基于微波多參數(shù)耦合測(cè)試含水率的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的建立

楊顯志

中石油遼河油田公司，遼寧盤(pán)錦 124010

引言

目前，SAGD采油技術(shù)已在遼河油田進(jìn)行了規(guī)模應(yīng)用。為了滿(mǎn)足SAGD高溫高壓產(chǎn)出液含水率在線的準(zhǔn)確測(cè)試，本文分析了SAGD采油環(huán)境，以產(chǎn)出液的實(shí)際工況條件為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，建立了基于微波多參數(shù)耦合測(cè)試原油含水率模型，并在此基礎(chǔ)上，研制了SAGD高溫高壓產(chǎn)出液含水率在線監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)可模擬高溫、高含水產(chǎn)出液含水率測(cè)量環(huán)境，為SAGD油井產(chǎn)出液含水率在線測(cè)量提供了客觀依據(jù)和理論指導(dǎo)。

1 測(cè)試原理

目前，常用的原油含水測(cè)試方法根據(jù)其工作原理的不同，主要可分為密度法、電容法、射線法和微波法[1-4]。其優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 含水率測(cè)試方法比較

本文針對(duì)遼河油田SAGD油井產(chǎn)出液的特點(diǎn)，研究原油含水率的測(cè)試影響因素，建立了多參數(shù)耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，對(duì)微波測(cè)試技術(shù)加以改進(jìn)，提高了測(cè)試精度，使其滿(mǎn)足遼河油田SAGD產(chǎn)出液含水率的測(cè)試需求。

1.1 微波測(cè)試原理

微波測(cè)量法是一種非接觸式測(cè)量方法，利用的是油、水對(duì)微波能量吸收能力不同進(jìn)行測(cè)試的。

微波發(fā)生器通過(guò)波導(dǎo)管向油水發(fā)射射線時(shí)，其能量會(huì)有一定的損失。某一頻率下，水對(duì)微波的吸收系數(shù)遠(yuǎn)大于原油對(duì)微波的吸收系數(shù)，通過(guò)檢波器檢測(cè)透射的能量即可檢測(cè)出原油的含水率。油、水對(duì)微波吸收規(guī)律服從郎伯—貝爾定律：

I=I0e-μcl

I-透射能量；I0-透射能量；μ-透射能量；

C－介質(zhì)濃度； l－介質(zhì)厚度；

1.2 多傳感器信息融合測(cè)試技術(shù)

多傳感器信息融合技術(shù)與單一傳感器的信號(hào)處理技術(shù)有著本質(zhì)的區(qū)別。通常傳感器都存在交叉靈敏度，表現(xiàn)在傳感器的輸出值不只決定于一個(gè)參量，當(dāng)其它參量變化時(shí)輸出值也要發(fā)生變化，存在交叉靈敏度的傳感器，性能不穩(wěn)定，測(cè)量精度較低。利用微波法對(duì)原油含水率檢測(cè)過(guò)程中就存在對(duì)溫度、壓力、密度的交叉靈敏度，降低了微波法測(cè)試的精度和穩(wěn)定性。

因此，在原有微波法的基礎(chǔ)上，對(duì)影響測(cè)試精度的溫度、壓力和密度參數(shù)進(jìn)行測(cè)試補(bǔ)償，對(duì)微波測(cè)試結(jié)果加以修正，使測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確。

1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是模擬人類(lèi)大腦而產(chǎn)生的一種信息處理技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用大量簡(jiǎn)單的處理單元(即神經(jīng)元)處理信息，神經(jīng)元按層次結(jié)構(gòu)的形式組織，每層上的神經(jīng)元以加權(quán)的方式與其它層上的神經(jīng)元聯(lián)接，采用并行結(jié)構(gòu)和并行處理機(jī)制，具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性以及自學(xué)習(xí)、自組織和自適應(yīng)能力。它僅僅借助樣本數(shù)據(jù)，無(wú)需建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，就可對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高度非線性映射[9]。具有高擬合精度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是進(jìn)行信息融合處理的有效措施。下圖是建立的含水率多參數(shù)耦合測(cè)試神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

圖1 含水率多參數(shù)耦合測(cè)試神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

該模型對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)融合處理效果較好，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)輸入?yún)?shù)與輸出結(jié)果之間的非線性映射，從而避開(kāi)了影響方程準(zhǔn)確度的誤差因素，提高了測(cè)量精度。

2 SAGD產(chǎn)出液含水率在線測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)

本文總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)并建立了基于微波法輔以多傳感信息融合技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的含水率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。試驗(yàn)裝置流程圖如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)圖

實(shí)驗(yàn)裝置主要分為：油氣水組分及物性調(diào)節(jié)系統(tǒng)、多傳感器測(cè)試系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、油氣水分離貯存系統(tǒng)。

油氣水組分及物性調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括加熱、加壓裝置、流量傳感器、混相器?？蔀閷?shí)驗(yàn)過(guò)程提供不同組分、不同物性參數(shù)的油氣水混合液。

多傳感器測(cè)試系統(tǒng)主要包括壓力、溫度、密度傳感器和氣相粗分離器。氣相粗分離器的主要作用是將混合液中大部分游離氣體進(jìn)行粗分離，減少游離氣對(duì)測(cè)試過(guò)程的影響。利用多傳感器對(duì)影響測(cè)試過(guò)程的溫度、壓力、密度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)由PLC控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)組成，通過(guò)對(duì)影響測(cè)試精度的溫度、壓力、密度等信息進(jìn)行提取，建立標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)樣本庫(kù)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理技術(shù)在線分析含水率。

油氣水分離儲(chǔ)存系統(tǒng)是由油氣水三相分離裝置及油氣水儲(chǔ)罐構(gòu)成。將試驗(yàn)后的油樣進(jìn)行三相分離并貯存。

3 結(jié)語(yǔ)

本文在分析遼河油田SAGD采油實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，建立了多參數(shù)耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，設(shè)計(jì)并建立了SAGD高溫高壓產(chǎn)出液含水率在線監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，該方法克服了以往微波法重復(fù)性差、測(cè)試精度不高的缺點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)裝置現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用到遼河油田SAGD在線含水測(cè)試技術(shù)的前期研究中，為遼河油田SAGD在線含水測(cè)試的研究做了前期準(zhǔn)備和理論指導(dǎo)。

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