[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

本發明涉及的是基于改進的DPIV垂直井油水兩相流流速場測量方法，這種基于改進的DPIV垂直井油水兩相流流速場測量方法采用迭代最近點(Iterative Closest Point,ICP)代替傳統互相關進行圖像匹配，同時利用移動最小二乘(Moving least squares,MLS)綜合整個流速場信息進行邊界位移值補充，改善了DPIV的圖像匹配效果，提高了垂直井油水兩相流的測量精度。本發明在匹配的過程中同時考慮了平面內油滴的平移和旋轉，能夠提高兩相流灰度圖像的匹配精度，解決了在垂直井油水兩相流流速場測量中由于圖像匹配效果差、位移場邊界缺失導致的測量精度降低問題。

技術領域：

本發明涉及的是石油工程與測量技術領域，具體涉及的是基于改進的DPIV垂直井油水兩相流流速場測量方法。

背景技術：

流速測量是油田開發動態監測必不可少的一部分，油水兩相流流速測量方法有超聲法、電容法、電導法、電磁法、熱示蹤法以及光纖法等。當前時期的油田流速測量更傾向于區域流速分布測量，因為從區域流速分布中更容易觀察多相流流動特性，從而指導油田開發。傳統的流速測量方法已不能滿足這一要求，須采取新的流速測量方法。DPIV是流體力學領域里一種有效的全場測速方法，其無擾，非接觸，全場測速的特點能夠很好地滿足油田多相流測速要求，使其在油田測速中擁有可觀的應用前景。DPIV技術測量精度的影響因素總體分為兩大類：一類是外部測量環境，如示蹤粒子分布、光照分布以及各種硬件系統的影響，另一類是DPIV圖像后處理技術的實施。窗口迭代變形(Window deformation iterativemultigrid,WIDIM)算法用于提高查詢窗口在流場存在大速度梯度示蹤粒子情況下的跟隨性，是目前廣泛使用的DPIV算法。

當前在125mm垂直井油水兩相流測量中應用基于WIDIM的DPIV算法測量油水兩相流流場存在以下問題：(1)由于油井管徑較大導致查詢窗口內油滴間相對運動復讀較大，對查詢窗口的跟隨性有更高的要求；(2)由于DPIV技術應用對象為兩相流且采用LED照明、油滴示蹤，待處理的兩相流灰度圖像相較于單相流灰度圖像信息更復雜，使互相關灰度計算容易出現錯誤匹配帶來測量誤差，這些誤差會在迭代過程中出現“放大效應”，嚴重影響圖像變形效果，所以迭代計算的精度應提高；(3)在WIDIM算法的插值過程中存在位移場邊界缺失的問題，同樣對窗口變形效果產生影響。迭代最近點(Iterative Closest Point,ICP)是一種點云數據配準方法，能夠實現大量數據的精確配準，將三維ICP技術應用于二維DPIV圖像配準中，只需將DPIV灰度圖像投影至三維空間，相較于互相關匹配，ICP配準受噪聲影響小，且在配準過程中考慮了油滴的平面旋轉運動。對缺失的位移場邊界，應綜合考慮整個位移場信息進行賦值，因此采用移動最小二乘(Moving least squares,MLS)法對DPIV算法進行進一步改進，在每次插值前先對當前位移場進行MLS曲面擬合，根據曲面擬合函數補充邊界缺失值。

發明內容：

本發明的目的是提供基于改進的DPIV垂直井油水兩相流流速場測量方法，這種基于改進的DPIV垂直井油水兩相流流速場測量方法用于解決基于WIDIM的DPIV算法在垂直井油水兩相流測量中存在的圖像匹配效果差、位移場邊界缺失產生的流速測量不準確的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種基于改進的DPIV垂直井油水兩相流流速場測量方法，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M pixel×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W pixel×W pixel，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覆蓋率為50％的(2M-W)/W×(2N-W)/W個網格，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；