[發明專利]基于改進的DPIV垂直井油水兩相流流速場測量方法

有效

• 申請號: 201911253732.0
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN110887976B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 韓連福;叢垚;付長鳳;劉超;劉興斌;姜繼玉
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G01P5/00
• 分類號: G01P5/00;G01P5/22
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

1.一種基于改進的DPIV垂直井油水兩相流流速場測量方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：選取時間間隔為Δt的兩幀油水兩相流圖像，圖像大小表示為：長×寬，設圖像大小為Mpixel×N pixel，M為圖像長的值，N為圖像寬的值，對其進行圖像去噪、圖像對比度增強后，確定初始查詢窗口大小，初始查詢窗口大小表示為：長×寬，設初始查詢窗口大小為Wpixel×Wpixel，W為查詢窗口長、寬的值，查詢步長為W/2pixel，將兩幀油水兩相流圖像按照相應初始查詢窗口大小劃分為固定覆蓋率的眾多網格，設定當前查詢窗口，令當前查詢窗口大小等于初始查詢窗口大小，窗口覆蓋率的大小及網格數如下：

窗口覆蓋率為50％，并依此窗口覆蓋率將兩幀油水兩相流圖像劃分為(2M-W)/W×(2N-W)/W個網格；

步驟二：在兩幀圖像中進行區域選擇，選定區域表示為：[X坐標范圍起點：X坐標范圍終點，Y坐標范圍起點：Y坐標范圍終點]，設在第一幀圖像中選定查詢區域Area₁＝[i:i+W-1,j:j+W-1]，在第二幀圖像中選定查詢區域Area₂＝[i:i+W-1,j:j+W-1]，i，j分別表示圖像中的X，Y坐標值，i＝1+W(n-1)，j＝1+W(m-1)，n＝1,2,…,(2M-W)/W，m＝1,2,…,(2N-W)/W，m為X方向查詢區域序號，n為Y方向查詢區域序號；

對查詢區域Area₁和查詢區域Area₂兩個區域進行ICP配準，得到查詢區域Area₁平均X方向位移u(i′,j′)，平均Y方向位移v(i′,j′)，i′＝i+W/2為查詢區域Area₁中心X坐標，j′＝j+W/2為查詢區域Area₁中心Y坐標；

步驟三：當前查詢窗口以步長W/2pixel遍歷兩幀圖像，得到初始X方向位移場U_initial、初始Y方向位移場V_initial，設當前X方向位移場為U，當前Y方向位移場為V；

步驟四：根據當前X方向位移場U、當前Y方向位移場V對當前查詢窗口變形，重新進行ICP配準得到二次迭代X方向位移場U_new、二次迭代Y方向位移場V_new；

步驟五：更新當前X方向位移場U、當前Y方向位移場V，位移場按下式進行更新：

U＝U_initial+U_new，V＝V_initial+V_new；

步驟六：采用MLS對當前X方向位移場U、當前Y方向位移場V進行擬合，得到X方向邊緣補充位移場U'、Y方向邊緣補充位移場V'；X方向邊緣補充位移場U'、Y方向邊緣補充位移場V'按下述方法計算：

X方向邊緣補充位移場U'曲面擬合函數f_u(x,y)、Y方向邊緣補充位移場V'曲面擬合函數f_v(x,y)，x為X方向坐標變量，y為Y方向坐標變量，k為多項式序號：

其中曲面擬合函數f_u(x,y)的系數陣列α_u(x,y)＝[α_u1(x,y),α_u2(x,y),…,α_uk(x,y)]，α_uk(x,y)為曲面擬合函數f_u(x,y)的第k個系數，曲面擬合函數f_v(x,y)的系數陣列α_v(x,y)＝[α_v1(x,y),α_v2(x,y),…,α_vk(x,y)]，α_vk(x,y)為曲面擬合函數f_v(x,y)的第k個系數，變量陣列μ(x,y)＝[μ₁(x,y),μ₂(x,y),...,μ_k(x,y)]＝[1,x,y,x²,xy,y²]，μ_k(x,y)為兩個曲面擬合函數第k個變量，T代表矩陣轉置符號；

α_u(x,y)、α_v(x,y)按下式求：

式中已知X方向位移陣列Z_u＝[u_{(W/2+1,W/2+1),}u_{(3W/2+1,3W/2+1)},…,u_(i',j')]，i'＝1+W(n-1/2)，j'＝1+W(m-1/2)，n＝1,2,…,(2M-W)/W，m＝1,2,…,(2N-W)/W，已知Y方向位移陣列Z_v＝[v_{(W/2+1,W/2+1)},v_{(3W/2+1,3W/2+1)},…,v_(i',j')]，i'＝1+W(n-1/2)，j'＝1+W(m-1/2)，n＝1,2,…,(2M-W)/W，m＝1,2,…,(2N-W)/W，參數陣列G＝[μ^T(_W/2+1,W/2+1),μ^T(_{3W/2+1,3W/2+1}),…,μ^T(i',j')]，i'＝1+W(n-1/2)，j'＝1+W(m-1/2)，n＝1,2,…,(2M-W)/W，m＝1,2,…,(2N-W)/W，權值對角矩陣為具有緊支集特性的權函數；

將α_u(x,y)、α_v(x,y)代入f_u(x,y)、f_v(x,y)中，得到X方向邊緣補充位移場U'和Y方向邊緣補充位移場V'擬合曲面方程：

此時X方向邊緣補充位移場U'和Y方向邊緣補充位移場V'表示為：

此時當前X方向位移場U＝U'，當前Y方向位移場V＝V'；

步驟七：采用雙三次均勻B樣條插值擴大當前X方向位移場U、當前Y方向位移場V為原來的4倍，將當前查詢窗口尺寸縮小為原來的1/4，得到新尺寸查詢窗口，令當前查詢窗口大小等于新尺寸查詢窗口大小，根據當前X方向位移場U、當前Y方向位移場V對當前查詢窗口變形，重新進行ICP配準得到三次迭代X方向位移場U'_new、三次迭代Y方向位移場V'_new；

步驟八：更新當前X方向位移場U、當前Y方向位移場V；

步驟九：對當前查詢窗口迭代進行步驟四-步驟八，直至縮小到指定查詢窗口的大小，確定最終X方向位移場U_final、最終Y方向位移場V_final，根據時間間隔Δt和位移場U_final、V_final得到流速場f；油水兩相流速度場按下式計算：