專利名稱：一種基于遺傳算法的多環(huán)電極陣列傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
一種基于遺傳算法的多環(huán)電極陣列傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于遺傳算法的多環(huán)電極陣列傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
由于油、氣、水可在重力作用下分離，多相流體的流型復(fù)雜多變，加之水平井眼的長(zhǎng)距離波狀起伏等原因，造成水平流動(dòng)生產(chǎn)剖面異常復(fù)雜，現(xiàn)有的垂直井生產(chǎn)測(cè)井手段不能完全解決水平井中出現(xiàn)的問(wèn)題。國(guó)際上知名的油田服務(wù)公司雖已開發(fā)了 FLAGSHIP，F(xiàn)LOSCAN, MAPS等水平井產(chǎn)出剖面測(cè)井產(chǎn)品，但其費(fèi)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(cè)井技術(shù)上進(jìn)行了研究開發(fā)，但尚未從根本上解決水平井測(cè)井問(wèn)題?？傮w上國(guó)內(nèi)對(duì)水平井段的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)研究與應(yīng)用還處于起步階段。 在油田生產(chǎn)測(cè)井領(lǐng)域，傳感器的電極陣列不易安裝在輸油管道的管壁上，傳統(tǒng)的“非侵入式”電學(xué)成像的傳感器結(jié)構(gòu)，不利于生產(chǎn)測(cè)井信息的獲取。因此“侵入式”的單環(huán)或多環(huán)電極陣列傳感器得到了廣泛的關(guān)注與使用。例如國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)的一項(xiàng)發(fā)明專利一種多環(huán)電極陣列成像傳感器(ZL201010110504. 0)，其結(jié)構(gòu)包括有測(cè)量電極、支撐臂和支撐軸，測(cè)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(cè)量電極分別引線，相互獨(dú)立，與支撐臂和支撐軸絕緣，待測(cè)流體的流通通道是支撐軸和管壁之間的環(huán)形通道。為了達(dá)到更好的測(cè)量精度，往往需要對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。例如國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公開的一項(xiàng)發(fā)明專利兩相流分相含率阻抗傳感器及其結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化方法(申請(qǐng)?zhí)?00710057709. 5)，其針對(duì)的是電極在絕緣管層的管壁上徑向?qū)ΨQ按180度角螺旋分布的傳感器，通過(guò)計(jì)算靈敏度進(jìn)行傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化。國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局還公開了一項(xiàng)發(fā)明專利一種環(huán)形持水率測(cè)井傳感器陣列的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法(申請(qǐng)?zhí)?01010543247. X)，其針對(duì)的是環(huán)形持水率測(cè)井傳感器陣列，通過(guò)窮舉傳感器在不同角度下的測(cè)量誤差來(lái)優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)，這種方法存在著計(jì)算量巨大的劣勢(shì)。遺傳算法(Genetic Algorithm)是一類借鑒生物界的進(jìn)化規(guī)律(適者生存,優(yōu)勝劣汰遺傳機(jī)制)演化而來(lái)的隨機(jī)化搜索方法。它是由美國(guó)的J. Holland教授1975年首先提出，其主要特點(diǎn)是直接對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)象進(jìn)行操作，不存在求導(dǎo)和函數(shù)連續(xù)性的限定；具有內(nèi)在的隱并行性和更好的全局尋優(yōu)能力；采用概率化的尋優(yōu)方法，能自動(dòng)獲取和指導(dǎo)優(yōu)化的搜索空間，自適應(yīng)地調(diào)整搜索方向，不需要確定的規(guī)則。遺傳算法的這些性質(zhì)，已被人們廣泛地應(yīng)用于組合優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)、信號(hào)處理、自適應(yīng)控制和人工生命等領(lǐng)域。它是現(xiàn)代有關(guān)智能計(jì)算中的關(guān)鍵技術(shù)。但是尚未有公開的專利研究將遺傳算法應(yīng)用到傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化中。本發(fā)明針對(duì)多環(huán)多環(huán)電極陣列傳感器提出一種基于遺傳算法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，只需對(duì)傳感器的兩個(gè)典型位置1號(hào)電極位置最低；外環(huán)編號(hào)最小和最大的兩個(gè)電極對(duì)稱且位置最低進(jìn)行分析，即可優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)，提高測(cè)量油水分界面高度的精度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于遺傳算法的多環(huán)電極陣列傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，當(dāng)利用多環(huán)電極陣列傳感器采用電學(xué)探針?lè)ㄌ綔y(cè)油水分界面高度時(shí)，可以對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單有效的優(yōu)化，以提高測(cè)量精度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于遺傳算法的多環(huán)電極陣列傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，采用如下技術(shù)方案一種基于遺傳 算法的多環(huán)電極陣列傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，記錄優(yōu)化對(duì)象“侵入式”多環(huán)電極陣列傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，外殼(I)半徑為rwt，中心軸(2)半徑為rin，有N個(gè)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(gè)環(huán)，各個(gè)環(huán)由外而內(nèi)的半徑依次為Γι，r2,…，rn，每個(gè)環(huán)上有N個(gè)等角間距的電極，從外環(huán)到內(nèi)環(huán)按逆時(shí)針進(jìn)行編號(hào)，各電極投影到與中心軸垂直的平面上；步驟二，將多環(huán)電極陣列傳感器旋轉(zhuǎn)至I號(hào)電極置于最底端的位置，以多環(huán)電極陣列傳感器中心為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，第i環(huán)j號(hào)電極的I軸坐標(biāo)為Dj = η cos(2(^_ I) π)并將其按從小到大進(jìn)行排序得到遞增序列W1, d2,…，dn.N}，并計(jì)算每?jī)蓚€(gè)y軸坐標(biāo)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(huán)電極陣列傳感器旋轉(zhuǎn)至外環(huán)編號(hào)最小和最大的兩個(gè)電極對(duì)稱地置于最底端的位置，以多環(huán)電極陣列傳感器中心為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，第i環(huán)j號(hào)電極的I軸坐標(biāo)為H, = n cos(-^~士^· π)，
N并將其按從小到大進(jìn)行排序得到遞增序列Ihph2,…，hn.N}，并計(jì)算每?jī)蓚€(gè)y軸坐標(biāo)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(jù)上述多環(huán)電極陣列傳感器旋轉(zhuǎn)至的兩個(gè)位置，可計(jì)算得電學(xué)探針?lè)ㄌ綔y(cè)油水分界面高度的最大誤差關(guān)于各環(huán)半徑h r2,…，rn的函數(shù)=
4rout其中，max {}表示求數(shù)組元素最大值的函數(shù)；步驟五，構(gòu)造尋優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)，且根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)要求確定尋優(yōu)參數(shù)Ir1, r2，···，rn}的約束條件minimize Error (r1； r2, ..., rn)
權(quán)利要求
1.一種基于遺傳算法的多環(huán)電極陣列傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一記錄優(yōu)化對(duì)象“侵入式”多環(huán)電極陣列傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，外殼(I)半徑為rwt，中心軸(2)半徑為rin，有N個(gè)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(gè)環(huán)，各個(gè)環(huán)由外而內(nèi)的半徑依次為Γι，r2,…，rn，每個(gè)環(huán)上有N個(gè)等角間距的電極，從外環(huán)到內(nèi)環(huán)按逆時(shí)針進(jìn)行編號(hào)，各電極投影到與中心軸垂直的平面上； 步驟二 將多環(huán)電極陣列傳感器旋轉(zhuǎn)至I號(hào)電極置于最底端的位置，以多環(huán)電極陣列傳感器中心為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，第i環(huán)j號(hào)電極的I軸坐標(biāo)為
全文摘要
一種基于遺傳算法的多環(huán)電極陣列傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先將多環(huán)電極陣列傳感器旋轉(zhuǎn)至兩個(gè)位置之一1號(hào)電極位置最低或者外環(huán)編號(hào)最小和最大的兩個(gè)電極對(duì)稱且位置最低，分別計(jì)算電極相鄰高度值之差；接著根據(jù)電學(xué)探針?lè)ㄌ綔y(cè)油水分界面高度的最大誤差計(jì)算方法，構(gòu)造出尋優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)，并確定尋優(yōu)參數(shù)的約束條件；接著編寫遺傳算法求解程序，對(duì)最大進(jìn)化代數(shù)、種群規(guī)模、交配概率、變異概率、搜索精度進(jìn)行合理設(shè)定；最后得到使得目標(biāo)函數(shù)最小的最優(yōu)參數(shù)值，對(duì)傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本發(fā)明是對(duì)多環(huán)電極陣列傳感器的簡(jiǎn)單有效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，當(dāng)利用多環(huán)電極陣列傳感器采用電學(xué)探針?lè)ㄌ綔y(cè)油水分界面高度時(shí)，可以提高測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G06N3/12GK103015981SQ20121054438
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者徐立軍, 陳健軍, 徐文峰, 曹章, 蔣昌華 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)