基于PSO—RBF油井地面計量含水率預(yù)測模型研究

王道明

【摘 要】原油含水率是油井地面產(chǎn)量計量中的重要數(shù)據(jù)，是研究油田發(fā)展前景中不可缺少的參數(shù)。在油田測井開采，儲運(yùn)過程中，提供高精度測量的原油含水率數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，提高采油率。通過基于同軸線相位法含水率計的新型井口在線計量裝置測得相關(guān)數(shù)據(jù)，在分析原油含水率預(yù)測的影響因素基礎(chǔ)上，建立粒子群優(yōu)化RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井地面計量含水率預(yù)測模型。仿真與實驗結(jié)果表明：PSO-RBF網(wǎng)絡(luò)可以取得更好的擬合精度和預(yù)測效果。

【關(guān)鍵詞】地面計量；含水率；RBF；預(yù)測模型

0.引言

在石油開采中，需要計量每口井的油、氣、水三相的含水率和流量，工程人員根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行油井觀測，檢測油井的性能，評估油田的儲量、配產(chǎn)，及時對油層定位和控制，進(jìn)而優(yōu)化油田的開發(fā)。而原油含水率的準(zhǔn)確測量是至關(guān)重要的。如今已有多種地面計量含水率的儀表。但由于傳感器技術(shù)和工藝水平，在測量精度、穩(wěn)定性、重復(fù)性和可靠性方面的問題，使得原油含水率的測量受到諸多影響，給地面井口產(chǎn)量準(zhǔn)確計量工作造成很大困難。本文通過采用同軸線相位法傳感技術(shù)測量原油含水率，設(shè)計了“GLCC旋流分離器+流量計+同軸線相位法含水率計”的地面井口多相流計量系統(tǒng)，對油井進(jìn)行在線測量。通過對多個傳感器檢測到的流量和含水率數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析和研究，基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并且采用PSO算法優(yōu)化RBF網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了原油含水率預(yù)測模型，并與傳統(tǒng)的BP網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果進(jìn)行對比。

1.地面井口計量系統(tǒng)

1.1 同軸線相位法含水率計測量原理

混合流體的介電特性主要由混合流體的含水率來決定。當(dāng)具有不同介電特性的油、水混合流體從同軸線內(nèi)、外導(dǎo)體之間流過時，會引起在同軸線內(nèi)傳播的電磁波不同的相位變化，因此可以通過測量在同軸線內(nèi)傳播的電磁波的相位特性來測量含水率[1-2]。電磁波在同軸線內(nèi)以TEM波形式傳播，將采集的電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號，再經(jīng)過信號放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器，得到所需的頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后求出油水混合介質(zhì)的含水率。

2.RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

2.1 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

2.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法

通過分析RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點可以看出，建立RBF網(wǎng)絡(luò)模型的關(guān)鍵在于：①確定RBF網(wǎng)絡(luò)隱層節(jié)點的數(shù)目h及數(shù)據(jù)中心cj；②確定徑向基函數(shù)的寬度；③確定輸出神經(jīng)元與隱層神經(jīng)元之間的連接權(quán)。當(dāng)基函數(shù)中心cj和寬度以及數(shù)目h確定之后，網(wǎng)絡(luò)權(quán)值參數(shù)是線性的，可以采用最小二乘法求得。常用的學(xué)習(xí)方法有正交最小二乘法，聚類方法，自組織映射方法和梯度下降法等，所以選取合適的方法來確定這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高RBF網(wǎng)絡(luò)性能至關(guān)重要。本文利用粒子群優(yōu)化算法（PSO）對傳統(tǒng)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)策略進(jìn)行優(yōu)化，從而得到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

3.PSO優(yōu)化RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.1 粒子群優(yōu)化算法

3.2 基于粒子群優(yōu)化算法的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程

4.基于PSO-RBF油井地面產(chǎn)量計量含水率預(yù)測模型

選取本文第一部分自主設(shè)計的多相流分離計量裝置作為研究對象，在室溫和0.1Mpa的條件下，以清水的介電特性模擬原油中水的介電特性，以工業(yè)白油的介電特性模擬原油的介電特性，以空氣的介電特性模擬天然氣的介電特性。由于試驗條件有限，本試驗通過油水兩相流測試同軸線含水率計測量的含水率和流量計測量的流量；通過氣水兩相流測試小型管柱式氣液自適應(yīng)漩流分離器。

5.結(jié)論

本文提出了基于同軸線相位法含水率計的油井地面計量新方法，提高了對含水率的測量精度。從而對地面產(chǎn)量計量更加準(zhǔn)確。通過地面井口多相流計量系統(tǒng)得到的測量數(shù)據(jù)，建立基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井地面計量含水率預(yù)測模型，在預(yù)測過程中，采用粒子群算法優(yōu)化RBF預(yù)測模型的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練參數(shù)，研究結(jié)果表明，PSO-RBF預(yù)測模型具有較高的

預(yù)測精度，明顯優(yōu)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。這一研究對于油田現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和預(yù)測具有極為重要的理論和實踐意義。

參考文獻(xiàn)：

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