專利名稱：一種油氣水三相流氣液相流速測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油氣水三相流測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種針對低產(chǎn)液井油氣水三相流氣液相流速測量方法。
背景技術(shù)：
在油井生產(chǎn)過程中，從油井采出的原油往往伴有天然氣，而且油層中存在有大量的地層水，尤其在油田開發(fā)中后期，由于長期注水開發(fā)，使得油井采出物常常是原油、天然氣和水的混合物。油氣水三相流流速的測量對于研究油氣水流動機理有著極其重要的作用，如何準(zhǔn)確測量油井內(nèi)流體流速一直是國內(nèi)外油田開發(fā)研究的重要內(nèi)容。目前用于流速測量的方法主要有:力學(xué)法、相關(guān)法、LDV (Laser DopplerVelocimetry,激光多普勒測速)法、熱學(xué)法、PIV (Particle Image Velocimetry,粒子成像測速)法、PNA (Pulsed Neutron Activation,脈沖中子活化)法和 NMR (Nuclear MagneticResonance，核磁共振)法。力學(xué)法是利用流體的動壓、動量矩等流體力學(xué)原理進行流速測量，但此方法的動態(tài)測量效果不理想。LDV法具有非接觸、精確度高、響應(yīng)快、測速范圍寬等優(yōu)點，但是要求管道透明，價格昂貴，無法在線測量。熱學(xué)法是應(yīng)用流體的流動和熱量交換的關(guān)系測得流體流速的，受外界的環(huán)境因素影響比較大。PIV法能進行流場測試，但只能對液相或氣相進行測試，且該方法造價高，管路要求可視化，現(xiàn)場應(yīng)用困難。PNA和NMR技術(shù)可以測量流體流速，但只能在實驗室條件下應(yīng)用。相關(guān)法的優(yōu)點是對溫度環(huán)境等環(huán)境因素不敏感，但若流體各相之間存在滑差就會出現(xiàn)測量誤差。后來，一種基于獨立成分分析的油氣水三相流速度測量方法被提出，該方法是將油氣水三相流進行盲源分離，然后再應(yīng)用相關(guān)法求得分相流速。但是，發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明時發(fā)現(xiàn):該方法需要使用縱向七電極電導(dǎo)傳感器得到上下游共四路油氣水流動噪聲信號，增加了流速測量的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種針對低產(chǎn)液井油氣水三相流氣液相流速測量方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中對于油氣水三相流流速測量的缺陷。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種油氣水三相流氣液相流速測量方法，所述方法包括以下步驟:A、獲取兩路流體流動噪聲信號,所述兩路流體流動噪聲信號包括上游信號Us和下游信號Ds ；B、采用基于能量解調(diào)算法的多分量信號分離方法對所述兩路流體流動噪聲信號進行信號分離，得到上游的兩個信號分量和下游的兩個信號分量；C、將所述上游的兩個信號分量和下游的兩個信號分量分別與純氣相信號或者純液相信號進行相似性對比，確定上游氣水波動信號、上游油水波動信號、下游氣水波動信號和下游油水波動信號；D、對所述上游氣水波動信號、下游氣水波動信號和上游油水波動信號、下游油水波動信號進行互相關(guān)運算，得到油氣水三相流氣相流速和液相流速。其中，所述步驟A具體包括:通過縱向六電極電導(dǎo)傳感器的兩個測量電極對，采集兩路電導(dǎo)波動信號，經(jīng)信號處理電路處理得到所述的兩路流體流動噪聲信號。其中，所述步驟B具體包括:B1-1、將所述上游信號Us經(jīng)過采樣后的上游流動噪聲信號表示為x(n)，根據(jù)信號分量的單頻假設(shè)，利用能量算子和差分能量算子得到上游流動噪聲信號滿足的差分方程的系數(shù)表達式；B1-2、根據(jù)所述差分方程的系數(shù)表達式得到上游的兩個信號分量的瞬時頻率表達式，該瞬時頻率表達式為能量算子和差分能量算子的函數(shù)；B1-3、利用所述上游的兩個信號分量的瞬時頻率和對稱差分以及能量算子函數(shù)，得到上游的兩個信號分量的瞬時幅度表達式；B1-4、根據(jù)所述上游的兩個信號分量的瞬時頻率和瞬時幅度重構(gòu)兩個信號分量，得到上游的兩個信號分量U1和U2 ；B2-1、將所述下游信號Ds經(jīng)過采樣后的下游流動噪聲信號表示為y (η)，根據(jù)信號分量的單頻假設(shè)，利用能量算子和差分能量算子得到下游流動噪聲信號滿足的差分方程的系數(shù)表達式；Β2-2、根據(jù)所述差分方程的系數(shù)表達式得到下游的兩個信號分量的瞬時頻率表達式，該瞬時頻率表達式為能量算子和差分能量算子的函數(shù)；

Β2-3、利用所述下游的兩個信號分量的瞬時頻率和對稱差分以及能量算子函數(shù)，得到下游的兩個信號分量的瞬時幅度表達式；Β2-4、根據(jù)所述下游的兩個信號分量的瞬時頻率和瞬時幅度重構(gòu)兩個信號分量，得到下游的兩個信號分量D1和D2。其中，在所述步驟Bl-1中，具體包括:所述上游流動噪聲信號X (η)滿足的差分方程為:C1 [X (n-1) +χ (η_3) ] +c2x (n_2) + [χ (η) +x (n_4) ] =0該差分方程的系數(shù)C1、C2分別為:(^=-2 (cos Ω n+cos Ω 12)c2=4cos Ω ncos Ω 12+2其中Ω n和Ω 12分別為上游兩個信號分量的瞬時頻率；所述利用能量算子和差分能量算子得到該差分方程的系數(shù)表達式為:
權(quán)利要求
1.一種油氣水三相流氣液相流速測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: A、獲取兩路流體流動噪聲信號，所述兩路流體流動噪聲信號包括上游信號Us和下游信號Ds ； B、采用基于能量解調(diào)算法的多分量信號分離方法對所述兩路流體流動噪聲信號進行信號分離，得到上游的兩個信號分量和下游的兩個信號分量； C、將所述上游的兩個信號分量和下游的兩個信號分量分別與純氣相信號或者純液相信號進行相似性對比，確定上游氣水波動信號、上游油水波動信號、下游氣水波動信號和下游油水波動信號； D、對所述上游氣水波動信號、下游氣水波動信號和上游油水波動信號、下游油水波動信號進行互相關(guān)運算，得到油氣水三相流氣相流速和液相流速。
2.如權(quán)利要求1所述的油氣水三相流氣液相流速測量方法，其特征在于，所述步驟A具體包括:通過縱向六電極電導(dǎo)傳感器的兩個測量電極對，采集兩路電導(dǎo)波動信號，經(jīng)信號處理電路處理得到所述的兩路流體流動噪聲信號。
3.如權(quán)利要求1所述的油氣水三相流氣液相流速測量方法，其特征在于，所述步驟B具體包括: B1-1、將所述上游信號Us經(jīng)過采樣后的上游流動噪聲信號表示為x(n)，根據(jù)信號分量的單頻假設(shè)，利用能量算子和差分能量算子得到上游流動噪聲信號滿足的差分方程的系數(shù)表達式； B1-2、根據(jù)所述差分方程的系數(shù)表達式得到上游的兩個信號分量的瞬時頻率表達式，該瞬時頻率表達式為能量算子和差分能量算子的函數(shù)； B1-3、利用所述上游的兩個信號分量的瞬時頻率和對稱差分以及能量算子函數(shù)，得到上游的兩個信號分量的瞬時幅度表達式； B1-4、根據(jù)所述上游的兩個信號分量的瞬時頻率和瞬時幅度重構(gòu)兩個信號分量，得到上游的兩個信號分量U1和U2; B2-1、將所述下游信號Ds經(jīng)過采樣后的下游流動噪聲信號表示為y (η)，根據(jù)信號分量的單頻假設(shè)，利用能量算子和差分能量算子得到下游流動噪聲信號滿足的差分方程的系數(shù)表達式； Β2-2、根據(jù)所述差分方程的系數(shù)表達式得到下游的兩個信號分量的瞬時頻率表達式，該瞬時頻率表達式為能量算子和差分能量算子的函數(shù)； Β2-3、利用所述下游的兩個信號分量的瞬時頻率和對稱差分以及能量算子函數(shù)，得到下游的兩個信號分量的瞬時幅度表達式； Β2-4、根據(jù)所述下游的兩個信號分量的瞬時頻率和瞬時幅度重構(gòu)兩個信號分量，得到下游的兩個信號分量D1和D2。
4.如權(quán)利要求3所述的油氣水三相流氣液相流速測量方法，其特征在于，在所述步驟Bl-1中，具體包括: 所述上游流動噪聲信號X (η)滿足的差分方程為: C1 [X (η-1) +X (n-3) ] +c2x (n_2) + [x (n) +x (n_4) ] =O 該差分方程的系數(shù)Cp C2分別為: c^-2 (cos Ω n+cos Ω 12)c2=4cos Ω ncos Ω 12+2 其中Ω n和Ω 12分別為上游兩個信號分量的瞬時頻率； 所述利用能量算子和差分能量算子得到該差分方程的系數(shù)表達式為:
5.如權(quán)利要求4所述的油氣水三相流氣液相流速測量方法，其特征在于，在所述步驟B1-2中，具體包括: 聯(lián)立式該差分方程的兩個系數(shù)表達式，得到上游的兩個信號分量的瞬時頻率表達式為:
6.如權(quán)利要求5所述的油氣水三相流氣液相流速測量方法，其特征在于，在所述步驟B1-3中，具體包括: 根據(jù)公式
7.如權(quán)利要求3所述的油氣水三相流氣液相流速測量方法，其特征在于，在所述步驟Β2-1中，具體包括: 所述下游流動噪聲信號y (η)滿足的差分方程為: (I1 [y (n-1) +y (n-3) ] +d2y (n_2) + [y (n) +y (n_4) ] =0 該差分方程的系數(shù)屯、d2分別為: d^-2 (cos Ω 21+cos Ω 22) d2=4cos Ω 21cos Ω 22+2 其中ω21和Ω22分別為下游兩個信號分量的瞬時頻率； 所述利用能量算子和差分能量算子得到該差分方程的系數(shù)表達式為:
8.如權(quán)利要求7所述的油氣水三相流氣液相流速測量方法，其特征在于，在所述步驟B2-2中，具體包括: 聯(lián)立式該差分方程的兩個系數(shù)表達式，得到下游的兩個信號分量的瞬時頻率表達式為:
9.如權(quán)利要求8所述的油氣水三相流氣液相流速測量方法，其特征在于，在所述步驟B2-3中，具體包括: 根據(jù)公式
10.如權(quán)利要求1至9任一項所述的油氣水三相流氣液相流速測量方法，其特征在于，所述步驟C具體包括: Cl、分別計算上游的兩個信號分量與上游純氣相信號或上游純液相信號的Pearson相關(guān)系數(shù)r 1 ； C2、根據(jù)所述相關(guān)系數(shù)rl確定上游氣水波動信號Uqs和上游油水波動信號Uys ； C3、分別計算下游的兩個信號分量與下游純氣相信號或下游純液相信號的Pearson相關(guān)系數(shù)r2 ； C4、根據(jù)所述相關(guān)系數(shù)r2確定下游氣水波動信號Dqs和下游油水波動信號Dys。
11.如權(quán)利要求10所述的油氣水三相流氣液相流速測量方法，其特征在于，所述步驟D具體包括: Dl、對所述上游氣水波動信號Uqs和下游氣水波動信號Dqs進行時延估計，計算得到氣水波動信號之間的延遲時間tqs ；D2、根據(jù)公式Vqs=IVtqs計算氣相流速，其中L為已知的上下游測量電極對間的距離，Vqs為氣相流速； D3、對所述上游油水波動信號Uys和下游油水波動信號Dys進行時延估計，計算得到油水波動信號之間的延遲時間tys ； D4、根據(jù)公式vys=L/tys計算液相流速，其中L為已知的上下游測量電極對間的距離，Vys為液相 流速。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油氣水三相流氣液相流速測量方法，采用基于能量解調(diào)算法的多分量信號分離方法對采集的油氣水三相流流動噪聲信號進行信號分離，分別得到氣水兩相波動信號和油水兩相波動信號。通過對分離得到的上下游氣水兩相波動信號和上下游油水兩相波動信號分別進行時延估計，進而可以得到氣相流速和液相流速。采用本發(fā)明進行油氣水三相流速度測量，降低了需要采用多路采集信號進行流速測量的復(fù)雜性，同時減小了采用分離計量模式對三相流進行速度測量造成的測量誤差問題，從而使得到的測量結(jié)果更為準(zhǔn)確實際。
文檔編號G01P5/08GK103175986SQ20131007671
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者李英偉, 于莉娜, 孔令富, 劉興斌, 李曉明, 黃春輝, 杜勝雪, 孔維航 申請人:燕山大學(xué)