【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水平气液两相流流体参数测量领域，尤其是一种水平气液两相流流型自适应持气率测量方法。
技术介绍
1、页岩气水平井在开采过程中常伴随着液相产出，气液两相混合流动时，两相物理性质不同使得气液两相的流动特性截然不同，复杂的相互作用及相间相对运动现象使得流动呈现出高度无规则性、随机性和流动结构不稳定性等特征，对持气率参数的准确测量也带来了巨大挑战。因此，研究不同流型水平气液两相流持气率自适应测量方法，对充分了解水平井产出情况和科学制定页岩气开发部署决策具有重要意义。
2、目前，气液两相流持气率获取主要是使用声、光、电等传感器进行测量，光纤传感器因其对气相敏感、抗干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、耐高温高压等特性，能很好的应对井下复杂的环境，但单根光纤探针只能测得其周围的局部流体信息，无法反映整个截面持气率。相对而言阵列光纤传感器可以获取到更多的管道内的流体信息，通过将阵列结构内探针作为局部测量工具，可实现对管道内多个局部流体信息的精确测量，提高测量结果的准确性。
3、阵列光纤探针传感器仍不能做到井筒截面的全覆盖，探针间的空隙仍是监测的“盲区”，目前多采用插值技术来对这些“盲区”进行预测，但是单一的插值算法不能准确反映所有流型的持气率和相态分布特征。因此，当前亟待开展对水平气液两相流流型自适应持气率测量新方法技术研究。
技术实现思路
1、本专利技术需要解决的技术问题是提供一种水平气液两相流流型自适应持气率测量方法，实现对水平管道内气液两相流不同流型持气率参数的准确
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种水平气液两相流流型自适应持气率测量方法，利用阵列光纤传感器获取水平气液两相流流场信息，依据流场信息确定流型类别，针对不同流型采用选取不同计算方法进行持气率测量，具体步骤如下：
3、步骤1：建立水平测量井筒截面平面直角坐标系，确定阵列光纤传感器结构内每个探针和待测截面圆心的坐标，安装阵列光纤探针传感器并对阵列结构内的每根探针进行气相和液相标定、初始化阈值为气相和液相输出电压的中值；并利用阵列光纤传感器获取水平管内气液两相流不同流型的流场信息；
4、步骤2：根据获取的流场信息确定流型类别，针对不同流型选取不同计算方法进行持气率测量；
5、步骤3：若流型为层流，则采用竖直径向的线性插值确定气液两相的水平截面高度，并以此进行持气率计算；
6、步骤4：若流型为波状流、塞状流或弹状流，采用克里金算法进行成像并以气相像素占比进行持气率计算；
7、步骤5：若流型为泡状流或环状流，采用均值计算法对持气率进行计算。
8、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤3中层流的计算方式是考虑气液两相间连续平稳的截面，通过确定气液两相的水平界面高度，并以此进行持气率计算；具体步骤如下：
9、步骤3.1：将阵列结构内的所有探针在竖直径向上进行投影，探针的输出值即对应投影点的值z；
10、步骤3.2：对于竖直径向上未探明的点(x,y)利用投影后距离最近的两个已探明点(xi,yi)、(xj,yj)以及对应的值zi、zj按照如下关系式进行插值：
11、
12、插值后可确定气液两相间的分界面高度h；
13、步骤3.3：根据气液相分界面高度计算层流流型下管截面持气率α方法如下；
14、
15、其中r为水平圆管半径，θ为液面高度h对应的圆心角弧度。
16、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤4中波状流、塞状流或弹状流的计算方式考虑气液两相在该流型下空间分布具有随机性，采用克里金插值算法对随机场进行空间建模和预测，具体步骤如下：
17、步骤4.1：对已探明的点两两计算其距离d以及半方差γ，具体计算方式如下：
18、
19、式中，i，j为已知点探针的标号，zi,zj分别为对应的值；此时，会得到k2个(dij,γij)的数据对，k为已探明点的数量；
20、步骤4.2：根据得到的k2个(dij,γij)的数据对，寻找最优的γij和dij拟合关系，拟合函数关系如下：
21、
22、式中，n为块金常量，p为偏基台值，r为变程；
23、步骤4.3：根据确定的拟合关系计算，计算未知点到所有已知点的半方差，并将半方差带入克里金插值矩阵形式方程：
24、
25、求解方程即可得到权重λi的取值；
26、步骤4.4：将对应的权重系数λi带入克里金插值方程：
27、
28、求解上述方程即可实现水平管截面未知点的插值成像，根据成像结果中气相所占像素比例输出持气率信息。
29、本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤5中泡状流和环状流流型持气率计算方式考虑气相在液相中分散且具有随机性，采用均值及算法进行持气率计算；具体步骤如下：
30、步骤5.1：根据阵列结构内每根探针在n时刻内的输出信号f(ti)，按照下式计算阵列结构内每根探针对应的持气率：
31、
32、式中，αk为阵列结构内探针k的持气率；
33、步骤5.2：水平管内总体持气率α通过结构内所有探针的持气率输出均值进行计算，具体计算方法方式如下：
34、
35、式中，k为阵列光纤探针传感器结构内光纤探针的总数。
36、由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：充分考虑不同流型之间的差异性，根据阵列光纤传感器获取水平管内气液两相流流场信息，以此确定流型类别，针对不同流型采用不同持气率计算方法充分考虑了不同流型工况下气液两相的分布规律，针对不同流型采用不同持气率计算方法，使该技术在水平气液两相流各种流型下均能有效工作，同时流型自适应的系统工作方式提高了气液两相流持气率测量的准确率。
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1.一种水平气液两相流流型自适应持气率测量方法，其特征在于：利用阵列光纤传感器获取水平气液两相流流场信息，依据流场信息确定流型类别，针对不同流型采用选取不同计算方法进行持气率测量，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种水平气液两相流流型自适应持气率测量方法，其特征在于：步骤3中层流的计算方式是考虑气液两相间连续平稳的截面，通过确定气液两相的水平界面高度，并以此进行持气率计算；具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种水平气液两相流流型自适应持气率测量方法，其特征在于：步骤4中波状流、塞状流或弹状流的计算方式考虑气液两相在该流型下空间分布具有随机性，采用克里金插值算法对随机场进行空间建模和预测，具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种水平气液两相流流型自适应持气率测量方法，其特征在于：步骤5中泡状流和环状流流型持气率计算方式考虑气相在液相中分散且具有随机性，采用均值及算法进行持气率计算；具体步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种水平气液两相流流型自适应持气率测量方法，其特征在于：利用阵列光纤传感器获取水平气液两相流流场信息，依据流场信息确定流型类别，针对不同流型采用选取不同计算方法进行持气率测量，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种水平气液两相流流型自适应持气率测量方法，其特征在于：步骤3中层流的计算方式是考虑气液两相间连续平稳的截面，通过确定气液两相的水平界面高度，并以此进行持气率计算；具体步骤如下：
3.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔维航，李绍华，李贺，成兴荣，张恒恒，李佩宇，赵茜婷，卓超，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
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