CN110411985B - 一种油气水三相流分相含率测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气水三相流分相含率测量方法及系统。该方法包括：获取预设时间段内光纤探针测量出的电压信号，生成电压信号集；将电压信号集划分为上升信号集和下降信号集；采用多阈值法对上升信号集和下降信号集中的电压信号进行分类，得到第一油相信号类、第一气相信号类、第一水相信号类、第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类；计算油相含率、水相含率和气相含率。采用本发明的油气水三相流分相含率测量方法及系统，能够在不需要对探针进行加工改造的情况下，得到更加准确的油气水三相流各相含率，降低了信号采集的复杂性，提高了测量结果的准确性。

Description

一种油气水三相流分相含率测量方法及系统

技术领域

本发明涉及油气水三相流测量技术领域，特别是涉及一种油气水三相流分相含率测量方法及系统。

背景技术

在油井开采的过程中，溶解在油井深储藏区的天然气随着原油向上流动，压力减小，气体逐渐析出，再加上油层中存在着的大量地层水，在油井中形成了油气水三相流流动特性。另外，在油井开发中后期，为了提高采收率，注水、注气开发导致井内含水率持续上升，开采出来的大部分是原油、天然气和水的混合物。在油气生产井中，给出各分层产出油气水数量的测井方法称为产出剖面测井，油气水三相流中分相含率是产出剖面测井的重要参数，对于提高油气产量和提高油气开采效率有着至关重要的作用。

目前，国内外对于多相流中单相含率测量的研究比较多。常用的气相含率测量方法有光学多普勒—反射波法、快关阀门法、超声波法、LS-SVM软测量、光纤探针法和X射线流动层析成像技术等；常用的水相含率测量方法有电导探针法、阻抗法等；常用的油相含率测量法有质量流量计、压差法等。在测量油气水三相流三相含率时主要通过测量两相含率来推算出第三相含率，如光纤电导组合法，但是目前有的光纤和电导组合测量仪器和方法占用空间大，不方便使用。光纤探针法对于油气水三相流的测量可以直接获得较准确含气率，但是水相含率和油相含率很难直接获得。

本发明是在光纤探法的基础上提出了一种新的测量信号处理方法，从而得到油气水三相流分相含率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤探针法的油气水三相流分相含率测量方法及系统，能够在不需要对探针进行加工改造的情况下，准确得到油气水三相流各相含率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种油气水三相流分相含率测量方法，包括：

将光纤探针置于油气水三相流中，获取预设时间段内所述光纤探针测量出的电压信号，并按时间顺序将所述电压信号进行排列，生成电压信号集；所述电压信号集包括油相电压信号、水相电压信号和气相电压信号；

将所述电压信号集划分为上升信号集和下降信号集；所述上升信号集包括多个上升电压信号组，所述下降信号集包括多个下降电压信号组；每个所述上升电压信号组包括多个相邻且电压值单调递增的上升电压信号；每个所述下降电压信号组包括多个相邻且电压值单调递减的下降电压信号；

采用多阈值法对所述上升信号集中的电压信号进行分类，得到第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类；采用多阈值法对所述下降信号集中的电压信号进行分类，得到第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类；

根据所述第一油相信号类中电压信号点数、所述第二油相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算油相含率；根据所述第一水相信号类中电压信号点数、所述第二水相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算水相含率；根据所述第一气相信号类中电压信号点数、所述第二气相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算气相含率；所述总电压信号点数为所述电压信号集中电压信号总点数。

可选的，所述采用多阈值法对所述上升信号集中的电压信号进行分类，具体包括：

将光纤探针置于油相中，获取所述光纤探针测量出的多个油相电压信号；将光纤探针置于水相中，获取所述光纤探针测量出的多个水相电压信号；

比较所述油相电压信号的电压值，得到最大油相电压值k1；比较所述水相电压信号的电压值，得到最小水相电压值k2和最大水相电压值k3；

比较所述上升电压信号组中上升电压信号的电压值，得到最大上升电压值 U_max和最小上升电压值U_min；

若U_max≤k3，将电压值小于或等于k1的上升电压信号存入所述第一油相信号类，将电压值大于k1的上升电压信号存入所述第一水相信号类；若U_max>k3且U_min≥k2，将电压值小于或等于k3的上升电压信号存入所述第一水相信号类，将电压值大于k3的上升电压信号存入所述第一气相信号类；若 U_max>k3且U_min<k2，将电压值小于或等于k1的上升电压信号存入第一油相信号类，将电压值大于k1的上升电压信号存入第一气相信号类；

判断是否遍历完所有上升电压信号组；若遍历完成，输出第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类；否则，获取下一个所述上升电压信号组，并返回步骤“比较所述上升电压信号组中上升电压信号的电压值”。

可选的，所述采用多阈值法对所述下降信号集中的电压信号进行分类，具体包括：

将光纤探针置于气相中，获取所述光纤探针测量出的多个气相电压信号；

比较所述气相电压信号的电压值，得到最小气相电压值k4；

比较所述下降电压信号组中下降电压信号的电压值，得到最大下降电压值 U_max’和最小下降电压值U_min’；

若U_max’≤k3，将电压值小于k2的下降电压信号存入所述第二油相信号类，将电压值大于或等于k2的下降电压信号存入所述第二水相信号类；若U_max’>k3 且U_min’≥k2，将电压值小于k4的下降电压信号存入所述第二水相信号类，将电压值大于或等于k4的下降电压信号存入所述第二气相信号类；若U_max’>k3 且U_min’<k2，将电压值小于k4的下降电压信号存入第二油相信号类，将电压值大于或等于k4的下降电压信号存入第二气相信号类；

判断是否遍历完所有下降电压信号组；若遍历完成，输出第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类；否则，获取下一个所述下降电压信号组，并返回步骤“比较所述下降电压信号组中下降电压信号的电压值”。

可选的，所述根据所述第一油相信号类中电压信号点数、所述第二油相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算油相含率，具体包括：

对所述第一油相信号类中电压信号点数和所述第二油相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到油相信号类总电压信号点数；

将所述油相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到油相含率；

所述根据所述第一水相信号类中电压信号点数、所述第二水相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算水相含率，具体包括：

对所述第一水相信号类中电压信号点数和所述第二水相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到水相信号类总电压信号点数；

将所述水相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到水相含率；

所述根据所述第一气相信号类中电压信号点数、所述第二气相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算气相含率，具体包括：

对所述第一气相信号类中电压信号点数和所述第二气相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到气相信号类总电压信号点数；

将所述气相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到气相含率。

本发明还提供一种油气水三相流分相含率测量系统，包括：

电压信号集生成模块，用于将光纤探针置于油气水三相流中，获取预设时间段内所述光纤探针测量出的电压信号，并按时间顺序将所述电压信号进行排列，生成电压信号集；所述电压信号集包括油相电压信号、水相电压信号和气相电压信号；

电压信号集划分模块，将所述电压信号集划分为上升信号集和下降信号集；所述上升信号集包括多个上升电压信号组，所述下降信号集包括多个下降电压信号组；每个所述上升电压信号组包括多个相邻且电压值单调递增的上升电压信号；每个所述下降电压信号组包括多个相邻且电压值单调递减的下降电压信号；

电压信号分类模块，用于采用多阈值法对所述上升信号集中的电压信号进行分类，得到第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类；还用于采用多阈值法对所述下降信号集中的电压信号进行分类，得到第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类；

气相含率计算模块，用于根据所述第一油相信号类中电压信号点数、所述第二油相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算油相含率；根据所述第一水相信号类中电压信号点数、所述第二水相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算水相含率；根据所述第一气相信号类中电压信号点数、所述第二气相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算气相含率；所述总电压信号点数为所述电压信号集中电压信号总点数。

可选的，所述电压信号分类模块，具体包括：

油相电压信号获取单元，用于获取所述光纤探针测量出的多个油相电压信号；

水相电压信号获取单元，用于获取所述光纤探针测量出的多个水相电压信号；

第一比较单元，用于比较所述油相电压信号的电压值，得到最大油相电压值k1；比较所述水相电压信号的电压值，得到最小水相电压值k2和最大水相电压值k3；

第二比较单元，用于比较所述上升电压信号组中上升电压信号的电压值，得到最大上升电压值U_max和最小上升电压值U_min；

第一存储单元，用于在U_max≤k3时，将电压值小于或等于k1的上升电压信号存入所述第一油相信号类，将电压值大于k1的上升电压信号存入所述第一水相信号类；在U_max>k3且U_min≥k2时，将电压值小于或等于k3的上升电压信号存入所述第一水相信号类，将电压值大于k3的上升电压信号存入所述第一气相信号类；在U_max>k3且U_min<k2时，将电压值小于或等于k1的上升电压信号存入第一油相信号类，将电压值大于k1的上升电压信号存入第一气相信号类；

第一判断单元，用于判断是否遍历完所有上升电压信号组；若遍历完成，将指令发送至第一输出单元，若没有遍历完成，获取下一个所述上升电压信号组，并将指令发送至所述第二比较单元；

第一输出单元，用于输出第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类。

可选的，所述电压信号分类模块，还包括：

气相电压信号获取单元，用于获取所述光纤探针测量出的多个气相电压信号；

第三比较单元，用于比较所述气相电压信号的电压值，得到最小气相电压值k4；

第四比较单元，用于比较所述下降电压信号组中下降电压信号的电压值，得到最大下降电压值U_max’和最小下降电压值U_min’；

第二存储单元，用于当若U_max’≤k3时，将电压值小于k2的下降电压信号存入所述第二油相信号类，将电压值大于或等于k2的下降电压信号存入所述第二水相信号类；当U_max’>k3且U_min’≥k2，将电压值小于k4的下降电压信号存入所述第二水相信号类，将电压值大于或等于k4的下降电压信号存入所述第二气相信号类；若U_max’>k3且U_min’<k2，将电压值小于k4的下降电压信号存入第二油相信号类，将电压值大于或等于k4的下降电压信号存入第二气相信号类；

第二判断单元，用于判断是否遍历完所有下降电压信号组；若遍历完成，将指令发送至第二输出单元；若没有遍历完成，获取下一个所述下降电压信号组，并将指令发送至所述第四比较单元；

第二输出单元，用于输出第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类。

可选的，所述气相含率计算模块，具体包括：油相含率计算单元、水相含率计算单元和气相含率计算单元；

所述油相含率计算单元，具体包括：

油相信号类总电压信号点数生成子单元，用于对所述第一油相信号类中电压信号点数和所述第二油相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到油相信号类总电压信号点数；

油相含率计算子单元，用于将所述油相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到油相含率；

所述水相含率计算单元，具体包括：

水相信号类总电压信号点数生成子单元，用于对所述第一水相信号类中电压信号点数和所述第二水相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到水相信号类总电压信号点数；

水相含率计算子单元，用于将所述水相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到水相含率；

所述气相含率计算单元，具体包括：

气相信号类总电压信号点数生成子单元，用于对所述第一气相信号类中电压信号点数和所述第二气相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到气相信号类总电压信号点数；

气相含率计算子单元，用于将所述气相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到气相含率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种油气水三相流分相含率测量方法及系统，通过将光纤探针置于油气水三相流中获取油相电压信号、水相电压信号和气相电压信号；并将电压信号集划分为上升信号集和下降信号集；通过分析光纤探针穿过不同相态的过程，采用多阈值法将上升信号集和下降信号集中的电压信号分为第一油相信号类、第二油相信号类、第一气相信号类、第二气相信号类、第一水相信号类和第二水相信号类；最后通过不同流相信号个数所占比重来得到油气水三相流分相含率。通过本发明的油气水三相流分相含率测量方法及系统，能够在不需要对探针进行加工改造的情况下，准确得到油气水三相流各相含率，降低了信号采集的复杂性，同时减小了采用单阈值法对气相含率测量造成的测量误差，从而使得到的测量结果更为准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中油气水三相流分相含率测量方法流程图；

图2为本发明实施例一中油气水三相流分相含率测量系统结构图；

图3为本发明实施例二中油气水三相流分相含率测量方法流程图；

图4为本发明实施例二中光纤探针测量油气水三相流分相含率信号采集实验示意图；

图5为本发明实施例二中采集到的信号类S的波形图；

图6为本发明实施例二中利用相邻信号比较法将信号类S拆分下来的上升信号段类Us的折线图；

图7为本发明实施例二中利用相邻信号比较法将信号类S拆分下来的下降信号段类Ds的折线图；

图8为本发明实施例二中多阈值法将信号分为油相信号类Os、气相信号类Gs和水相信号类Ws的方法流程图；

图9为本发明实施例二中利用多阈值法将上升信号段类Us分为油相信号类Os、气相信号类Gs和水相信号类Ws结果散点图；

图10为本发明实施例二中利用多阈值法将下降信号段类Ds分为油相信号类Os、气相信号类Gs和水相信号类Ws结果散点图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于光纤探针法的油气水三相流分相含率测量方法及系统，能够在不需要对探针进行加工改造的情况下，准确得到油气水三相流各相含率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种油气水三相流分相含率测量方法流程图，如图1所示，一种油气水三相流分相含率测量方法，包括：

步骤101：将光纤探针置于油气水三相流中，获取预设时间段内光纤探针测量出的电压信号，并按时间顺序将电压信号进行排列，生成电压信号集；电压信号集包括：油相电压信号、水相电压信号和气相电压信号。

步骤102：将电压信号集划分为上升信号集和下降信号集；上升信号集包括多个上升电压信号组，下降信号集包括多个下降电压信号组；每个上升电压信号组包括多个相邻且电压值单调递增的上升电压信号；每个下降电压信号组包括多个相邻且电压值单调递减的下降电压信号。

步骤103：采用多阈值法对上升信号集中的电压信号进行分类，得到第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类；采用多阈值法对下降信号集中的电压信号进行分类，得到第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类。

采用多阈值法对上升信号集中的电压信号进行分类，具体包括：

将光纤探针置于油相中，获取光纤探针测量出的多个油相电压信号；将光纤探针置于水相中，获取光纤探针测量出的多个水相电压信号。

比较油相电压信号的电压值，得到最大油相电压值k1；比较水相电压信号的电压值，得到最小水相电压值k2和最大水相电压值k3。

比较上升电压信号组中上升电压信号的电压值，得到最大上升电压值U_max和最小上升电压值U_min。

若U_max≤k3，将上升电压信号组中电压值小于或等于k1的上升电压信号存入第一油相信号类，将上升电压信号组中电压值大于k1的上升电压信号存入第一水相信号类；若U_max>k3且U_min≥k2，将上升电压信号组中电压值小于或等于k3的上升电压信号存入第一水相信号类，将上升电压信号组中电压值大于k3的上升电压信号存入第一气相信号类；若U_max>k3且U_min<k2，将上升电压信号组中电压值小于或等于k1的上升电压信号存入第一油相信号类，将上升电压信号组中电压值大于k1的上升电压信号存入第一气相信号类。

判断是否遍历完所有上升电压信号组；若遍历完成，输出第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类；否则，获取下一个上升电压信号组，并返回步骤“比较上升电压信号组中上升电压信号的电压值”。

采用多阈值法对下降信号集中的电压信号进行分类，具体包括：

将光纤探针置于气相中，获取光纤探针测量出的多个气相电压信号。

比较气相电压信号的电压值，得到最小气相电压值k4。

比较下降电压信号组中下降电压信号的电压值，得到最大下降电压值 U_max’和最小下降电压值U_min’。

若U_max’≤k3，将下降电压信号组中电压值小于k2的下降电压信号存入第二油相信号类，将下降电压信号组中电压值大于或等于k2的下降电压信号存入第二水相信号类；若U_max’>k3且U_min’≥k2，将下降电压信号组中电压值小于k4的下降电压信号存入第二水相信号类，将下降电压信号组中电压值大于或等于k4的下降电压信号存入第二气相信号类；若U_max’>k3且U_min’<k2，将下降电压信号组中电压值小于k4的下降电压信号存入第二油相信号类，将下降电压信号组中电压值大于或等于k4的下降电压信号存入第二气相信号类。

判断是否遍历完所有下降电压信号组；若遍历完成，输出第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类；否则，获取下一个下降电压信号组，并返回步骤“比较下降电压信号组中下降电压信号的电压值”。

步骤104：根据第一油相信号类中电压信号点数、第二油相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算油相含率；根据第一水相信号类中电压信号点数、第二水相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算水相含率；根据第一气相信号类中电压信号点数、第二气相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算气相含率；总电压信号点数为电压信号集中电压信号总点数。

根据第一油相信号类中电压信号点数、第二油相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算油相含率，具体包括：

对第一油相信号类中电压信号点数和第二油相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到油相信号类总电压信号点数。

将油相信号类总电压信号点数与总电压信号点数作商，得到油相含率。

根据第一水相信号类中电压信号点数、第二水相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算水相含率，具体包括：

对第一水相信号类中电压信号点数和第二水相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到水相信号类总电压信号点数。

将水相信号类总电压信号点数与总电压信号点数作商，得到水相含率。

根据第一气相信号类中电压信号点数、第二气相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算气相含率，具体包括：

对第一气相信号类中电压信号点数和第二气相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到气相信号类总电压信号点数。

将气相信号类总电压信号点数与总电压信号点数作商，得到气相含率。

图2为本发明实施例提供的一种油气水三相流分相含率测量系统结构图，如图2所示，一种油气水三相流分相含率测量系统包括：

电压信号集生成模块201，用于将光纤探针置于油气水三相流中，获取预设时间段内光纤探针测量出的电压信号，并按时间顺序将电压信号进行排列，生成电压信号集；电压信号集包括油相电压信号、水相电压信号和气相电压信号。

电压信号集划分模块202，将电压信号集划分为上升信号集和下降信号集；上升信号集包括多个上升电压信号组，下降信号集包括多个下降电压信号组；每个上升电压信号组包括多个相邻且电压值单调递增的上升电压信号；每个下降电压信号组包括多个相邻且电压值单调递减的下降电压信号。

电压信号分类模块203，用于采用多阈值法对上升信号集中的电压信号进行分类，得到第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类；还用于采用多阈值法对下降信号集中的电压信号进行分类，得到第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类。

电压信号分类模块203，具体包括：

油相电压信号获取单元，用于获取光纤探针测量出的多个油相电压信号。

水相电压信号获取单元，用于获取光纤探针测量出的多个水相电压信号。

第一比较单元，用于比较油相电压信号的电压值，得到最大油相电压值 k1；比较水相电压信号的电压值，得到最小水相电压值k2和最大水相电压值 k3。

第二比较单元，用于比较上升电压信号组中上升电压信号的电压值，得到最大上升电压值U_max和最小上升电压值U_min。

第一存储单元，用于在U_max≤k3时，将上升电压信号组中电压值小于或等于k1的上升电压信号存入第一油相信号类，将上升电压信号组中电压值大于 k1的上升电压信号存入第一水相信号类；在U_max>k3且U_min≥k2时，将上升电压信号组中电压值小于或等于k3的上升电压信号存入第一水相信号类，将上升电压信号组中电压值大于k3的上升电压信号存入第一气相信号类；在 U_max>k3且U_min<k2时，将上升电压信号组中电压值小于或等于k1的上升电压信号存入第一油相信号类，将上升电压信号组中电压值大于k1的上升电压信号存入第一气相信号类。

第一判断单元，用于判断是否遍历完所有上升电压信号组；若遍历完成，将指令发送至第一输出单元，若没有遍历完成，获取下一个上升电压信号组，并将指令发送至第二比较单元。

第一输出单元，用于输出第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类。

气相电压信号获取单元，用于获取光纤探针测量出的多个气相电压信号。

第三比较单元，用于比较气相电压信号的电压值，得到最小气相电压值 k4。

第四比较单元，用于比较下降电压信号组中下降电压信号的电压值，得到最大下降电压值U_max’和最小下降电压值U_min’。

第二存储单元，用于当若U_max’≤k3时，将下降电压信号组中电压值小于 k2的下降电压信号存入第二油相信号类，将下降电压信号组中电压值大于或等于k2的下降电压信号存入第二水相信号类；当U_max’>k3且U_min’≥k2，将下降电压信号组中电压值小于k4的下降电压信号存入第二水相信号类，将下降电压信号组中电压值大于或等于k4的下降电压信号存入第二气相信号类；若 U_max’>k3且U_min’<k2，将下降电压信号组中电压值小于k4的下降电压信号存入第二油相信号类，将下降电压信号组中电压值大于或等于k4的下降电压信号存入第二气相信号类。

第二判断单元，用于判断是否遍历完所有下降电压信号组；若遍历完成，将指令发送至第二输出单元；若没有遍历完成，获取下一个下降电压信号组，并将指令发送至第四比较单元。

第二输出单元，用于输出第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类。

气相含率计算模块204，用于根据第一油相信号类中电压信号点数、第二油相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算油相含率；根据第一水相信号类中电压信号点数、第二水相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算水相含率；根据第一气相信号类中电压信号点数、第二气相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算气相含率；总电压信号点数为电压信号集中电压信号总点数。

气相含率计算模块204，具体包括：油相含率计算单元、水相含率计算单元和气相含率计算单元。

油相含率计算单元，具体包括：

油相信号类总电压信号点数生成子单元，用于对第一油相信号类中电压信号点数和第二油相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到油相信号类总电压信号点数。

油相含率计算子单元，用于将油相信号类总电压信号点数与总电压信号点数作商，得到油相含率。

水相含率计算单元，具体包括：

水相信号类总电压信号点数生成子单元，用于对第一水相信号类中电压信号点数和第二水相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到水相信号类总电压信号点数。

水相含率计算子单元，用于将水相信号类总电压信号点数与总电压信号点数作商，得到水相含率。

气相含率计算单元，具体包括：

气相信号类总电压信号点数生成子单元，用于对第一气相信号类中电压信号点数和第二气相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到气相信号类总电压信号点数。

气相含率计算子单元，用于将气相信号类总电压信号点数与总电压信号点数作商，得到气相含率。

实施例二

光纤探针法测量油气水三相流分相含率的原理是基于全反射原理，利用不同介质对光纤的折射率不同全反射角不同从而导致反射光线的强度也不同。反射光线强度越大输出电压越高，反射光线强度越小输出电压越小，随着三相流流体交替穿过光纤探针时，敏感头可能会处于不同流相的交界处，返回的光照轻度也会发生变化，通过检测经敏感探头反射回接收端光线强度的强弱变化，来输出高低不同的电压信号。光纤探针静止不动，流体运动会穿过光纤探针，由于光纤探针敏感头敏感区较小，主要集中在尖部，敏感区同时处于油气水三相中的情况很少，所以现只分析光纤探针敏感头穿过两种流相交界处时电压信号的变化规律。在油气水三相流中，气相信号响应值最大，油相信号响应值最小，因此，流体流经探针时，若流体成分由油-水-气，则信号为上升，反之，则下降，也就是说，当光纤探针敏感头穿过不同两种流相的交界处时，电压信号会逐渐变大或逐渐变小，这个逐渐变大或逐渐变小的过程就是光纤探针敏感头所处的流相由一种流相转变成另一种流相的过渡过程，而光纤探针敏感头顶部所处的流相在开始过渡时就发生了变化，所以利用开始过渡时的阈值信号，可以将信号分为敏感头顶部所处的开始过渡前和开始过渡两种不同流相的信号。因为信号在上升阶段和在下降阶段的规律有所不同(若流体静止不动，探针在单相流体中，信号值不变；若流体运动，在相态切换时信号上升或下降)，所以需要利用相邻信号比较法来把信号分成上升信号段和下降信号段两类，然后根据不同流相穿过光纤探针的信号变化规律来确定不同信号所对应的敏感头顶部所处的流相，最后通过不同流相的信号点数来估算油气水三相流分相含率。

本实施例的油气水三相流分相含率测量方法的流程如图3所示，包括以下步骤：

步骤s01：获取光纤探针测量油气水三相流的所有电压信号S。本实施例中，光纤探针测量油气水三相流分相含率信号采集实验示意图如图4所示，实验装置包括：驱动电路1、光纤探针2、集流伞3、有机玻璃模拟井4、多芯电缆5、电源6和示波器7。将光纤探针2安装在有机玻璃模拟井4管道内，管道内的油流量为16.5m³/d，水流量为13.5m³/d，气流量为18m³/d。光纤探针2 传感器下部连接集流伞3，对流体进行集流，上部连接驱动电路1，通过多芯电缆5给仪器供电进行信号的采集，获取光纤探针2测量油气水三相流T时间段内的所有数字电压信号点，并存储在总信号类S中，信号点总数为n，信号类S的波形图如图5所示，图5中横坐标表示信号点，纵坐标表示电压mv。

步骤s02：利用相邻信号比较法将信号类S拆分为上升信号段类Us和下降信号段类Ds。

步骤s02具体步骤如下：

(a)创建两个类，分别为上升信号段类Us和下降信号段类Ds；

(b)设置遍历信号类S(n)的标志i，令i＝0；

(c)设置判断信号段是否单调的flag，如果S(2)>S(1)令flag＝1，否则，令flag＝0；

(d)令i＝i+1，判断i，如果i＝n，结束；

(e)判断S(i)和S(i+1)，如果S (i+1)>S(i)，转到步骤(f)，否则，转到步骤(g)；

(f)判断flag，如果flag＝0，令flag＝1将S(i)之前的所有点信号组成的信号段截取下来当做一个对象存储在下降信号段类Ds中，返回步骤(d)，否则，不做任何操作，返回步骤(d)；

(g)判断flag，如果flag＝1，令flag＝0将S(i)之前的所有点信号组成的信号段截取下来当做一个对象存储在上升信号段类Us中，返回步骤(d)，否则，不做任何操作，返回步骤(d)。

拆分下来的上升信号段类Us折线图如图6所示，下降信号段类Ds折线图如图7所示。图6和图7中横坐标表示信号点，纵坐标表示电压mv。

步骤s03：利用多阈值法分别将上升信号段类Us和下降信号段类Ds分为油相信号类Os、气相信号类Gs和水相信号类Ws。

多阈值法将信号分为油相信号类Os、气相信号类Gs和水相信号类Ws的方法流程图如图8所示，步骤s03具体步骤如下：

(1)创建用来存储油相信号的油相信号类Os，用来存储水相信号的水相信号类Ws，用来存储气相信号的气相信号类Gs；

(2)将光纤探针放入油相中测出一组电压信号数据，求出这组数据的最大值k1＝3.103e+03mv，将光纤探针放入水相中测出一组电压信号数据，求出这组数据的最小值k2＝3.207e+03mv和最大值k3＝3.301e+03mv，将光纤探针放入气相中测出一组电压信号数据，求出这组数据的最小值k4＝4.406e+03mv；

(3)设置遍历上升信号段类Us(u)的标志i，令i＝0；

(4)令i＝i+1，判断i如果i＝u，转到步骤(9)；

(5)求出Us(i)中最小信号umins和最大信号umaxs；

(6)如果umaxs<k3，用k1作为阈值将上升信号段划分出两个区域，小于 k1部分的点信号存储到油相信号类Os，大于k1部分的点信号存储到水相信号类Ws，返回步骤(4)；

(7)umins>k2，用k3作为阈值将上升信号段划分出两个区域，小于k3部分的点信号存储到水相信号类Ws，大于k3部分的点信号存储到气相信号类Gs。返回步骤(4)；

(8)除umaxs<k3和umins>k2这两种情况外，用k1作为阈值将上升信号段划分出两个区域，小于k1部分的点信号存储到油相信号类Os，大于k1部分的点信号存储到气相信号类Gs，返回步骤(4)；

(9)设置遍历下降信号段类Ds(d)的标志j，令j＝0；

(10)令j＝j+1，判断j如果j＝d，结束；

(11)求出Ds(j)中最小信号dmins和最大信号dmaxs；

(12)如果dmaxs<k3，用k2作为阈值将下降信号段划分出两个区域，小于 k2部分的点信号存储到油相信号类Os，大于k2部分的点信号存储到水相信号类Ws,返回步骤(10)；

(13)如果dmins>k2，用k4作为阈值将下降信号段划分出两个区域，小于 k4部分的点信号存储到水相信号类Ws，大于k4部分的点信号存储到气相信号类Gs，返回步骤(10)；

(14)除dmaxs<k3和dmins>k2两种情况外，用k4作为阈值将下降信号段划分出两个区域，小于k4部分的点信号存储到油相信号类Os，大于k4部分的点信号存储到气相信号类Gs，返回步骤(10)。

上升段用k1和k3，下降段用k2和k4，是因为上升段最大值只有同k3比较才能明确是油->水，还是油->气；下降段只有同k2比较才能明确是气->水，还是气->油。利用多阈值法将上升信号段类Us分为油相信号类Os、气相信号类Gs和水相信号类Ws结果散点图如图9所示。利用多阈值法将下降信号段类Ds分为油相信号类Os、气相信号类Gs和水相信号类Ws结果散点图如图 10所示。图9和图10中横坐标表示信号点，纵坐标表示电压mv。

步骤s04：根据油相信号类Os、气相信号类Gs和水相信号类Ws中信号点数以及总信号点数求出油气水三相流分相含率。

求出油相信号类Os中所有点信号的个数，除以信号总数n即油气水三相流中的测量油相含率为12.98％，实际油相含率为21.8％。

求出气相信号类Gs中所有点信号的个数，除以信号总数n即油气水三相流中的测量气相含率为27.1％，实际气相含率为37.5％。

求出水相信号类Ws中所有点信号的个数，除以信号总数n即油气水三相流中的测量水相含率为59.8％，实际水相含率为40.6％。

本发明是在光纤探法的基础上采用了一种新的测量信号处理方法，在不需要对探针进行加工改造的情况下，克服了光纤探针法不能测量三相含率的缺陷，使得测量更加方便简洁。而且本发明对光纤探针测量油气水三相流的过程进行了详细分解，考虑了多种可能情况对测量信号进行处理，不仅可以同时测量出油气水三相流各相含率，而且对于气相含率的测量也比之前的技术更为实际准确。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种油气水三相流分相含率测量方法，其特征在于，包括：

将光纤探针置于油气水三相流中，获取预设时间段内所述光纤探针测量出的电压信号，并按时间顺序将所述电压信号进行排列，生成电压信号集；所述电压信号集包括油相电压信号、水相电压信号和气相电压信号；

将所述电压信号集划分为上升信号集和下降信号集；所述上升信号集包括多个上升电压信号组，所述下降信号集包括多个下降电压信号组；每个所述上升电压信号组包括多个相邻且电压值递增的上升电压信号；每个所述下降电压信号组包括多个相邻且电压值递减的下降电压信号；

采用多阈值法对所述上升信号集中的电压信号进行分类，得到第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类；采用多阈值法对所述下降信号集中的电压信号进行分类，得到第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类；

根据所述第一油相信号类中电压信号点数、所述第二油相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算油相含率；根据所述第一水相信号类中电压信号点数、所述第二水相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算水相含率；根据所述第一气相信号类中电压信号点数、所述第二气相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算气相含率；所述总电压信号点数为所述电压信号集中电压信号总点数。

2.根据权利要求1所述的油气水三相流分相含率测量方法，其特征在于，所述采用多阈值法对所述上升信号集中的电压信号进行分类，具体包括：

将光纤探针置于油相中，获取所述光纤探针测量出的多个油相电压信号；将光纤探针置于水相中，获取所述光纤探针测量出的多个水相电压信号；

比较所述油相电压信号的电压值，得到最大油相电压值k1；比较所述水相电压信号的电压值，得到最小水相电压值k2和最大水相电压值k3；

比较所述上升电压信号组中上升电压信号的电压值，得到最大上升电压值U_max和最小上升电压值U_min；

若U_max≤k3，将电压值小于或等于k1的上升电压信号存入所述第一油相信号类，将电压值大于k1的上升电压信号存入所述第一水相信号类；若U_max>k3且U_min≥k2，将电压值小于或等于k3的上升电压信号存入所述第一水相信号类，将电压值大于k3的上升电压信号存入所述第一气相信号类；若U_max>k3且U_min<k2，将电压值小于或等于k1的上升电压信号存入第一油相信号类，将电压值大于k1的上升电压信号存入第一气相信号类；

判断是否遍历完所有上升电压信号组；若遍历完成，输出第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类；否则，获取下一个所述上升电压信号组，并返回步骤“比较所述上升电压信号组中上升电压信号的电压值”。

3.根据权利要求2所述的油气水三相流分相含率测量方法，其特征在于，所述采用多阈值法对所述下降信号集中的电压信号进行分类，具体包括：

将光纤探针置于气相中，获取所述光纤探针测量出的多个气相电压信号；

比较所述气相电压信号的电压值，得到最小气相电压值k4；

比较所述下降电压信号组中下降电压信号的电压值，得到最大下降电压值U_max’和最小下降电压值U_min’；

若U_max’≤k3，将电压值小于k2的下降电压信号存入所述第二油相信号类，将电压值大于或等于k2的下降电压信号存入所述第二水相信号类；若U_max’>k3且U_min’≥k2，将电压值小于k4的下降电压信号存入所述第二水相信号类，将电压值大于或等于k4的下降电压信号存入所述第二气相信号类；若U_max’>k3且U_min’<k2，将电压值小于k4的下降电压信号存入第二油相信号类，将电压值大于或等于k4的下降电压信号存入第二气相信号类；

判断是否遍历完所有下降电压信号组；若遍历完成，输出第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类；否则，获取下一个所述下降电压信号组，并返回步骤“比较所述下降电压信号组中下降电压信号的电压值”。

4.根据权利要求1所述的油气水三相流分相含率测量方法，其特征在于，

所述根据所述第一油相信号类中电压信号点数、所述第二油相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算油相含率，具体包括：

对所述第一油相信号类中电压信号点数和所述第二油相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到油相信号类总电压信号点数；

将所述油相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到油相含率；

所述根据所述第一水相信号类中电压信号点数、所述第二水相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算水相含率，具体包括：

对所述第一水相信号类中电压信号点数和所述第二水相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到水相信号类总电压信号点数；

将所述水相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到水相含率；

所述根据所述第一气相信号类中电压信号点数、所述第二气相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算气相含率，具体包括：

对所述第一气相信号类中电压信号点数和所述第二气相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到气相信号类总电压信号点数；

将所述气相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到气相含率。

5.一种油气水三相流分相含率测量系统，其特征在于，包括：

电压信号集生成模块，用于将光纤探针置于油气水三相流中，获取预设时间段内所述光纤探针测量出的电压信号，并按时间顺序将所述电压信号进行排列，生成电压信号集；所述电压信号集包括油相电压信号、水相电压信号和气相电压信号；

电压信号集划分模块，将所述电压信号集划分为上升信号集和下降信号集；所述上升信号集包括多个上升电压信号组，所述下降信号集包括多个下降电压信号组；每个所述上升电压信号组包括多个相邻且电压值递增的上升电压信号；每个所述下降电压信号组包括多个相邻且电压值递减的下降电压信号；

电压信号分类模块，用于采用多阈值法对所述上升信号集中的电压信号进行分类，得到第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类；还用于采用多阈值法对所述下降信号集中的电压信号进行分类，得到第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类；

气相含率计算模块，用于根据所述第一油相信号类中电压信号点数、所述第二油相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算油相含率；根据所述第一水相信号类中电压信号点数、所述第二水相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算水相含率；根据所述第一气相信号类中电压信号点数、所述第二气相信号类中电压信号点数和总电压信号点数计算气相含率；所述总电压信号点数为所述电压信号集中电压信号总点数。

6.根据权利要求5 所述的油气水三相流分相含率测量系统，其特征在于，所述电压信号分类模块，具体包括：

油相电压信号获取单元，用于获取所述光纤探针测量出的多个油相电压信号；

水相电压信号获取单元，用于获取所述光纤探针测量出的多个水相电压信号；

第一比较单元，用于比较所述油相电压信号的电压值，得到最大油相电压值k1；比较所述水相电压信号的电压值，得到最小水相电压值k2和最大水相电压值k3；

第二比较单元，用于比较所述上升电压信号组中上升电压信号的电压值，得到最大上升电压值U_max和最小上升电压值U_min；

第一存储单元，用于在U_max≤k3时，将电压值小于或等于k1的上升电压信号存入所述第一油相信号类，将电压值大于k1的上升电压信号存入所述第一水相信号类；在U_max>k3且U_min≥k2时，将电压值小于或等于k3的上升电压信号存入所述第一水相信号类，将电压值大于k3的上升电压信号存入所述第一气相信号类；在U_max>k3且U_min<k2时，将电压值小于或等于k1的上升电压信号存入第一油相信号类，将电压值大于k1的上升电压信号存入第一气相信号类；

第一判断单元，用于判断是否遍历完所有上升电压信号组；若遍历完成，将指令发送至第一输出单元，若没有遍历完成，获取下一个所述上升电压信号组，并将指令发送至所述第二比较单元；

第一输出单元，用于输出第一油相信号类、第一气相信号类和第一水相信号类。

7.根据权利要求6所述的油气水三相流分相含率测量系统，其特征在于，所述电压信号分类模块，还包括：

气相电压信号获取单元，用于获取所述光纤探针测量出的多个气相电压信号；

第三比较单元，用于比较所述气相电压信号的电压值，得到最小气相电压值k4；

第四比较单元，用于比较所述下降电压信号组中下降电压信号的电压值，得到最大下降电压值U_max’和最小下降电压值U_min’；

第二存储单元，用于当若U_max’≤k3时，将电压值小于k2的下降电压信号存入所述第二油相信号类，将电压值大于或等于k2的下降电压信号存入所述第二水相信号类；当U_max’>k3且U_min’≥k2，将电压值小于k4的下降电压信号存入所述第二水相信号类，将电压值大于或等于k4的下降电压信号存入所述第二气相信号类；若U_max’>k3且U_min’<k2，将电压值小于k4的下降电压信号存入第二油相信号类，将电压值大于或等于k4的下降电压信号存入第二气相信号类；

第二判断单元，用于判断是否遍历完所有下降电压信号组；若遍历完成，将指令发送至第二输出单元；若没有遍历完成，获取下一个所述下降电压信号组，并将指令发送至所述第四比较单元；

第二输出单元，用于输出第二油相信号类、第二气相信号类和第二水相信号类。

8.根据权利要求5所述的油气水三相流分相含率测量系统，其特征在于，所述气相含率计算模块，具体包括：油相含率计算单元、水相含率计算单元和气相含率计算单元；

所述油相含率计算单元，具体包括：

油相信号类总电压信号点数生成子单元，用于对所述第一油相信号类中电压信号点数和所述第二油相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到油相信号类总电压信号点数；

油相含率计算子单元，用于将所述油相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到油相含率；

所述水相含率计算单元，具体包括：

水相信号类总电压信号点数生成子单元，用于对所述第一水相信号类中电压信号点数和所述第二水相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到水相信号类总电压信号点数；

水相含率计算子单元，用于将所述水相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到水相含率；

所述气相含率计算单元，具体包括：

气相信号类总电压信号点数生成子单元，用于对所述第一气相信号类中电压信号点数和所述第二气相信号类中电压信号点数进行求和运算，得到气相信号类总电压信号点数；

气相含率计算子单元，用于将所述气相信号类总电压信号点数与所述总电压信号点数作商，得到气相含率。

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