k-means聚类算法在油水界面检测中的应用.pdf

第l期 刘远红等．＆一means聚类算法在油水界面检测中的应用 19 肛means聚类算法在油水界面检测中的应用 刘远红1 习玉阳2 吴华远3 郑敏红4 李艳平4 (1．东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江大庆163318；2．大庆钻探集团钻井一公司，黑龙江大庆163453 3．中国石油抚顺石化公司，辽宁抚顺113000；4．大庆油田水文地质公司，黑龙江大庆163453) 摘要油田以电容式传感器检测原油沉降罐中油水界面时，受传感器制作工艺的限制，检测点数过少 导致定位精度不高，并且通常采用拐点法定位油水界面，这种方法由于采集点的凸凹不平，检测到伪拐 点的现象经常发生，导致较大的误差。为解决以上两个问题，提出对所采信号进行三次样条插值，增加 信号的点数提高测量精度，同时通过％．means聚类算法定位油水界面。现场实验结果表明：该检测方法 提高了原油油水界面检测的鲁棒性与精确性。 关键词 油水界面 拐点 多项式插值^一means聚类 中图分类号 TH832 文献标识码 A 文章编号 1000_3932(2014)0l-0019．04 原油储罐内油水界面高度是保证油水分离正 感器等硬件的改进上口’4]，而对采集后的信号分 常运行的重要参数。因此，快速准确地检测出油 析和处理研究较少，并且由于复杂的现场环境、油 水界面是确定出水量、出油量的关键，同时这个参 水乳化液本身状态变化的随机性及非平稳性等因 数也为了解油井产量及油井寿命等提供可靠的依 素的影响，传统上仅依据计算各层混合液导电率 据。油水分离技术是一个很复杂的过程，通常是 的拐点来判断油水分界面，精度较低并且稳定性 在油水混合物中加入一定量的化学药剂，并将其 较差。为此，笔者以电容式传感器检测到的数据 在原油沉降罐中进行自然沉淀，由于油、水的密度 为基础，对采集到的数据进行滤波处理，并采用三 不同，分离后在沉降罐底部一般为纯度较高的水， 次样条插值方法增加原始数据的点数，以提高数 中部为油水乳化液，上部通常为油。但是由于油 据的精度，由于油层、乳化层和水层的数据分别具 和水在沉降罐中形成不同形态的油水乳化液，在 有比较明显的时域特征，因此最后利用七·means 界面处形成一个乳化带，乳化带的状态是一个复 聚类算法辨识出油水界面和乳化宽度。 杂的随机变化过程，乳化带中矿物质的含量、界面 1 油水界面检测系统 的弹性及压力等参数都会影响该过渡带的稳定 通过测量油水混合液电容值的方法，定位油 性，因此，油水界面检测难度较大¨’“，通常采用 水界面是油田常用的检测方法之一。沉降罐中的 测量溶液电容值的变化，并依据工人的经验对油 界面检测系统如图1所示，罐内由上到下分别为 水界面的位置和乳化带的宽度进行大致估计。 油层、乳化带和水层。 国内外油水界面测量仪根据测量方式的不 同，可分为接触式和非接触式两种，接触式常用的 检测方法有电容法、浮球法及差压法等，非接触式 则有超声波、射频导纳、短波吸收及射线法等。接 触式与非接触式检测方法各有自己的优缺点。接 触式检测由于直接与被测物接触，因此一般精度 较高，但当被测物具有酸碱等腐蚀性时，长时间使 图1 沉降罐中油水界面检测系统示意图 用必然会对传感器产生损伤，影响传感器的使用 电容式传感器直立在原油沉降罐中，由于制 寿命；非接触式测量精度一般较接触式低，但由于 其不与被测物接触，因此使