qi)系數(shu)；Aj爲信号(hao) A0s(n) 在(zai)第j層的近(jin)似(si)部(bu)分（即(ji)低頻(pin)部分）的小(xiao)波系(xi)數(shu)；Dj爲信号(hao) A0s(n) 在第j層(ceng)的細節部分(fen)（即(ji)高頻部(bu)分）的小(xiao)波系數(shu)。
　　假定(ding)所(suo)檢(jian)測的(de)離散信号(hao) A0s(n) 爲 A0，信(xin)号在(zai)第2j尺(chi)度（第(di)j層）的(de)近似部分(fen)，即低(di)頻部分的(de)小波(bo)系(xi)數Aj是通(tong)過第 2j - 1尺(chi)度(du)（第 j-1 層(ceng)）的近似部分的(de)小波系數 Aj - 1與分(fen)解濾波器(qi) h?卷積(ji)，然後将卷積的(de)結果隔點采樣(yang)得到的(de)；而信号(hao) A0在第 2j尺(chi)度(du)（第j層）的細(xi)節部分，即(ji)高頻部分(fen)的小(xiao)波系數 Dj是通過(guo)第 2j - 1尺(chi)度(du)（第j-1層）的(de)近似(si)部分的小(xiao)波系數(shu) Aj - 1與分解濾波(bo)器(qi) g?卷(juan)積，然(ran)後将(jiang)卷積(ji)的結果隔(ge)點采樣得(de)到的(de)。通(tong)過(guo)式 2 的分解(jie)，在每一尺(chi)度 2j上(shang)（或第(di) j 層上(shang)），信号(hao) Aj - 1被分解爲(wei)近似(si)部分(fen)的小(xiao)波系(xi)數(shu) Aj（在(zai)低頻(pin)子帶(dai)上）和(he)細節部分(fen)的小波系(xi)數 Dj（在高頻子帶上）。以上分解算(suan)法可用(yong)圖7表示(shi)。

　　根據(ju)以上分析(xi)，對獲取的(de)流量(liang)計的信(xin)号進行(hang)Mallat 快速分别，将其(qi)進行(hang) db5 小波分解(jie)，将數據分(fen)解五次，其(qi)分解後的(de)數據(ju)有兩(liang)部分(fen)組成(cheng)，一部分是(shi)細節信号(hao)，一部(bu)分是(shi)近似(si)信号(hao)，其分(fen)解後的圖(tu)像如圖(tu)8、圖9所示(shi)。

　　如圖8所示爲分(fen)解的近似數據(ju)，可見，a3是比較完(wan)整的(de)正弦波，可(ke)被系統識别；a1的(de)雜波比(bi)較多，a2有(you)些不光滑，存在(zai)奇異(yi)波(bo)，a4已(yi)經完(wan)全失(shi)真(zhen)，因此最(zui)終選(xuan)取a3作(zuo)爲低(di)頻段的渦街信(xin)号。
　　圖(tu) 9 中所示爲(wei)信号的細節部分，也(ye)就(jiu)是信号(hao)的噪音部(bu)分，可以理(li)解爲去除(chu)有效信号(hao)剩餘的部(bu)分(fen)，其中 d1 爲(wei)信号(hao)的高(gao)頻噪(zao)音，原始(shi)信(xin)号去(qu)除 d1 就可(ke)以得近(jin)似信号 a1，d2 爲頻率(lü)比較低(di)的幹擾信号，近(jin)似信号(hao) a2 的獲得是(shi) a1 減去 d2 得到(dao)的，其(qi)中 d3 爲(wei)信号(hao)的(de)低(di)頻噪(zao)音，a2減(jian)去該噪音(yin)得到(dao)了比較理(li)想的(de)信(xin)号(hao)，d4 有些(xie)接近原始(shi)信号(hao)，所以 d1，d2，d3 可(ke)近似的(de)看爲該渦(wo)街傳(chuan)感器的幹擾信(xin)号，d4 不(bu)能(neng)做(zuo)處理(li)，這樣有效信号(hao)減去 d1，d2，d3 就獲(huo)得了最理(li)想(xiang)的(de)近似(si)信号(hao) a3。有上(shang)面分析可知，将(jiang)渦街(jie)信号做 3 次分解(jie)即可(ke)得到(dao)理想(xiang)的信号。

　　圖10是原始信(xin)号、增(zeng)加硬(ying)件處(chu)理和(he)小波(bo)分解後的三種(zhong)情況對(dui)比圖，a1爲(wei)開始(shi)采(cai)集(ji)的數(shu)據，a2爲(wei)加(jia)入(ru)前置放大(da)器之後增(zeng)加了信噪比之後的(de)效果圖，a3爲(wei)将增(zeng)加信(xin)噪比的信(xin)号(hao)進(jin)行小(xiao)波分解(jie)，提取的有效(xiao)信(xin)号，圖中(zhong)的第三個(ge)明顯的可知(zhi)該渦街(jie)流量計産(chan)生的渦街(jie)信号(hao)的頻(pin)率。小波分解後去除(chu)無用(yong)的噪(zao)音，雖然可以看(kan)出其(qi)能量(liang)減少(shao)，但是比原(yuan)來的(de)光滑(hua)，分(fen)辨(bian)率更(geng)高，波動更(geng)少。說(shuo)明小(xiao)波分(fen)解在(zai)處理渦街(jie)流量計的低頻(pin)信号(hao)是可(ke)行的(de)。進行(hang)了大量(liang)的(de)低頻(pin)段的數(shu)據分析(xi)，發現(xian)小波(bo)分解(jie)後所得(de)的(de)近似(si)數據(ju)中a3的波形(xing)是最(zui)接(jie)近(jin)原始(shi)波形的，所以最(zui)終選取了(le)小波分解(jie)後的第三(san)個波(bo)形作爲渦街流(liu)量(liang)計(ji)産生(sheng)的渦(wo)街信(xin)号。将渦街(jie)流(liu)量(liang)計産(chan)生的(de)渦街(jie)信号(hao)進行處(chu)理(li)後，可(ke)得到(dao)小(xiao)流(liu)量處(chu)産生(sheng)的(de)渦(wo)街信(xin)号，爲降低(di)了流量下(xia)限提供了(le)可行性。
3 先(xian)導井(jing)應用(yong)實驗及分(fen)析
　　在下井之前(qian)進行(hang)了渦(wo)街流(liu)量計的性(xing)能對比測(ce)試，對比測(ce)試爲三組，原始(shi)未處(chu)理的、增加(jia)前置放(fang)大(da)器的、增加(jia)前置(zhi)放大(da)器後通(tong)過(guo)小波(bo)分解(jie)的三(san)組，其(qi)測試結果(guo)如表(biao) 1 所示(shi)。測試(shi)的時(shi)候流(liu)量從(cong) 0 開始(shi)，逐次(ci)增(zeng)加流量(liang)。從表(biao)中可以看(kan)出，未(wei)經處理的(de)渦街流(liu)量(liang)計信号無法檢(jian)測每(mei)天 8 方(fang)以(yi)下(xia)的流(liu)量，其并不是沒(mei)有輸出的(de)頻率(lü)，但是(shi)其輸出的(de)頻率很不穩定(ding)，跳變比較大，相(xiang)對而言放(fang)置前(qian)置放(fang)大器(qi)的渦(wo)街流量(liang)計(ji)的信(xin)号能(neng)檢測(ce)的頻(pin)率較低(di)，但是其(qi)在 5 方(fang)時檢(jian)測的(de)信号不準(zhun)，最低(di)檢測的(de)信号在(zai)每天 7 方以上比(bi)較準，通(tong)過(guo)小波(bo)分解(jie)後(hou)的(de)信号(hao)處理(li)起(qi)來(lai)，其識(shi)别的頻(pin)率(lü)更低(di)，能準(zhun)确(que)的識别(bie)每天5方(fang)的(de)流量(liang)産生的頻(pin)率，在(zai)高頻段也就是大流(liu)量的時候(hou)各個渦街(jie)流量(liang)計的(de)差别不大(da)，因爲(wei)未經(jing)處理(li)的渦街信号在(zai)大流量的時候(hou)也是(shi)能(neng)準确識(shi)别的。

　　渦街流量(liang)計的(de)信号經前(qian)置放大(da)器(qi)以及(ji)小波(bo)分(fen)解後提(ti)取有(you)效信(xin)号之(zhi)後，解(jie)決(jue)了流量(liang)下限過高(gao)的問(wen)題，其(qi)最低能識(shi)别的(de)渦(wo)街(jie)頻率很低，是原來識(shi)别頻率的一半(ban)，并且(qie)準(zhun)确(que)的測(ce)量出了(le)各(ge)個層(ceng)段的(de)流(liu)量。
前期(qi)驗證(zheng)穩定(ding)後，該(gai)設備(bei)應用(yong)在一(yi)體化(hua)分(fen)層注水(shui)井中(zhong)并(bing)且在松(song)原油(you)田實(shi)施了一口(kou)先(xian)導井作(zuo)業，采集(ji)了(le)井下(xia)的流(liu)量，分别和(he)沒有(you)進行(hang)處理的渦(wo)街流(liu)量計(ji)進行了對(dui)比，其(qi)對比如(ru)圖所示(shi)。
　　如圖(tu) 11 所示(shi)爲未(wei)處理(li)的(de)流量計(ji)檢測(ce)流(liu)量從5 m3/d，7 m3/d，9 m3/d，12m3/d，14 m3/d的(de)變化過(guo)程，可見(jian)在5 m3/d，7 m3/d，9 m3/d處根(gen)本分辨(bian)不出(chu)其流量的(de)大小，波(bo)動較大(da)，圖 12 爲(wei)處理後的(de)流量計在同等(deng)情況下檢測出(chu)的流量(liang)大(da)小，可以看出，其小流(liu)量處是能(neng)清楚(chu)的分(fen)辨出來的(de)，到12 m3/d以後未(wei)處理和處理後(hou)的流(liu)量計基(ji)本(ben)能保(bao)持一緻(zhi)，所(suo)以處(chu)理後的渦街流(liu)量計不但克服(fu)了低流量處采集不(bu)準的問題(ti)而且在大流量(liang)時還能保證采(cai)集流量的(de)準确性。

4 結(jie)論(lun)
　　針對渦(wo)街流量計在低(di)流量(liang)時産(chan)生的(de)渦街(jie)信号(hao)難以(yi)測量(liang)的問題上(shang)開展(zhan)了(le)分析研(yan)究設(she)計(ji)，從流體(ti)流經渦(wo)街(jie)發生(sheng)體産生的渦街(jie)信号(hao)幅值(zhi)小及(ji)幹擾(rao)大(da)的問題(ti)上着手，分析了(le)幹擾(rao)原(yuan)因，設計(ji)了首先用硬件手段(duan)解決低流(liu)量的時渦街信号幅(fu)值小的問(wen)題，然(ran)後(hou)運(yun)用小(xiao)波分析(xi)法分析(xi)了各種噪音，提取有效的渦街(jie)信号。經(jing)增大信噪比(bi)和小波分(fen)解處(chu)理的(de)渦街(jie)流量(liang)計的流量(liang)下限(xian)大(da)大減小，有效的改(gai)善了(le)渦街流(liu)量(liang)計低流量(liang)測(ce)不(bu)準的(de)問題(ti)，解(jie)決(jue)了機(ji)電一(yi)體化分層(ceng)注水井(jing)中低流量井中(zhong)流(liu)量難(nan)測量的(de)問題。

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