● 摘要
产出剖面测井在油气田开发过程中发挥着不可替代的作用。如何准确测量产出井的持水率、含水率一直是国内外油气田测试技术的重要研究内容。进入油田开发的中后期，综合含水逐年升高，产量却不断降低，而且随着水平井钻井技术的完善，水平井的数量也在急剧攀升。在这种复杂的条件下，传统的持水率、含水率测量装置和相应的测量方法已不能满足现场测量需求。本文针对国内油田的开发现状，对产出剖面持水率、含水率的测量方法进行了研究，主要工作和创新点如下：
1. 为解决持水率、含水率的测量问题，自主设计了一种电导探针阵列测量传感器，并对其结构参数进行了优化；开发了井下测量电路，分别组装了水平井和垂直井实验样机；针对水平井和垂直井各自的流型特点，对实验样机的探针结构进行了单独设计，利用垂直井实验样机实现了样本数据采集。
2. 基于单个电导探针，提出了一种垂直井流型辨识新方法。该方法首先利用统计分析、符号化处理、小波包分解和混沌时间序列分析方法对训练样本进行特征提取；然后，采用主成分分析方法消除特征参数之间的多重共线性，得到特征向量的主成分；最后，结合支持向量机和多分类扩展方法建立多类流型分类器并进行参数优化。实际测量时，首先对电导探针输出的电压波动信号进行特征提取和主成分提取，然后利用已建立的流型分类器判别流型。实验结果表明该方法是有效的，在本文所述实验条件下的辨识准确度可达95.00%。
3. 基于单个电导探针，提出了一种垂直井流量和含水率的联合测量方法。该方法首先针对训练样本进行特征提取和主成分分析；然后以样本的流量和含水率值作为输入，以特征向量的主成分作为输出，利用多输出支持向量机回归方法建立正问题回归模型，将流量和含水率的测量问题转化为一个基于正问题回归模型的优化问题。为了提高测量精度，测量模型针对具体流型分别建立。在实际测量时，首先进行流型辨识，然后根据流型辨识结果选择相应的测量模型计算流量和含水率。实验结果表明，该方法测量流量（已标准化）和含水率的均方根误差分别为0.041和0.034，满足产出剖面测井对测量精度的要求。
4. 基于电导探针阵列，结合多传感器信息融合技术，提出了一种垂直井参数检测方法，包括垂直井流型辨识方法和垂直井流量及含水率测量方法。首先，利用Sigmoid函数将流型分类器对每路电压信号的判决结果转化为基本概率赋值函数，通过D-S证据合成规则对多个概率赋值函数进行合成，确定垂直井内的流型；然后，根据流型辨识结果选择相应的联合测量模型，针对各路电压信号计算流量值和含水率值；最后，利用信任度矩阵对多个流量值或含水率值进行可靠性评估，并赋予一个相应的权重，将加权平均值作为流量或含水率的最终测量结果。实验结果表明该方法具有较高的测量精度和抗干扰能力，适用于井下复杂苛刻的测量环境。
5. 针对中低产液水平井油水分层流动的特点以及产出剖面测井采用侵入式的测量方式，提出了水平井持水率的间接测量策略，即先确定油水界面的高度，再根据界面高度与持水率之间的几何对应关系计算持水率。基于电导探针阵列，提出了一种中低产液水平井的多参数测量方法。首先，在使用之前，通过对电导探针阵列进行实验标定获得样本数据；然后，在实际测量时，将电导探针阵列的实际响应在样本集中进行数据相似性匹配；最后利用匹配样本确定待测参数。实验结果表明该方法可同时测量油水界面高度、电导探针阵列方位角和水相电导率，测量误差分别为2.00%、3.00°、1.89%，具有较高的测量精度和可靠性。