[发明专利]基于改进的DPIV垂直井油水两相流流速场测量方法

说明书

本发明涉及的是基于改进的DPIV垂直井油水两相流流速场测量方法，这种基于改进的DPIV垂直井油水两相流流速场测量方法采用迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)代替传统互相关进行图像匹配，同时利用移动最小二乘(Moving least squares,MLS)综合整个流速场信息进行边界位移值补充，改善了DPIV的图像匹配效果，提高了垂直井油水两相流的测量精度。本发明在匹配的过程中同时考虑了平面内油滴的平移和旋转，能够提高两相流灰度图像的匹配精度，解决了在垂直井油水两相流流速场测量中由于图像匹配效果差、位移场边界缺失导致的测量精度降低问题。

技术领域：

本发明涉及的是石油工程与测量技术领域，具体涉及的是基于改进的DPIV垂直井油水两相流流速场测量方法。

背景技术：

流速测量是油田开发动态监测必不可少的一部分，油水两相流流速测量方法有超声法、电容法、电导法、电磁法、热示踪法以及光纤法等。当前时期的油田流速测量更倾向于区域流速分布测量，因为从区域流速分布中更容易观察多相流流动特性，从而指导油田开发。传统的流速测量方法已不能满足这一要求，须采取新的流速测量方法。DPIV是流体力学领域里一种有效的全场测速方法，其无扰，非接触，全场测速的特点能够很好地满足油田多相流测速要求，使其在油田测速中拥有可观的应用前景。DPIV技术测量精度的影响因素总体分为两大类：一类是外部测量环境，如示踪粒子分布、光照分布以及各种硬件系统的影响，另一类是DPIV图像后处理技术的实施。窗口迭代变形(Window deformation iterativemultigrid,WIDIM)算法用于提高查询窗口在流场存在大速度梯度示踪粒子情况下的跟随性，是目前广泛使用的DPIV算法。

当前在125mm垂直井油水两相流测量中应用基于WIDIM的DPIV算法测量油水两相流流场存在以下问题：(1)由于油井管径较大导致查询窗口内油滴间相对运动复读较大，对查询窗口的跟随性有更高的要求；(2)由于DPIV技术应用对象为两相流且采用LED照明、油滴示踪，待处理的两相流灰度图像相较于单相流灰度图像信息更复杂，使互相关灰度计算容易出现错误匹配带来测量误差，这些误差会在迭代过程中出现“放大效应”，严重影响图像变形效果，所以迭代计算的精度应提高；(3)在WIDIM算法的插值过程中存在位移场边界缺失的问题，同样对窗口变形效果产生影响。迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)是一种点云数据配准方法，能够实现大量数据的精确配准，将三维ICP技术应用于二维DPIV图像配准中，只需将DPIV灰度图像投影至三维空间，相较于互相关匹配，ICP配准受噪声影响小，且在配准过程中考虑了油滴的平面旋转运动。对缺失的位移场边界，应综合考虑整个位移场信息进行赋值，因此采用移动最小二乘(Moving least squares,MLS)法对DPIV算法进行进一步改进，在每次插值前先对当前位移场进行MLS曲面拟合，根据曲面拟合函数补充边界缺失值。

发明内容：

本发明的目的是提供基于改进的DPIV垂直井油水两相流流速场测量方法，这种基于改进的DPIV垂直井油水两相流流速场测量方法用于解决基于WIDIM的DPIV算法在垂直井油水两相流测量中存在的图像匹配效果差、位移场边界缺失产生的流速测量不准确的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于改进的DPIV垂直井油水两相流流速场测量方法，包括以下步骤：

步骤一：选取时间间隔为Δt的两帧油水两相流图像，图像大小表示为：长×宽，设图像大小为M pixel×N pixel，M为图像长的值，N为图像宽的值，对其进行图像去噪、图像对比度增强后，确定初始查询窗口大小，初始查询窗口大小表示为：长×宽，设初始查询窗口大小为W pixel×W pixel，W为查询窗口长、宽的值，查询步长为W/2pixel，将两帧油水两相流图像按照相应初始查询窗口大小划分为覆盖率为50％的(2M-W)/W×(2N-W)/W个网格，设定当前查询窗口，令当前查询窗口大小等于初始查询窗口大小；