專(zhuān)利名稱(chēng):一種油氣水多相流流型在線識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種流型識(shí)別方法,具體地說(shuō)是一種水平或傾斜管內(nèi)油氣水多相流流型的在線識(shí)別方法。
傳統(tǒng)的流型識(shí)別方法主要根據(jù)流型圖或流型轉(zhuǎn)變關(guān)系式,利用現(xiàn)場(chǎng)的流動(dòng)參數(shù)來(lái)確定流型。由于在生產(chǎn)實(shí)際中流動(dòng)參數(shù)往往是需要解決的問(wèn)題,因此傳統(tǒng)方法無(wú)法得到廣泛應(yīng)用。目前采用的方法是,根據(jù)壓力或壓差或含氣率等參數(shù)的波動(dòng)過(guò)程,利用模式識(shí)別等理論來(lái)實(shí)現(xiàn)流型的智能識(shí)別。這種方法在小流速范圍內(nèi)的空氣水兩相流動(dòng)系統(tǒng)中可以得到較高的識(shí)別率。但是,由于油氣水多相流中油、水物性的差異以及存在多種油水相對(duì)分布形態(tài),油氣水多相流動(dòng)過(guò)程要比空氣水兩相流動(dòng)過(guò)程復(fù)雜得多,空氣水兩相流流型的智能識(shí)別方法無(wú)法推廣到油氣水多相流中。目前的流型識(shí)別方法研究存在兩個(gè)突出的問(wèn)題(一)流型識(shí)別的信息來(lái)源單一,即根據(jù)一種參數(shù)(壓力或壓差或含氣率)的波動(dòng)過(guò)程進(jìn)行,因此可靠性、重復(fù)性和準(zhǔn)確率都較低;(二)對(duì)信息源(參數(shù)波動(dòng)過(guò)程)的特征提取與分析技術(shù)或方法單一,不能獲得較全面反映流型規(guī)律的特征,即不能充分利用測(cè)量獲得的信息。
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,提出一種油氣水多相流流型在線識(shí)別方法,根據(jù)壓力和壓差信號(hào)特征,設(shè)計(jì)了流型識(shí)別規(guī)則,有效地提高了流型識(shí)別的實(shí)時(shí)性,同時(shí)設(shè)計(jì)了流型識(shí)別規(guī)則與模式識(shí)別方法的融合方法,盡可能地利用了各種測(cè)量信號(hào)中的信息,使識(shí)別的準(zhǔn)確性和適用性向前邁了一大步。
本發(fā)明采取的油氣水多相流流型在線識(shí)別方法,首先用傳感器拾取油氣管道的流量參數(shù)信號(hào),然后按以下步驟進(jìn)行1)進(jìn)行信號(hào)的自適應(yīng)濾波設(shè)計(jì)了信號(hào)的自適應(yīng)濾波算法,對(duì)測(cè)量信號(hào)--1個(gè)壓力和1個(gè)壓差信號(hào)進(jìn)行濾波,以提高測(cè)量信號(hào)的信噪比。
2)對(duì)經(jīng)過(guò)1)處理后的壓力和壓差信號(hào)進(jìn)行特征量提取采用了統(tǒng)計(jì)、頻譜分析和確定性混沌方法。對(duì)壓力信號(hào),提取了傅立葉功率譜、均方根和分維數(shù)特征量;對(duì)壓差信號(hào),提取了均值、傅立葉功率譜和0-10Hz的總功率譜等特征量。
3)進(jìn)行流型識(shí)別如果壓力和壓差信號(hào)的特征參數(shù)滿足一種流型的識(shí)別規(guī)則,則可立即判斷根據(jù)壓差波動(dòng)的總功率譜的大小分成兩種情況環(huán)狀流、間歇流和間歇流、泡狀流、分層流如果(壓差波動(dòng)的總功率譜>0.02),那么(1)該流動(dòng)工況屬于環(huán)狀流或間歇流,否則,(2)該流動(dòng)工況屬于間歇流或分層流或泡狀流對(duì)每種情況首先套用流型識(shí)別的規(guī)則,滿足一個(gè)流型規(guī)則,即可確定為該工況的流型種類(lèi);對(duì)第(1)組①如果滿足[(時(shí)均壓差≥1.270)并且(均方根壓差≤(1.450+時(shí)均壓差×(1.956-0.525×?xí)r均壓差)))]那么,該流動(dòng)工況屬于環(huán)狀流;②如果滿足那么,該流動(dòng)工況屬于間歇流;對(duì)第(2)組①如果滿足[壓差波動(dòng)的總功率譜≥(0.796+時(shí)均壓差×(-2.052+均壓差×(1.714-0.450×?xí)r均壓差)))]那么,該流動(dòng)工況屬于間歇流;②如果滿足(壓力波動(dòng)的分維數(shù)≥1.800)那么,該流動(dòng)工況屬于分層流;否則進(jìn)入下面的步驟。
4)采用學(xué)習(xí)矢量量化模式分類(lèi)器識(shí)別流型利用壓力波動(dòng)過(guò)程的傅立葉譜作為分類(lèi)器的輸入特征,計(jì)算該輸入特征與量化矢量的距離,然后尋找其中的最小值,最小值所對(duì)應(yīng)模板量化矢量的屬性就是該工況的流型類(lèi)別。
本方法有效地提高了流型在線識(shí)別的實(shí)時(shí)性,設(shè)計(jì)了流型識(shí)別規(guī)則判斷法與模式識(shí)別方法的融合,可利用各種測(cè)量信號(hào)中的多種信息,提高了流型識(shí)別的準(zhǔn)確性。
圖1是本發(fā)明流型識(shí)別的傳感器布置圖。
圖2是本發(fā)明流型在線識(shí)別方法的框圖。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法做進(jìn)一步的說(shuō)明。
參見(jiàn)圖1、圖2。在管道1上布置了一個(gè)壓阻式壓力傳感器2和一個(gè)電容式壓差傳感器3。壓力測(cè)點(diǎn)位于管道1的上側(cè),壓差測(cè)量段長(zhǎng)為200mm。壓力傳感器測(cè)量的是壁面靜壓力,量程為0-300KPa。壓差傳感器的量程為0-1.5KPa。壓力傳感器的量程可以根據(jù)實(shí)際情況選擇。
1)對(duì)待識(shí)別工況的壓力和壓差信號(hào),首先進(jìn)行預(yù)處理,包括去均值和濾波。
2)提取各種特征量。對(duì)壓力信號(hào),提取傅立葉功率譜、均方根和分維數(shù)特征;對(duì)壓差信號(hào),提取均值、傅立葉功率譜和0-10Hz的總功率譜。
3)根據(jù)壓差波動(dòng)的總功率譜的大小分成兩種情況環(huán)狀流、間歇流和間歇流、泡狀流、分層流。
如果(壓差波動(dòng)的總功率譜>0.02),那么(1)該流動(dòng)工況屬于環(huán)狀流或間歇流,否則,(2)該流動(dòng)工況屬于間歇流或分層流或泡狀流4)對(duì)每種情況首先套用流型識(shí)別的規(guī)則,滿足某個(gè)流型規(guī)則即可確定為該工況的流型種類(lèi)。識(shí)別結(jié)束。
對(duì)第(1)組①如果滿足[(時(shí)均壓差≥1.270)并且(均方根壓差≤(1.450+時(shí)均壓差×(1.956-0.525×?xí)r均壓差)))]那么,該流動(dòng)工況屬于環(huán)狀流②如果滿足[(時(shí)均壓差<1.150)或(均方根壓差≥-0.850+0.829×?xí)r均壓差)]那么,該流動(dòng)工況屬于間歇流對(duì)第(2)組①如果滿足[壓差波動(dòng)的總功率譜≥(0.796+時(shí)均壓差×(-2.052+均壓差×(1.714-0.450×?xí)r均壓差)))]
那么,該流動(dòng)工況屬于間歇流②如果滿足(壓力波動(dòng)的分維數(shù)≥1.800)那么,該流動(dòng)工況屬于分層流5)如果不滿足這些規(guī)則,采用模式分類(lèi)器進(jìn)行流型識(shí)別即可。
表1是本發(fā)明的方法在實(shí)際的應(yīng)用結(jié)果。水平管和小角度(±2度以?xún)?nèi))傾斜管內(nèi)的油氣水多相流動(dòng),流動(dòng)參數(shù)范圍表觀油速0.05~0.51m/s,表觀氣速0.02~50.6m/s,表觀水速0.05~1.51m/s,含油率0~80%。識(shí)別結(jié)果為環(huán)狀流的識(shí)別率為92.5%,間歇流的識(shí)別率96.9%,分層流的識(shí)別率90.4%,泡狀流的識(shí)別率90.2%。
表權(quán)利要求
1.一種油氣水多相流流型在線識(shí)別方法,首先用傳感器拾取油氣管道的流量參數(shù)信號(hào),其特征在于1)進(jìn)行信號(hào)的自適應(yīng)濾波對(duì)拾取的流量參數(shù)信號(hào)——1個(gè)壓力和1個(gè)壓差信號(hào)進(jìn)行濾波;2)對(duì)經(jīng)過(guò)自適應(yīng)濾波處理后的壓力和壓差信號(hào)提取特征量對(duì)于壓力信號(hào)提取傅立葉功率譜、均方根和分維數(shù)特征量;對(duì)于壓差信號(hào),提取均值、傅立葉功率譜和0-10Hz的總功率譜等特征量;3)進(jìn)行流型識(shí)別判斷如果壓力和壓差信號(hào)的特征參數(shù)量滿足一種流型的識(shí)別規(guī)則,則可立即判斷,否則進(jìn)入下面的步驟;4)采用學(xué)習(xí)矢量量化模式分類(lèi)器識(shí)別流型利用壓力波動(dòng)過(guò)程的傅立葉譜作為分類(lèi)器的輸入特征量,計(jì)算該輸入特征量與量化矢量的距離,尋找其中的最小值,最小值所對(duì)應(yīng)模板量化矢量的屬性就是該工況的流型類(lèi)別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣水多相流流型在線識(shí)別方法,所述的壓力和壓差信號(hào)的特征參數(shù)量滿足一種流型的識(shí)別判斷是,根據(jù)壓差波動(dòng)的總功率譜的大小分成兩種情況環(huán)狀流、間歇流和間歇流、泡狀流、分層流如果(壓差波動(dòng)的總功率譜>0.02),那么(1)該流動(dòng)工況屬于環(huán)狀流或間歇流,否則,(2)該流動(dòng)工況屬于間歇流或分層流或泡狀流對(duì)每種情況首先套用流型識(shí)別的規(guī)則,滿足一個(gè)流型規(guī)則,即可確定為該工況的流型種類(lèi);對(duì)第(1)組①如果滿足[(時(shí)均壓差≥1.270)并且(均方根壓差≤(1.450+時(shí)均壓差×(1.956-0.525×?xí)r均壓差)))]那么,該流動(dòng)工況屬于環(huán)狀流;②如果滿足[(時(shí)均壓差<1.150)或(均方根壓差≥-0.850+0.829×?xí)r均壓差)]那么,該流動(dòng)工況屬于間歇流;對(duì)第(2)組①如果滿足[壓差波動(dòng)的總功率譜≥(0.796+時(shí)均壓差×(-2.052+均壓差×(1.714-0.450×?xí)r均壓差)))]那么,該流動(dòng)工況屬于間歇流;②如果滿足(壓力波動(dòng)的分維數(shù)≥1.800)那么,該流動(dòng)工況屬于分層流;如果不滿足這些規(guī)則,則采用學(xué)習(xí)矢量量化模式分類(lèi)器進(jìn)行流型識(shí)別。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油氣水多相流流型在線識(shí)別方法,其特點(diǎn)是將采集的信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波,對(duì)經(jīng)濾波后的信號(hào)提取特征量,并根據(jù)特征量進(jìn)行流型識(shí)別,有效地提高了流型在線識(shí)別的實(shí)時(shí)性,設(shè)計(jì)了流型識(shí)別規(guī)則判斷法與模式識(shí)別方法的融合,可利用各種測(cè)量信號(hào)中的多種信息,提高了流型識(shí)別的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01N11/00GK1320815SQ0111523
公開(kāi)日2001年11月7日 申請(qǐng)日期2001年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月30日
發(fā)明者郭烈錦, 白博峰, 王忠勇 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)