基于微波多參數耦合測試含水率的實驗臺的建立

楊顯志

中石油遼河油田公司，遼寧盤錦 124010

引言

目前，SAGD采油技術已在遼河油田進行了規模應用。為了滿足SAGD高溫高壓產出液含水率在線的準確測試，本文分析了SAGD采油環境，以產出液的實際工況條件為設計基礎，建立了基于微波多參數耦合測試原油含水率模型，并在此基礎上，研制了SAGD高溫高壓產出液含水率在線監測實驗臺。

該實驗臺可模擬高溫、高含水產出液含水率測量環境，為SAGD油井產出液含水率在線測量提供了客觀依據和理論指導。

1 測試原理

目前，常用的原油含水測試方法根據其工作原理的不同，主要可分為密度法、電容法、射線法和微波法[1-4]。其優缺點比較見表1。

表1 含水率測試方法比較

本文針對遼河油田SAGD油井產出液的特點，研究原油含水率的測試影響因素，建立了多參數耦合神經網絡預測模型，對微波測試技術加以改進，提高了測試精度，使其滿足遼河油田SAGD產出液含水率的測試需求。

1.1 微波測試原理

微波測量法是一種非接觸式測量方法，利用的是油、水對微波能量吸收能力不同進行測試的。

微波發生器通過波導管向油水發射射線時，其能量會有一定的損失。某一頻率下，水對微波的吸收系數遠大于原油對微波的吸收系數，通過檢波器檢測透射的能量即可檢測出原油的含水率。油、水對微波吸收規律服從郎伯—貝爾定律：

I=I0e-μcl

I-透射能量；I0-透射能量；μ-透射能量；

C－介質濃度； l－介質厚度；

1.2 多傳感器信息融合測試技術

多傳感器信息融合技術與單一傳感器的信號處理技術有著本質的區別。通常傳感器都存在交叉靈敏度，表現在傳感器的輸出值不只決定于一個參量，當其它參量變化時輸出值也要發生變化，存在交叉靈敏度的傳感器，性能不穩定，測量精度較低。利用微波法對原油含水率檢測過程中就存在對溫度、壓力、密度的交叉靈敏度，降低了微波法測試的精度和穩定性。

因此，在原有微波法的基礎上，對影響測試精度的溫度、壓力和密度參數進行測試補償，對微波測試結果加以修正，使測試結果更加準確。

1.3 神經網絡技術

神經網絡技術是模擬人類大腦而產生的一種信息處理技術，神經網絡使用大量簡單的處理單元(即神經元)處理信息，神經元按層次結構的形式組織，每層上的神經元以加權的方式與其它層上的神經元聯接，采用并行結構和并行處理機制，具有很強的容錯性以及自學習、自組織和自適應能力。它僅僅借助樣本數據，無需建立系統的數學模型，就可對系統實現高度非線性映射[9]。具有高擬合精度的神經網絡技術是進行信息融合處理的有效措施。下圖是建立的含水率多參數耦合測試神經網絡模型。

圖1 含水率多參數耦合測試神經網絡模型

該模型對多傳感器數據融合處理效果較好，實現了多個輸入參數與輸出結果之間的非線性映射，從而避開了影響方程準確度的誤差因素，提高了測量精度。

2 SAGD產出液含水率在線測試實驗臺

本文總結現場應用的實際經驗，設計并建立了基于微波法輔以多傳感信息融合技術和神經網絡技術的含水率在線監測系統。試驗裝置流程圖如圖2所示。

圖2 實驗臺簡圖

實驗裝置主要分為：油氣水組分及物性調節系統、多傳感器測試系統、神經網絡數據分析系統、油氣水分離貯存系統。

油氣水組分及物性調節系統包括加熱、加壓裝置、流量傳感器、混相器。可為實驗過程提供不同組分、不同物性參數的油氣水混合液。

多傳感器測試系統主要包括壓力、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行粗分離，減少游離氣對測試過程的影響。利用多傳感器對影響測試過程的溫度、壓力、密度等參數進行測試。

神經網絡數據分析系統由PLC控制系統和計算機組成，通過對影響測試精度的溫度、壓力、密度等信息進行提取，建立標準的數據樣本庫，利用人工神經網絡數據處理技術在線分析含水率。

油氣水分離儲存系統是由油氣水三相分離裝置及油氣水儲罐構成。將試驗后的油樣進行三相分離并貯存。

3 結語

本文在分析遼河油田SAGD采油實際情況的基礎上，建立了多參數耦合神經網絡預測模型，設計并建立了SAGD高溫高壓產出液含水率在線監測實驗臺，該方法克服了以往微波法重復性差、測試精度不高的缺點。該實驗裝置現已經應用到遼河油田SAGD在線含水測試技術的前期研究中，為遼河油田SAGD在線含水測試的研究做了前期準備和理論指導。

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