基于BP神经网络的气液两相流分相流量测量

        近年来中国油气勘探有重大进展,在渤海海域、 西部山区、塔里木盆地北部等地区获得大型的油田 和气田,这些区域多位于海洋、山区和沙漠,为了提 高油气井的科学管理水平,需要在线实时准确测量 天然气、凝析油、水的流量。

        国内外不少高等院校、研究机构正在进行凝析 天然气流量计的研制[1]。英国石油软件公司(Pe2 troleum Software Ltd)以V2Cone为一次测量元件,应 用语音识别技术对压力、差压等测量信号进行处理, 训练多层BP网络模型预报气液质量流量,其测量 精度[2]为:气液质量流量均方根误差分别低于1% 和15%,气体流量测量精度较高,但液体质量流量 测量精度过低。岳伟挺[3]等以文丘里管进行油气 两相流流量测量研究,对均相流流量模型进行修正, 得到的液体质量流量的均方根误差低于5%,但是 需要准确测量空隙率,而且文献中气液流量范围不 包括凝析天然气工况。国内外不少学者应用多种神 经网络模型进行气液两相流的流型识别[4-6],但应 用网络进行多相流流量测量相对较少,吴新等、潘笑 等应用神经网络预报气固两相流中固相流量,梁法 春等将径向基神经网络用于三相分层流相分率的测 量,但是必须结合伽马射线测量技术,增加了硬件的 成本和复杂程度。

        为了研究真正适于测量凝析天然气流量的方 法,本文以串联槽式孔板为节流件,测量压力、温度 和差压等信号,以槽式孔板的气液两相流测量特性 为基础,以压力温度和孔板两侧差压信号的统计特 征参数为网络输入,应用三层BP网络模型对气液 两相流分相流量进行预报。此方法所需的信号测量 设备简单,信号处理容易实现,测量精度较高。

1　两相流实验

        两相流实验在文献[7]所介绍的多相流实验装 置上进行,实验工质为空气和水。在实验装置的测 量段串联安装孔径比分别为0. 75和0. 5的两块槽 式孔板作为节流件。测量孔板前压力采用压力变送 器,取压点位于孔板上游10D(D为管道直径);两块 孔板两侧差压信号(上游孔板差压和下游孔板差 压)的测量采用差压变送器,两块孔板相距为15D; 流体温度测量采用热电阻温度变送器,变送器位于 孔板下游5D处。槽式孔板结构和测量段示意图分 别见图1和图2。

        表1是不同孔板前压力和流体温度条件下的两 组实验结果。实验方法是:在某一固定的测量压力 和气体流量下,调节液体流量从小到大变化,然后改 变气体流量,再调节液体流量从大到小变化,如此反 复操作,得到所设计的实验点数据。