專利名稱：一種基于遺傳算法的多環電極陣列傳感器結構優化方法
一種基于遺傳算法的多環電極陣列傳感器結構優化方法
技術領域：
本發明屬于檢測技術領域，尤其涉及一種基于遺傳算法的多環電極陣列傳感器結構優化方法。
背景技術：
由于油、氣、水可在重力作用下分離，多相流體的流型復雜多變，加之水平井眼的長距離波狀起伏等原因，造成水平流動生產剖面異常復雜，現有的垂直井生產測井手段不能完全解決水平井中出現的問題。國際上知名的油田服務公司雖已開發了 FLAGSHIP，FLOSCAN, MAPS等水平井產出剖面測井產品，但其費用昂貴且并不具有廣泛適用性。目前，勝利、大慶、新疆等油田均在水平井測井技術上進行了研究開發，但尚未從根本上解決水平井測井問題。總體上國內對水平井段的動態生產監測研究與應用還處于起步階段。 在油田生產測井領域，傳感器的電極陣列不易安裝在輸油管道的管壁上，傳統的“非侵入式”電學成像的傳感器結構，不利于生產測井信息的獲取。因此“侵入式”的單環或多環電極陣列傳感器得到了廣泛的關注與使用。例如國家知識產權局授權的一項發明專利一種多環電極陣列成像傳感器(ZL201010110504. 0)，其結構包括有測量電極、支撐臂和支撐軸，測量電極排布于支撐臂上，并且分布在與支撐軸中心同心的不同圓周上，呈輻射狀；測量電極分別引線，相互獨立，與支撐臂和支撐軸絕緣，待測流體的流通通道是支撐軸和管壁之間的環形通道。為了達到更好的測量精度，往往需要對傳感器結構進行優化。例如國家知識產權局公開的一項發明專利兩相流分相含率阻抗傳感器及其結構參數的優化方法(申請號200710057709. 5)，其針對的是電極在絕緣管層的管壁上徑向對稱按180度角螺旋分布的傳感器，通過計算靈敏度進行傳感器結構優化。國家知識產權局還公開了一項發明專利一種環形持水率測井傳感器陣列的結構優化方法(申請號201010543247. X)，其針對的是環形持水率測井傳感器陣列，通過窮舉傳感器在不同角度下的測量誤差來優化傳感器結構，這種方法存在著計算量巨大的劣勢。遺傳算法(Genetic Algorithm)是一類借鑒生物界的進化規律(適者生存,優勝劣汰遺傳機制)演化而來的隨機化搜索方法。它是由美國的J. Holland教授1975年首先提出，其主要特點是直接對結構對象進行操作，不存在求導和函數連續性的限定；具有內在的隱并行性和更好的全局尋優能力；采用概率化的尋優方法，能自動獲取和指導優化的搜索空間，自適應地調整搜索方向，不需要確定的規則。遺傳算法的這些性質，已被人們廣泛地應用于組合優化、機器學習、信號處理、自適應控制和人工生命等領域。它是現代有關智能計算中的關鍵技術。但是尚未有公開的專利研究將遺傳算法應用到傳感器結構優化中。本發明針對多環多環電極陣列傳感器提出一種基于遺傳算法的結構優化方法，只需對傳感器的兩個典型位置1號電極位置最低；外環編號最小和最大的兩個電極對稱且位置最低進行分析，即可優化傳感器結構，提高測量油水分界面高度的精度。
發明內容本發明的目的是提供一種基于遺傳算法的多環電極陣列傳感器結構優化方法，當利用多環電極陣列傳感器采用電學探針法探測油水分界面高度時，可以對傳感器結構進行簡單有效的優化，以提高測量精度。為實現上述目的，本發明提供的一種基于遺傳算法的多環電極陣列傳感器結構優化方法，采用如下技術方案一種基于遺傳 算法的多環電極陣列傳感器結構優化方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，記錄優化對象“侵入式”多環電極陣列傳感器的結構參數，外殼(I)半徑為rwt，中心軸(2)半徑為rin，有N個支撐臂(3)，各電極(4)投影到與中心軸垂直的平面上，形成η個環，各個環由外而內的半徑依次為Γι，r2,…，rn，每個環上有N個等角間距的電極，從外環到內環按逆時針進行編號，各電極投影到與中心軸垂直的平面上；步驟二，將多環電極陣列傳感器旋轉至I號電極置于最底端的位置，以多環電極陣列傳感器中心為原點建立直角坐標系，第i環j號電極的I軸坐標為Dj = η cos(2(^_ I) π)并將其按從小到大進行排序得到遞增序列W1, d2,…，dn.N}，并計算每兩個y軸坐標相鄰的電極之間的垂直距離n j
%.Ν = rout -d,,N.其中，i= 1，2，…，n; j = I, 2, ...，η · N.步驟三，將多環電極陣列傳感器旋轉至外環編號最小和最大的兩個電極對稱地置于最底端的位置，以多環電極陣列傳感器中心為原點建立直角坐標系，第i環j號電極的I軸坐標為H, = n cos(-^~士^· π)，
N并將其按從小到大進行排序得到遞增序列Ihph2,…，hn.N}，并計算每兩個y軸坐標相鄰的電極之間的垂直距離入」<
Kn ^ r0u1-Ks-其中，i= 1，2，…，n; j = I, 2, ...，η · N.步驟四，根據上述多環電極陣列傳感器旋轉至的兩個位置，可計算得電學探針法探測油水分界面高度的最大誤差關于各環半徑h r2,…，rn的函數=
4rout其中，max {}表示求數組元素最大值的函數；步驟五，構造尋優的目標函數，且根據傳感器結構要求確定尋優參數Ir1, r2，···，rn}的約束條件minimize Error (r1； r2, ..., rn)
權利要求
1.一種基于遺傳算法的多環電極陣列傳感器結構優化方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一記錄優化對象“侵入式”多環電極陣列傳感器的結構參數，外殼(I)半徑為rwt，中心軸(2)半徑為rin，有N個支撐臂(3)，各電極(4)投影到與中心軸垂直的平面上，形成η個環，各個環由外而內的半徑依次為Γι，r2,…，rn，每個環上有N個等角間距的電極，從外環到內環按逆時針進行編號，各電極投影到與中心軸垂直的平面上； 步驟二 將多環電極陣列傳感器旋轉至I號電極置于最底端的位置，以多環電極陣列傳感器中心為原點建立直角坐標系，第i環j號電極的I軸坐標為
全文摘要
一種基于遺傳算法的多環電極陣列傳感器結構優化方法，屬于檢測技術領域。該方法首先將多環電極陣列傳感器旋轉至兩個位置之一1號電極位置最低或者外環編號最小和最大的兩個電極對稱且位置最低，分別計算電極相鄰高度值之差；接著根據電學探針法探測油水分界面高度的最大誤差計算方法，構造出尋優的目標函數，并確定尋優參數的約束條件；接著編寫遺傳算法求解程序，對最大進化代數、種群規模、交配概率、變異概率、搜索精度進行合理設定；最后得到使得目標函數最小的最優參數值，對傳感器進行結構優化。本發明是對多環電極陣列傳感器的簡單有效的結構優化，當利用多環電極陣列傳感器采用電學探針法探測油水分界面高度時，可以提高測量精度。
文檔編號G06N3/12GK103015981SQ20121054438
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者徐立軍, 陳健軍, 徐文峰, 曹章, 蔣昌華 申請人:北京航空航天大學