1、化工傳遞過程大作業(yè) 題目：垂直井內(nèi)多相流測量方法與模型研究學(xué)生姓名梁國建學(xué)號201521000567教學(xué)院系化學(xué)化工學(xué)院指導(dǎo)老師李愛蓉、文婕單位 西南石油大學(xué) 學(xué)生電成日期 2016年6月30日垂直井內(nèi)多相流測量方法與模型研究姓名：梁國建 學(xué)號：201521000567 班級：化工15碩2班摘 要在原油開采的過程中，垂直井內(nèi)油水氣三相流流動的現(xiàn)象是普遍存在的。多相流動相對于單相的液體流動具有其特殊性，深入研究其流動規(guī)律和原油含水率的測量方法對油田生產(chǎn)與開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。本課題利用大慶石油學(xué)院三相流模擬井裝置以及同軸線相位法找水儀，采用人工配比的方式，對垂直井內(nèi)具

2、有油水氣三相流動特性的原油進(jìn)行含水率儀器響應(yīng)的數(shù)據(jù)采集，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的研究，最終建立了垂直井多相流原油含水率的預(yù)測模型。 關(guān)鍵字：垂直井；多相流；原油含水率 第1章 緒論1.1課題的背景與意義多相流動的現(xiàn)象廣泛存在于自然界和現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)過程中，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，多相流動體系與人類生活和生產(chǎn)之間的關(guān)系日益密切。煤粉輸送、原油開采、漿料輸送、污水排放、粉塵測量等生產(chǎn)過程測試均屬于多相流體的測量問題。而由于多相流體動力學(xué)特性極其復(fù)雜，因此多相流的測量迄今為止在國際上都未得到滿意的解決方法，被稱為“難測流體”，多相流的測量也因此成為國內(nèi)外科技工作者爭相探索的熱點(diǎn)課題。 同時，多相流是

3、石油化工行業(yè)中十分普遍的現(xiàn)象，在油田開采過程中的油水氣三相混輸就是一種非常典型的多相流動現(xiàn)象。原油的主要成分是油水氣等物質(zhì)，油相物質(zhì)是指油井產(chǎn)出液中的液烴相，氣相物質(zhì)是指天然氣、輕烴、非輕烴氣體，水相物質(zhì)則是指礦化水，同時含有少量的固相物質(zhì)（砂、臘、水合物等）。在原油開采過程中，為了確定各油井內(nèi)的原油以及天然氣的產(chǎn)量，了解地層原油和天然氣含量以及地層結(jié)構(gòu)的變化，需要對油井產(chǎn)出液中各組分的質(zhì)量流量或體積流量進(jìn)行連續(xù)性的測量，并提供實(shí)時的測量數(shù)據(jù)，這就要求進(jìn)行準(zhǔn)確可在線的多相流測量。隨著我國石油工業(yè)領(lǐng)域中陸上大量油田進(jìn)入高含水開采階段，對油井內(nèi)油水氣三相流準(zhǔn)確測量的研究提出了更高的要求。我們需要一

4、種測量工藝簡單、能夠連續(xù)測量、測量范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)并且能夠?qū)崟r反應(yīng)油井生產(chǎn)動態(tài)情況的測量裝置，用來在線測量輸送管線中原油、天然氣的產(chǎn)量，確定油井的原油和天然氣的日產(chǎn)量，進(jìn)而觀測井底儲油地層構(gòu)造的變化。 近幾十年來，國內(nèi)外科技工作者在解決油田中多相流測量問題上開展了大量的理論與實(shí)驗(yàn)研究工作，已經(jīng)取得了不少有效的成果，同時也研發(fā)出了一些多相流計(jì)量產(chǎn)品，并在一定范圍內(nèi)得到了應(yīng)用，但是多相流的計(jì)量仍存在許多問題。近年來，雖然我國對多相流測量的研究給予了高度重視，多相流測試技術(shù)的研究取得了顯著的進(jìn)展，但在石油行業(yè)多相流測量的發(fā)展水平還遠(yuǎn)未滿足石油工業(yè)應(yīng)用的要求。 本課題就是在此實(shí)際需求下，對垂直井內(nèi)

5、油氣水多相流測量方法與其測量模型的建立進(jìn)行的研究，具有重要的理論和應(yīng)用意義。1.2 多相流概述 1.2.1 多相流概念和分類 在自然界中，物體的形態(tài)是多種多樣的，最常見的有固態(tài)，液態(tài)和氣態(tài)，處于固態(tài)的物體稱為固體，處于液態(tài)的物體稱為液體，處于氣態(tài)的物體稱為氣體。相的概念通常是指某一系統(tǒng)中具有相同成分及相同物理、化學(xué)性質(zhì)的均勻物質(zhì)部分，各相之間有明顯可分的界面。因此，各部分均勻的固體、液體、氣體分別稱為固相物體、液相物體和氣相物體，或統(tǒng)稱為單相物體。從宏觀觀點(diǎn)出發(fā)，可以把自然界的物質(zhì)分成三種相，即氣相、液相和固相。多相流是指同時存在兩種或多種不同相的物質(zhì)的流動。 一個多相流動體系，通常是兩種連續(xù)

6、介質(zhì)或一種連續(xù)介質(zhì)和若干種不連續(xù)介質(zhì)組成的。連續(xù)介質(zhì)通常稱為連續(xù)相，不連續(xù)介質(zhì)如固體顆粒、液滴、水泡等稱為分散相。根據(jù)流動介質(zhì)的連續(xù)與否，可把多相流動分為兩類問題，第一類是連續(xù)相中含有分散相的均勻或不均勻的混合物的流動，普通多相流就是指這類流動；第二類是相間交界面相互作用起著重要作用的流動，此時兩相介質(zhì)是均勻的，但必須考慮相界面的力學(xué)關(guān)系。 自然界和工業(yè)過程中廣泛存在的多相流主要有以下幾種1-3： （1）液液兩相流：兩種互不相溶的液體混合在一起的流動稱為液液兩相流。 （2）氣液兩相流：氣體和液體混合在一起共同流動稱為氣液兩相流。 （3）氣固兩相流：氣體和固體顆粒混合在一起共同流動稱為氣固兩相流

7、。 （4）液固兩相流：液體和固體顆粒混合在一起共同流動稱為液固兩相流 （5）兩相以上的多相流：石油和能源動力工程中的油-水-氣、油-氣-砂和油-水-砂等三相流以及油-水-氣-砂四相流都是多相流的典型實(shí)例。1.2.2 多相流主要參數(shù)多相流動中，由于各相間存在相互作用，則有一個形狀和分布在時間域和空間域內(nèi)均是隨機(jī)可變的相界面，而各相間實(shí)際上又存在滑差速度，致使流經(jīng)管道的分相流量比與分相所占的管截面比并不相等。因此，在多相流中也增加了一些在單相流中不存在的參數(shù)。針對多相流動的特點(diǎn)，本課題以油水氣三相流為例來詳細(xì)介紹多相流中的各個主要參數(shù)4,5。1流量 （1）質(zhì)量流量 質(zhì)量流量是指單位時間內(nèi)流過管道截

8、面的流體質(zhì)量流量。油水氣三相流的總質(zhì)量流量是油水氣各相的質(zhì)量流量之和，即 M =MO+MG+MW (1.1)式中：M為三相流總質(zhì)量流量，MO為油相質(zhì)量流量，MG為氣相質(zhì)量流量，MW為水相質(zhì)量流量。（2）體積流量 體積流量是指單位時間內(nèi)通過管道截面的流體體積。油水氣三相流的總體積流量包括油水氣各相體積流量之和，即 Q =QO+QG+QW (1.2)式中：Q 為三相流總體積流量，QO為油相體積流量，QG為氣相體積流量，QW為水相體積流量。2流型 流型又被稱作流態(tài)，即流體流動的形式或結(jié)構(gòu)。由于各相之間存在隨機(jī)可變的相界面，導(dǎo)致多相流動形式多種多樣，十分復(fù)雜。流型不但影響多相流動特性和傳質(zhì)、傳熱性能，

9、而且還影響到多相流各種參數(shù)的準(zhǔn)確測量。盡管科研工作者對流型進(jìn)行了長時間的探索研究，但流型的定義及分類卻尚未統(tǒng)一。Orkiszewski將Griffith和Wallis的方法進(jìn)行改進(jìn)，提出四種流動形態(tài)，即：泡流、段塞流、過渡流及環(huán)霧流。如圖1.1所示4。Beggs和Brill提出水平管內(nèi)氣液兩相的流動形態(tài)，即：泡狀流、團(tuán)狀（彈狀）流、分層流、波狀流、段塞流、環(huán)狀流、霧狀流。為了便于分析與計(jì)算，將七種流型根據(jù)氣液分布狀況和流動特性，進(jìn)而并歸為三大類：分離流、間歇流16和分散流。如圖1.2所示。3速度 （1）真實(shí)平均速度 某相的真實(shí)平均速度為該相體積流量與該相流通截面積之比，即 (i=1,2,3)

10、（1.3）液相的真實(shí)平均速度為液相體積流量與液相流通截面積之比，即 (i=1,2,3) （1.4）式中：UL為液相的真實(shí)平均速度，QL為液相的體積流量，AL為液相的流通截面積。（2）折算速度 折算速度是多相流中常常用到的一種速度。某相的折算速度為該相體積流量與管道截面積之比，即： (i=1,2,3) （1.5）式中：Usi為第i相的折算速度，Qi為第i相體積流量，A為管道截面積。（3）三相混合物速度 三相混合物速度為三相總體積流量與管道截面積之比，又被稱為流量速度，其表達(dá)式為： (1.6)式中：UM為三相混合物速度，QO為油相體積流量，QG為氣相體積流量，QW為水相體積流量，A為管道截面積。

11、4滑動比和滑差 第 i 相的真實(shí)平均速度與第 j 相的真實(shí)平均速度之比稱為這兩相之間的滑動比，即： （i,j=1,2,3,ij）(1.7)式中：Sij為第 i 相與第 j 相之間的滑動比，Ui為第 i 相的真實(shí)平均速度，Uj為第 j 相的真實(shí)平均速度。第 i 相的真實(shí)平均速度與第 j 相的真實(shí)平均速度之差被稱為滑差，即：Uij=Ui-Uj （i,j=1,2,3,ij）(1.8)式中：Uij為第 i 相與第 j 相之間的滑差。5分相含率 把在單位時間內(nèi)通過管道某一截面的水流相體積與全部流體體積的比稱為含水率，即： (1.9)式中：Kw為含水率。在一定長度的管道內(nèi)水流相所占體積和該管段體積的比稱為

12、持水率，即： (1.10)式中：Yw為持水率，Vw為一定長度管道內(nèi)水流相所占體積，V 為該管段體積。油水氣三相流體中水相質(zhì)量流量所占三相質(zhì)量流量的份額稱為質(zhì)量流量含水率，即： (1.11)式中：w為質(zhì)量流量含水率。6壓力降 壓力和壓力降是兩相/多相流動中的最基本的參數(shù)之一。兩相/多相流動產(chǎn)生的壓力降與兩相/多相流系統(tǒng)其它參數(shù)有密切的關(guān)系，兩相/多相流工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)和相關(guān)參數(shù)的測量可以以壓力和壓力降的計(jì)算與測量作為參照依據(jù)。 另外，溫度、傳質(zhì)系數(shù)、傳熱系數(shù)、臨界熱通量、分散在兩相/多相流中的氣泡、液滴、顆粒尺寸及分布等也都是描述兩相/多相流動的一些特征參數(shù)。1.3 多相流測量方法的研究現(xiàn)狀與分析

13、多相流流動參數(shù)的檢測是一個難度大、國內(nèi)外都亟待研究和探索的領(lǐng)域，其發(fā)展趨勢和研究方向可總結(jié)歸納為以下幾個方面：將成熟的單相流檢測技術(shù)應(yīng)用于多相流的參數(shù)測量；對目前已有相當(dāng)基礎(chǔ)的測試技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行完善與推廣；應(yīng)用新型的信號處理技術(shù)和方法進(jìn)行多相流參數(shù)的測量、分析和監(jiān)視；進(jìn)一步發(fā)展在多相流動過程中參數(shù)測量系統(tǒng)的建模及特征參數(shù)的選取，同時對時變性的自適應(yīng)功能和動態(tài)跟蹤功能等的基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究與拓展；借助各種發(fā)展的新技術(shù)，進(jìn)一步研制靈敏度高、準(zhǔn)確度高和可靠性高的多相流傳感器和參數(shù)檢測儀表。第二章 垂直井內(nèi)多相流測試實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理研究2.1 油水氣三相流模擬井裝置 本課題采用的實(shí)驗(yàn)裝置為大慶三相流模擬井

14、實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置不僅是流量計(jì)量標(biāo)定裝置，可以進(jìn)行單相和多相流量、含水率等計(jì)量儀器的標(biāo)定校驗(yàn)；還是三相流研究試驗(yàn)裝置，可以模擬油水氣三相流的流型流態(tài)、流量及三者的配比量，開展油水氣三相流一些前沿性和基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)；同時又可以進(jìn)行三相流流動特性的研究，開展三相流測試技術(shù)研究及相關(guān)儀器的研制、開發(fā)和試驗(yàn)工作。2.1.1 油水氣三相流模擬井裝置的工作原理 該裝置采用先分相計(jì)量, 再混合成三相流混合物供三相流計(jì)量的方法設(shè)計(jì)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能準(zhǔn)確計(jì)量各單相流量和含水率并有效控制三相流的混合比例。實(shí)驗(yàn)后的三相流混合物經(jīng)氣液分離器和油水分離器后，氣體放空排出室外；水、油回收到油水分離罐內(nèi)進(jìn)行分離后送入油箱和水

15、箱，經(jīng)泵再送入試驗(yàn)管道進(jìn)行試驗(yàn), 循環(huán)重復(fù)使用。裝置的原理圖如圖2.1所示。圖2.1 三相流模擬井裝置原理圖 2.1.2 油水氣三相流模擬井裝置的組成 油水氣三相流模擬井裝置由三個系統(tǒng)組成：模擬井筒系統(tǒng)、油水氣三相介質(zhì)系統(tǒng)、計(jì)量檢測及控制系統(tǒng)。 模擬井筒系統(tǒng)由室內(nèi)外兩個垂直模擬井和室外四個水平模擬井組成。本課題中主要涉及到的是垂直井的實(shí)驗(yàn)部分。實(shí)驗(yàn)裝置中的垂直模擬井是由兩根透明有機(jī)玻璃管構(gòu)成的，井筒高約 8m 其內(nèi)徑為 125.0mm，分別安裝在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部和實(shí)驗(yàn)室外。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的模擬井和實(shí)驗(yàn)室外的模擬井筒如圖 2.2、2.3 所示。 油水氣三相介質(zhì)系統(tǒng)為整套實(shí)驗(yàn)裝置提供所需的介質(zhì)和穩(wěn)定的壓力。由

16、油泵、水泵、空氣壓縮機(jī)、油罐、水罐、油水分離罐、過濾器等組成。 計(jì)量檢測及控制系統(tǒng)由三相流動態(tài)均勻混合裝置，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。其中三相流動態(tài)均勻混合裝置如圖 2.4 所示。裝置中的各個通道分別用于調(diào)節(jié)油水氣的比例。2.2 數(shù)據(jù)采集方法與特點(diǎn)分析 2.2.1 數(shù)據(jù)采集方案 本課題采用大慶三相流模擬井實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用自來水模擬地層水、工業(yè)白油模擬原油和空氣模擬油井的產(chǎn)出氣體。實(shí)驗(yàn)采用人工配比的方法制取標(biāo)定含水率的被測油樣，使用三相流模擬井實(shí)驗(yàn)裝置模擬實(shí)際油井，經(jīng)過動態(tài)油水氣混和裝置攪拌形成油水氣混和液，反復(fù)對不同含水率的混和液測量便得到對應(yīng)同軸線相位法找水儀的頻率響應(yīng)系列值。 儀器使用三芯電

17、纜與地面面板配接進(jìn)行信號預(yù)處理，然后再把處理后的信號送至計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的采集和出圖工作。 2.2.2 基于同軸相位法找水儀的油水氣三相流數(shù)據(jù)采集 在油水氣三相流模擬井裝置上使用同軸線相位法找水儀進(jìn)行油水氣三相流的含水率及流量的數(shù)據(jù)測量。實(shí)驗(yàn)分為兩部分，第一部分：在常溫常壓下，使用采用普通集流傘的同軸線相位法找水儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過調(diào)節(jié)三相流動態(tài)均勻混合裝置流量閥門，使油水氣三相流中的氣量為 1.0m3/h 保持不變，油水氣三相流的總流量分別處于 10m3/h、20m3/h、30m3/h、40m3/h、50m3/h、60m3/h，然后在每一個流量情況下，調(diào)節(jié)三相流動態(tài)均勻混合裝置油水氣

18、各個通道的閥門人工配比使三相流中的含水率分別為 0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%。針對不同的油水氣配比，使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。第二部分：在常溫常壓下，采用同一個同軸線相位法找水儀，并將其集流傘由普通集流傘換成溢氣型集流傘，其余步驟和第一部分實(shí)驗(yàn)所用方法一致。在這兩部分的實(shí)驗(yàn)過程中都需要觀察計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件界面上的數(shù)據(jù)顯示曲線，當(dāng)數(shù)據(jù)曲線變化穩(wěn)定后，取十分鐘內(nèi)采集的數(shù)據(jù)作為一組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的頻率為每秒采集兩個數(shù)據(jù)，則每組數(shù)據(jù)含有 1200 個數(shù)據(jù)點(diǎn)。由此我們可以得到普通集流傘和溢氣型集流傘情況下各 66 組含水率頻率

19、響應(yīng)和流量值。以普通集流傘情況下的的總數(shù)據(jù)為例作圖，如圖 2.15 所示。2.2.3 基于同軸線相位法找水儀的水氣兩相流數(shù)據(jù)采集 在油水氣三相流模擬井裝置上使用同軸線相位法找水儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，自來水模擬油井的產(chǎn)出液體，空氣模擬油井的產(chǎn)出氣體。實(shí)驗(yàn)分為兩部分，第一部分：使用采用普通集流傘的同軸線相位法找水儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在常溫常壓下，通過調(diào)節(jié)三相流動態(tài)均勻混合裝置流量閥門調(diào)節(jié)水量分別處于 5m3/d、10m3/d、15m3/d、20m3/d、30m3/d、40m3/d 情況下，然后在每一個流量情況下調(diào)節(jié)氣量分別為 0m3/d、0.6m3/d、0.8m3/d、1.0m3/d、1.2m3/d、1.5m3/d

20、 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第二部分：采用同一個同軸線相位法找水儀，并將其集流器由普通集流傘換成溢氣型集流傘，在油水氣三相流模擬井裝置中進(jìn)行氣體影響實(shí)驗(yàn)。同樣，以自來水模擬油井的產(chǎn)出液體，空氣模擬油井的產(chǎn)出氣體。在常溫常壓下，通過調(diào)節(jié)三相流動態(tài)均勻混合裝置流量閥門調(diào)節(jié)水量分別處于5m3/d、10m3/d 和 15m3/d、20m3/d、30m3/d、40m3/d 情況下，然后在每一個流量情況下調(diào)節(jié)氣量分別為 0m3/d、6m3/d、0.8m3/d、1.0m3/d、1.2m3/d、1.5m3/d 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在以上的兩個步驟中都需要針對不同的水氣配比，使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。實(shí)驗(yàn)過程中觀察計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集軟

21、件界面上的數(shù)據(jù)顯示曲線，當(dāng)數(shù)據(jù)曲線變化穩(wěn)定后，取十分鐘內(nèi)采集的數(shù)據(jù)作為一組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集的頻率為每秒采集兩個數(shù)據(jù)，則每組數(shù)據(jù)含有 1200 個數(shù)據(jù)點(diǎn)。由此我們可以得到普通集流傘和溢氣型集流傘情況下各 36 組含水率頻率響應(yīng)和流量值。 所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及具體的數(shù)據(jù)分析將在第五章詳細(xì)介紹。2.2.4 數(shù)據(jù)特點(diǎn)分析 從以上的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中可以看出，本課題是在實(shí)驗(yàn)中采集的大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行多相流測量模型的建立。因此數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性非常重要，在此需對所得數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，為第三章中數(shù)據(jù)的處理奠定基礎(chǔ)。由于采用相同的實(shí)驗(yàn)裝置及儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)特點(diǎn)具有相似性，所以本節(jié)中選取其中一組數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析。圖

22、2.16為含水率為 10%，流量為 20 方的情況下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到數(shù)據(jù)并以 txt 格式保存的一部數(shù)據(jù)截圖。前四項(xiàng)在采集軟件中代表的值為水平井實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，由于本課題只研究垂直井的情況，沒有進(jìn)行水平井實(shí)驗(yàn)，所以前四項(xiàng)的值為零；第五項(xiàng)為儀器的含水率頻率響應(yīng)值；第六項(xiàng)為流量值；第七項(xiàng)為實(shí)驗(yàn)時間。圖 2.17 為這一組數(shù)據(jù)的曲線圖。圖 2.18 為這一組數(shù)據(jù)分布條形圖。 從圖 2.16 可以看出，原始的儀器響應(yīng)信號含有大量的高頻噪聲，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理。同時數(shù)據(jù)具有連續(xù)性，時序性及非線性。 從圖 2.18 中可以看出 10%含水率流量 20 方的情況下儀器的響應(yīng)值主要分布在1700Hz2000

23、Hz 之間，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和重復(fù)性還是比較好的。2.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了多相流含水率測量的實(shí)驗(yàn)裝置大慶油氣水三相流模擬井裝置，以及實(shí)驗(yàn)中使用的儀器同軸相位法找水儀，并詳細(xì)介紹了了儀器的組成部分及各部分的測量原理。通過分析垂直井內(nèi)油水氣三相流的流動特點(diǎn)制定了本課題中要采用的實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行特點(diǎn)分析，為后期選擇數(shù)據(jù)處理與建模方法打下了基礎(chǔ)。第三章 總結(jié)與展望3.1 研究工作總結(jié) 本文通過對多相流體力學(xué)的基本理論的學(xué)習(xí)，對多相流測量及其建模方面有了基本的了解。使用同軸線相位法找水儀在大慶油氣水三相流模擬井裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)，使用小波去噪的方法對所得的實(shí)驗(yàn)

24、數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理。并使用去噪后重構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原油含水率的預(yù)測模型。并從測井的實(shí)際角度出發(fā)，分析氣體對油水氣三相流測量結(jié)果的影響，提出溢氣型集流傘的應(yīng)用，并建立了相應(yīng)的基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣液分離后的含水率預(yù)測模型。為在油田生產(chǎn)中，如何準(zhǔn)確的獲取多相流含水率數(shù)據(jù)，以便采取有效措施提高原油采收率，降低開采成本，提供了必要依據(jù)，完善了連續(xù)測量原油的含水率，提高測量準(zhǔn)確度的要求。主要完成的工作和取的主要研究成果如下： （1）設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。結(jié)合油田的實(shí)際情況選用大慶油水氣三相流模擬井裝置作為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，采用同軸線相位法含水率計(jì)作為實(shí)驗(yàn)儀器。制定了在

25、垂直井的情況下的兩種實(shí)驗(yàn)方案：一種是氣體流量一定的條件下儀器的含水率、流量響應(yīng)之間不斷變化的實(shí)驗(yàn)方案；一種是考慮到三相流中氣體對測量結(jié)果的影響，選用水氣兩相流作為實(shí)驗(yàn)流體，水氣總流量和氣量之間不斷變化得實(shí)驗(yàn)方案。 （2）有效地處理數(shù)據(jù)。針對實(shí)驗(yàn)測得的流量傳感器和含水率傳感器信號受干擾情況，為保證測量的準(zhǔn)確性，確定了對實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的去噪方案。在 Matlab 中的去噪結(jié)果表明本文選擇的去噪方法有效地解決了信號的噪聲問題，為建立含水率預(yù)測模型奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 （3）提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原油含水率預(yù)測模型。由于油水氣三相流在油井中的流型流態(tài)十分復(fù)雜，并且影響測量結(jié)果的因素非常多，本文選用了神經(jīng)網(wǎng)

26、絡(luò)建立原油的含水率預(yù)測模型。由于傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一定的局限性，采用了小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測模型的建立，并與傳統(tǒng)的 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對比研究。在 Matlab 中的仿真結(jié)果表明，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原油含水率預(yù)測模型預(yù)測精度更高。 （4）提出了對含水率進(jìn)行分段預(yù)測，分別建立了基于 BP 網(wǎng)絡(luò)和小波網(wǎng)絡(luò)的原油含水率分段預(yù)測模型。預(yù)測結(jié)果表明小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分段含水率預(yù)測模型優(yōu)于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的分段含水率預(yù)測模型，并且從預(yù)測結(jié)果分析出同軸線相位法找水儀適用于中、高含水率段的測量。 （5）建立基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣液分離狀態(tài)下的原油含水率預(yù)測模型。由于課題中使用的測量傳感器只適用于測量油水兩相流，因此氣體

27、的存在必然對油井流量和含水率的測量造成很大影響。本課題通過使用采用溢氣型集流器的同軸線相位法找水儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)。并對比分析溢氣狀態(tài)下與非溢氣狀態(tài)下所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出使用采用溢氣型集流器的同軸線相位法找水儀采集得到的數(shù)據(jù)在準(zhǔn)確性上得到了很大的提高。最后分別建立了基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣液分離狀態(tài)下的整體型和分段型含水率的預(yù)測模型。3.2 展望 課題的研究對我國油田中的垂直井內(nèi)原油含水率的預(yù)測具有重要指導(dǎo)意義，為進(jìn)一步探索多相流含水率模型提供了科學(xué)依據(jù)和參考，對原油開采具有重大的實(shí)際價值。通過研究認(rèn)為有以下方面還需深入研究和進(jìn)一步探討： （1）本課題利用了自來水、工業(yè)白油和空氣的介電特性分別去模擬地下水、原油和天然氣的介電特性。所選取的原料雖然比較接近原油的成分，但是現(xiàn)場油井中多相流的成分和流型流態(tài)更加復(fù)雜多變，還需要進(jìn)一步把實(shí)驗(yàn)研究成果轉(zhuǎn)向工程實(shí)際應(yīng)用，將理論上可行的算法變?yōu)閷?shí)際可利用