基于多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油水相含率測量及驗(yàn)證方法
【專利摘要】一種基于多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油水相含率測量及驗(yàn)證方法：包括有構(gòu)建多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；進(jìn)行油水兩相流參數(shù)測量信息計(jì)算；繪制交叉聚集系數(shù)和交叉?zhèn)鬟f性與含油率線性關(guān)系測量圖版，實(shí)現(xiàn)對水平油水兩相流含油率的測量；根據(jù)所繪的測量圖版，分析交叉聚集系數(shù)、交叉?zhèn)鬟f性網(wǎng)絡(luò)子過程量化特征與流型演化動(dòng)力學(xué)關(guān)系，揭示水平油水兩相流流型演化動(dòng)力學(xué)機(jī)制。采用四扇區(qū)分布式電導(dǎo)傳感器進(jìn)行驗(yàn)證。本發(fā)明提出了一種多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法對兩相流分布式電導(dǎo)傳感器測量信號(hào)進(jìn)行信息融合，可有效辨識(shí)不同油水兩相流流型；基于四扇區(qū)分布式電導(dǎo)傳感器的多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)信息融合方法可獲得很好的含油率測量效果。
【專利說明】基于多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油水相含率測量及驗(yàn)證方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種油水兩相流相含率測量信息融合方法。特別是涉及一種針對水平 油水兩相流分布式電導(dǎo)傳感器測量信號(hào)的基于多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油水相含率測量及 驗(yàn)證方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 兩相流動(dòng)現(xiàn)象廣泛存在于自然界和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，與人類的生活及生產(chǎn)密 切相關(guān)，準(zhǔn)確識(shí)別兩相流流型對工業(yè)生產(chǎn)過程優(yōu)化及工藝改造有著重要意義。水平油水兩 相流動(dòng)廣泛存在于石油開采過程中，流動(dòng)結(jié)構(gòu)分析和參數(shù)測量對改善油井生產(chǎn)特性及優(yōu)化 油藏管理具有重要意義。從流體動(dòng)力學(xué)、非線性時(shí)間序列分析等不同學(xué)科角度研究水平油 水兩相流復(fù)雜流型內(nèi)在特性是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的課題。水平油水兩相流相含率測量技術(shù)主要 包括電導(dǎo)法、電容法、光學(xué)法和射線法等。由于電導(dǎo)傳感器具有原理清晰、結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)穩(wěn) 定等諸多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于多相流參數(shù)測量中。兩相流分布式傳感器是由安裝在測量 管道上的多對測量電極組成，其可有效測取局部流動(dòng)結(jié)構(gòu)信息，分布式傳感器多元測量信 號(hào)不僅包含油相含率信息，同時(shí)還蘊(yùn)含著豐富的流型演化非線性動(dòng)力學(xué)信息。
[0003] 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論屬當(dāng)今世界交叉學(xué)科前沿研究領(lǐng)域。近年來，基于觀測數(shù)據(jù)的復(fù)雜 網(wǎng)絡(luò)建模研究得到了來自不同學(xué)科領(lǐng)域?qū)W者們的廣泛關(guān)注，研究表明復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論不僅可 以用于挖掘包含在非線性時(shí)間序列中的重要信息，同時(shí)也可用于研究理論模型所不能精確 描述的復(fù)雜非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。一元時(shí)間序列復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究已取得較大進(jìn)展，但多元時(shí)間 序列復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究理論仍相當(dāng)有限，仍主要集中在基于時(shí)間序列相關(guān)性分析的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模 式上且其要求時(shí)間序列數(shù)量足夠多以此為節(jié)點(diǎn)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，在非腦電信號(hào)分析領(lǐng)域的應(yīng)用上 存在較大局限性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油水相含率 測量及驗(yàn)證方法，通過相空間重構(gòu)并建立復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的方法對多元信息進(jìn)行融合，提取與含 油率具有線性關(guān)系的交叉聚集系數(shù)、交叉?zhèn)鬟f性網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)并進(jìn)行歸一化處理，繪制含油率 線性關(guān)系測量圖版，實(shí)現(xiàn)對水平油水兩相流含油率的測量。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油水兩相流相含率 測量方法，包括如下階段：
[0006] 1)構(gòu)建多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，包括如下步驟：
[0007] (1)獲得S組等長度反映流體局部流動(dòng)特征的電壓測量信號(hào)即多元時(shí)間序列，其 中S為大于0的整數(shù)；
[0008] (2)將所述的S組等長度信號(hào)組成的多元時(shí)間序列重構(gòu)到同一個(gè)相空間中，得到 S組向量序列，根據(jù)自遞歸率大于交叉遞歸率的閾值選取方法，對于來自同一觀測信號(hào)的向 量，定義表示它們之間遞歸關(guān)系的自遞歸矩陣，對于來自不同觀測信號(hào)的向量，定義表示它 們之間遞歸關(guān)系的交叉遞歸矩陣，其中，所述的自遞歸矩陣和交叉遞歸矩陣為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的 子網(wǎng)絡(luò)，所述的遞歸矩陣為多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；[0009] (3)把所有的自遞歸矩陣和交叉遞歸矩陣組合在一起就構(gòu)成多元觀測信號(hào)的遞歸矩陣；[0010] 2)進(jìn)行油水兩相流參數(shù)測量信息計(jì)算，包括如下步驟：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油水兩相流相含率測量方法，其特征在于，包括如 下階段： 1) 構(gòu)建多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，包括如下步驟： (1) 獲得S組等長度反映流體局部流動(dòng)特征的電壓測量信號(hào)即多元時(shí)間序列，其中S為 大于0的整數(shù)； (2) 將所述的S組等長度信號(hào)組成的多元時(shí)間序列重構(gòu)到同一個(gè)相空間中，得到S組向 量序列，根據(jù)自遞歸率大于交叉遞歸率的閾值選取方法，對于來自同一觀測信號(hào)的向量，定 義表示它們之間遞歸關(guān)系的自遞歸矩陣，對于來自不同觀測信號(hào)的向量，定義表示它們之 間遞歸關(guān)系的交叉遞歸矩陣，其中，所述的自遞歸矩陣和交叉遞歸矩陣為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng) 絡(luò)，所述的遞歸矩陣為多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)； (3) 把所有的自遞歸矩陣和交叉遞歸矩陣組合在一起就構(gòu)成多元觀測信號(hào)的遞歸矩 陣； 2) 進(jìn)行油水兩相流參數(shù)測量信息計(jì)算，包括如下步驟：

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7. -種權(quán)利要求1所述的基于多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的油水兩相流相含率測量方法的 驗(yàn)證方法，其特征在于，采用四扇區(qū)分布式電導(dǎo)傳感器，所述的四扇區(qū)分布式電導(dǎo)傳感器包 括垂直上升管道（G)和安裝在垂直上升管道上的四對電極，垂直上升管道（G)的內(nèi)徑為R， 每對電極均包括一個(gè)安裝在垂直上升管道上端的激勵(lì)電極（e a、eb、ec、ed)和一個(gè)安裝在垂 直上升管道下端的測量電極（M A、MB、Mc、MD)，每對電極之間的距離為D，每一個(gè)電極的厚度 為H，四對電極中的每個(gè)電極包括一段弧形環(huán)，弧形環(huán)的張角為Θ，且每個(gè)電極的曲率與垂 直上升管道的曲率一致，使得電極能平滑嵌入垂直上升管道的內(nèi)壁面，四個(gè)激勵(lì)電極位于 垂直上升管道內(nèi)的同一高度上，且彼此之間均勻間隔分布，呈非連續(xù)圓環(huán)狀，四個(gè)測量電極 位于垂直上升管道內(nèi)、低于四個(gè)激勵(lì)電極所在高度的同一高度上，且彼此之間也均勻間隔 分布，呈非連續(xù)圓環(huán)狀，其中每對電極上下平行設(shè)置；每個(gè)電極還包括一段連接在所述弧形 環(huán)上的柱形導(dǎo)體，用于信號(hào)的輸入與輸出；每個(gè)電極在管道內(nèi)的靈敏度區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)扇形，每 個(gè)電極呈T型，由鈦合金制成，實(shí)驗(yàn)中水相和油相的流速范圍均為0. 1?2m/s ;具體實(shí)驗(yàn)方 法是，在管道中通入一定流量的水量，然后在管道中逐漸增加油相流量，當(dāng)完成一次油水兩 相流配比之后，待油水兩相流流動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，采用四扇區(qū)分布式電導(dǎo)傳感器對水平油水 兩相流進(jìn)行測量，并同時(shí)用高速動(dòng)態(tài)攝像儀記錄圖像，高速動(dòng)態(tài)攝像儀圖像用于定義流型， 實(shí)驗(yàn)的采樣頻率為4kHz，采樣時(shí)間為30s，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，增加油相流量，按上述過程進(jìn) 行測量直至該水量下所設(shè)計(jì)的工況都測量完成，完成一組水量測量后，增加水相流量，重復(fù) 以上過程完成下一輪測量；水相和油相的流速范圍均為0. 1?2m/s ;基于實(shí)驗(yàn)多元測量信 號(hào)，采用多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息融合，實(shí)現(xiàn)對不同油水流型的辨識(shí)，并計(jì)算與含油率 具有線性關(guān)系的交叉聚集系數(shù)、交叉?zhèn)鬟f性復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征指標(biāo)，繪制交叉聚集系數(shù)和交叉 傳遞性與含油率線性關(guān)系測量圖版，實(shí)現(xiàn)對水平油水兩相流含油率的測量；分布式電導(dǎo)傳 感器測量的多元電壓信號(hào)構(gòu)建多元相空間復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，通過交叉聚集系數(shù)和交叉?zhèn)鬟f性與含 油率線性關(guān)系測量圖版，分析交叉聚集系數(shù)、交叉?zhèn)鬟f性網(wǎng)絡(luò)子過程量化特征與流型演化 動(dòng)力學(xué)關(guān)系，揭示水平油水兩相流流型演化動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK104048997SQ201410228719
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】高忠科, 方鵬程, 金寧德, 張新旺 申請人:天津大學(xué)