基于多元相空间复杂网络的油水相含率测量及验证方法
【专利摘要】一种基于多元相空间复杂网络的油水相含率测量及验证方法：包括有构建多元相空间复杂网络；进行油水两相流参数测量信息计算；绘制交叉聚集系数和交叉传递性与含油率线性关系测量图版，实现对水平油水两相流含油率的测量；根据所绘的测量图版，分析交叉聚集系数、交叉传递性网络子过程量化特征与流型演化动力学关系，揭示水平油水两相流流型演化动力学机制。采用四扇区分布式电导传感器进行验证。本发明提出了一种多元相空间复杂网络方法对两相流分布式电导传感器测量信号进行信息融合，可有效辨识不同油水两相流流型；基于四扇区分布式电导传感器的多元相空间复杂网络信息融合方法可获得很好的含油率测量效果。
【专利说明】基于多元相空间复杂网络的油水相含率测量及验证方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种油水两相流相含率测量信息融合方法。特别是涉及一种针对水平 油水两相流分布式电导传感器测量信号的基于多元相空间复杂网络的油水相含率测量及 验证方法。
【背景技术】
[0002] 两相流动现象广泛存在于自然界和现代工业生产过程中，与人类的生活及生产密 切相关，准确识别两相流流型对工业生产过程优化及工艺改造有着重要意义。水平油水两 相流动广泛存在于石油开采过程中，流动结构分析和参数测量对改善油井生产特性及优化 油藏管理具有重要意义。从流体动力学、非线性时间序列分析等不同学科角度研究水平油 水两相流复杂流型内在特性是一个极具挑战的课题。水平油水两相流相含率测量技术主要 包括电导法、电容法、光学法和射线法等。由于电导传感器具有原理清晰、结构简单、响应稳 定等诸多优点，已广泛地应用于多相流参数测量中。两相流分布式传感器是由安装在测量 管道上的多对测量电极组成，其可有效测取局部流动结构信息，分布式传感器多元测量信 号不仅包含油相含率信息，同时还蕴含着丰富的流型演化非线性动力学信息。
[0003] 复杂网络理论属当今世界交叉学科前沿研究领域。近年来，基于观测数据的复杂 网络建模研究得到了来自不同学科领域学者们的广泛关注，研究表明复杂网络理论不仅可 以用于挖掘包含在非线性时间序列中的重要信息，同时也可用于研究理论模型所不能精确 描述的复杂非线性动力学系统。一元时间序列复杂网络研究已取得较大进展，但多元时间 序列复杂网络研究理论仍相当有限，仍主要集中在基于时间序列相关性分析的网络构建模 式上且其要求时间序列数量足够多以此为节点构建网络，在非脑电信号分析领域的应用上 存在较大局限性。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于多元相空间复杂网络的油水相含率 测量及验证方法，通过相空间重构并建立复杂网络的方法对多元信息进行融合，提取与含 油率具有线性关系的交叉聚集系数、交叉传递性网络指标并进行归一化处理，绘制含油率 线性关系测量图版，实现对水平油水两相流含油率的测量。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：一种基于多元相空间复杂网络的油水两相流相含率 测量方法，包括如下阶段：
[0006] 1)构建多元相空间复杂网络，包括如下步骤：
[0007] (1)获得S组等长度反映流体局部流动特征的电压测量信号即多元时间序列，其 中S为大于0的整数；
[0008] (2)将所述的S组等长度信号组成的多元时间序列重构到同一个相空间中，得到 S组向量序列，根据自递归率大于交叉递归率的阈值选取方法，对于来自同一观测信号的向 量，定义表示它们之间递归关系的自递归矩阵，对于来自不同观测信号的向量，定义表示它 们之间递归关系的交叉递归矩阵，其中，所述的自递归矩阵和交叉递归矩阵为复杂网络的 子网络，所述的递归矩阵为多元相空间复杂网络；[0009] (3)把所有的自递归矩阵和交叉递归矩阵组合在一起就构成多元观测信号的递归矩阵；[0010] 2)进行油水两相流参数测量信息计算，包括如下步骤：
【权利要求】
1. 一种基于多元相空间复杂网络的油水两相流相含率测量方法，其特征在于，包括如 下阶段： 1) 构建多元相空间复杂网络，包括如下步骤： (1) 获得S组等长度反映流体局部流动特征的电压测量信号即多元时间序列，其中S为 大于0的整数； (2) 将所述的S组等长度信号组成的多元时间序列重构到同一个相空间中，得到S组向 量序列，根据自递归率大于交叉递归率的阈值选取方法，对于来自同一观测信号的向量，定 义表示它们之间递归关系的自递归矩阵，对于来自不同观测信号的向量，定义表示它们之 间递归关系的交叉递归矩阵，其中，所述的自递归矩阵和交叉递归矩阵为复杂网络的子网 络，所述的递归矩阵为多元相空间复杂网络； (3) 把所有的自递归矩阵和交叉递归矩阵组合在一起就构成多元观测信号的递归矩 阵； 2) 进行油水两相流参数测量信息计算，包括如下步骤：
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7. -种权利要求1所述的基于多元相空间复杂网络的油水两相流相含率测量方法的 验证方法，其特征在于，采用四扇区分布式电导传感器，所述的四扇区分布式电导传感器包 括垂直上升管道（G)和安装在垂直上升管道上的四对电极，垂直上升管道（G)的内径为R， 每对电极均包括一个安装在垂直上升管道上端的激励电极（e a、eb、ec、ed)和一个安装在垂 直上升管道下端的测量电极（M A、MB、Mc、MD)，每对电极之间的距离为D，每一个电极的厚度 为H，四对电极中的每个电极包括一段弧形环，弧形环的张角为Θ，且每个电极的曲率与垂 直上升管道的曲率一致，使得电极能平滑嵌入垂直上升管道的内壁面，四个激励电极位于 垂直上升管道内的同一高度上，且彼此之间均匀间隔分布，呈非连续圆环状，四个测量电极 位于垂直上升管道内、低于四个激励电极所在高度的同一高度上，且彼此之间也均匀间隔 分布，呈非连续圆环状，其中每对电极上下平行设置；每个电极还包括一段连接在所述弧形 环上的柱形导体，用于信号的输入与输出；每个电极在管道内的灵敏度区域为一个扇形，每 个电极呈T型，由钛合金制成，实验中水相和油相的流速范围均为0. 1?2m/s ;具体实验方 法是，在管道中通入一定流量的水量，然后在管道中逐渐增加油相流量，当完成一次油水两 相流配比之后，待油水两相流流动结构稳定后，采用四扇区分布式电导传感器对水平油水 两相流进行测量，并同时用高速动态摄像仪记录图像，高速动态摄像仪图像用于定义流型， 实验的采样频率为4kHz，采样时间为30s，数据采集结束后，增加油相流量，按上述过程进 行测量直至该水量下所设计的工况都测量完成，完成一组水量测量后，增加水相流量，重复 以上过程完成下一轮测量；水相和油相的流速范围均为0. 1?2m/s ;基于实验多元测量信 号，采用多元相空间复杂网络进行信息融合，实现对不同油水流型的辨识，并计算与含油率 具有线性关系的交叉聚集系数、交叉传递性复杂网络特征指标，绘制交叉聚集系数和交叉 传递性与含油率线性关系测量图版，实现对水平油水两相流含油率的测量；分布式电导传 感器测量的多元电压信号构建多元相空间复杂网络，通过交叉聚集系数和交叉传递性与含 油率线性关系测量图版，分析交叉聚集系数、交叉传递性网络子过程量化特征与流型演化 动力学关系，揭示水平油水两相流流型演化动力学机制。
【文档编号】G01N27/00GK104048997SQ201410228719
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】高忠科, 方鹏程, 金宁德, 张新旺 申请人:天津大学