多相测量仪制造技术

本发明专利技术涉及一种多相测量仪系统，用于测量管道中流体流的组成和/或盐度，所述多相测量仪系统包括：共振测量装置，其包括用于在所述管道中提供第一频率范围内的变化电磁场的发射天线(11)和用于在所述管道中对所述场的共振特性进行测量的接收器天线(12)，以及用于确定所述共振品质的评估装置；传输测量装置，其包括用于发送第二频率范围内的变化电磁信号的发射天线(11)，位于距所述发送器天线不同距离处的至少两个接收器天线(12，13)，以及时间测量装置，所述时间测量装置用于对在所述两个接收器天线处接收到的传输信号之间的相差以及所测量的阻尼差进行确定；以及控制装置，其用于将所述共振品质与预定阈值进行比较，并且当所述共振品质高于所述阈值时根据所述共振特性对组成和/或盐度进行计算，或当所述共振品质低于所述阈值时根据所述传输相差和阻尼对所述组成和/盐度进行计算。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多相测量仪
本专利技术涉及一种多相测量仪系统，用于对管道内的流体流的组成和/或盐度进行测量。更具体地，本专利技术涉及在石油和天然气储藏的勘探中测量流体流内的水、油、气和/或盐度分数。
技术介绍
市场上的多种不同的商用流量计可用于测量来自油井的流体流的成分。某些测量仪基于放射性辐射的使用，某些测量仪为电容式，并且某些测量仪基于微波的使用。由于不受限于与基于放射性辐射的测量仪相关的健康风险及其相当低的精确度或污染对电容传感器的不利影响，因而微波传感器受到关注。用于对流体的特性进行测量的方法以及用于执行该方法的计量设备和传感器的示例已在国际专利申请PCT/NO01/00200中进行描述，对此的美国专利(US6,826,964B2)已授权。该传感器采用微波共振原理来测量连续油流(油中的水滴和气泡，即该油流处于连续态)并且针对连续水流(水中的油滴和气泡，即该水流处于连续态)测量导电性，并且该传感器被用于安装在油井内部的开采区。多相流的共振测量的另一示例在挪威专利308922(对应于WO99/63331)中进行了描述。在美国专利6,915,707中已描述了用于对具有更高气体含量的流体，即湿气或高气多相流进行测量的方法的另一示例，湿气流为具有典型地大于99％的高气体体积分数(通常称为气体空隙率(GVF))的多相流。该方法同样基于微波共振原理。该微波共振原理基于测量流体的电容率/介电常数，并且在WO2008/085065中参照水体积分数(WVF)进行了描述。其他系统在US5101163和WO2007/018434，以及US5341100中进行了描述，其中组成和水盐度通过测量被放置在距发射器天线不同距离处的两个天线所接收到的信号的差别来进行测量，其被称为传输法。当流体流的损耗很高时，例如在具有相对较高的水盐度的连续水流中时，通常优选该方法。现有技术的固有问题在于，在相同流体体积内难以提供完整范围的成分和盐度的足够精确的测量。如上所述，共振频率和Q因子适用于一定范围的分数，但当流体中的损耗变得足够高时不太适用，因而精度被降低。根据权利要求中所述的实施方案来解决该问题。
技术实现思路
因此，本专利技术涉及一种在金属管道中流动的MUT(被测材料)，其中该MUT的介电性能将通过微波进行测量，例如旨在查明该MUT的组成，例如水与油之间的混合比例。根据例如在油/水混合物的情况下，水或油是否处于连续态，并且根据水是否包含溶解的离子例如盐，该MUT可呈现出所谓的高损耗或低损耗性能，从而使其更加导电或较少导电。在微波技术第51、52页上的参考文献[4]，即Fra于2005年发表的“HandbookofMultiphaseFlowMetering(多相流量计量手册)”中，第52页上的内容阐明了：实际微波MPFM(多相流量计)使用针对连续油流的共振器原理以及在连续水流方面的不同频率传输原理，从而利用相同的探针。当处于低衰减时，管道用作共振器，并且当处于高衰减时，对两个接收探针之间的相差进行检测。参考文献[4]中所述的解决方案基于作为共振器的管道的使用。在WO2005/057142和US7631543中提供了其他示例。这样的共振器并不理想，这是因为主共振发生在截止频率处，并且共振能量将沿管道方向泄露，从而降低该系统的精确度。本专利技术通过以下方法解决该问题：利用具有低于截止频率的共振频率的共振器，因而易于检测到共振峰，从而还提高了流体测量的性能。出于测量的目的，微波共振器已在管道中实现用于在低损耗情况下进行测量，并且通常三个天线用于实现高损耗情况下的差分传输测量。使用两种方法的原因在于，当损耗针对该方法运行足够低时，共振器方法是最精确的方法，并且传输方法最适于高损耗，这是因为传输方法可被用在宽动态范围中。除此之外，由于微波模式和反射的影响，传输方法在低损耗情况下是不太精确的。在优选实施例中，相同的天线被用于耦合到共振器并且用于执行传输测量，不同之处在于，仅有两个天线被用于共振器测量。在发射天线与接收天线之间所测量到的频率响应，即作为频率函数的传输函数将显示直接电容耦合、共振和直接传输的特征。根据损耗量的不同，这些中的某些将起主导作用。在低损耗情况下，高于电容耦合的基线的共振峰将明显可见。在高损耗情况下，将看不到峰。直接电容耦合也将不再重要。相反地，直接传输将起主导作用，并且所测的相移和衰减与MUT的介电性能与传输距离有关。通过使用差分传输，即将具有不同的传播距离的同一对天线之间的传输进行比较，则天线性能以及包括电缆和连接器的系统的其余部分的影响被消除，从而显示出在MUT中的传播距离的真实影响。在水与油的两相混合物的情况下，其中水包含一定量的溶解离子，通常相当于超过0.1％的NaCl，根据该混合物是油连续还是水连续，该混合物将显示出明显的低损耗或高损耗性能。在这种情况下，根据共振峰的出现或缺失以及由此选定的方法易于检测到该状态。在其他情况下，例如，如果水更新鲜或不太新鲜(NaC1的等效含量低于0.1％)，或如果存在相当大的气体，如具有较高的气体空隙率(GasVoidFraction，GVF)的油、水和气的三相混合物，那么会出现损耗在其中既不高也不低的状态。在这种情况下，频率响应将既显示出共振峰(该共振峰具有低Q因子即与峰相比，其看起来更像响应上的隆起)，也显示出明显高于完全电容耦合的传输。在这种情况下，不能立即发现何种方法可被优选使用。这种情况下的最佳策略是采用两种方法进行测量，并且在选择将何种结果作为测量结果输出之前执行对这些结果的品质检查。该品质检查可以包括例如与体积分数的预期范围相关的准则，与体积分数变化的预期最大速度有关的准则以及与采用两种方法的测量的稳定性(方差)有关的准则。为了确定何时应以上述方式使用这两种方法，或仅使用共振测量或差分传输测量，可以使用一些特征常数。这些常数可以是例如共振峰的Q因子(如果峰不可识别，则该情况是高损耗情况)、隆起处的衰减率(弱共振峰)以及在其(频率)上的波谷或谷。限制可以是：在Q因子大于10(>10)的情况下，使用共振方法；以及在Q因子介于“不可识别”与10之间的情况下，使用两种方法。类似准则可针对衰减率进行限定，或针对取决于两者的因子进行限定。使用何种准则最好通过实际进行流量测试、记录原始数据，并随后通过应用不同的限制和准则对例如组成进行重新计算来根据经验找到。为了获得最佳结果，具有共振器和天线的传感器系统应被设计，使得仅有待使用的共振峰位于待使用的频率范围内。在大多数情况下，这意味着应当只有一个峰会影响测量的频率相应。只要峰由于高损耗还没有完全消失，就应设计传输测量，使得相位和/或衰减的测量在受共振影响最少的频率范围的一部分中被执行。单词“引脚(pin)”通常被用于天线，尤其当在探针中实现的情况下。在以下说明书中使用了下列定义：频率响应：作为频率函数的从一个天线到另一天线的耦合(衰减和相移)。该耦合被称为插入损耗。低损耗：通过耦合天线被馈送到管道内的微波能量的衰减很低，使得来自管道壁的反射以波导模式形成干涉图案，或者从一个天线到另一天线的能量的耦合(插入损耗)由直接电容性的耦合进行控制(在该情况下，频率低于管道内波导模式的最低截止频率)。高损耗：介质中微波的损耗很高，使得从管道壁反射的并因而比从天线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相测量仪系统，用于测量管道中流体流的组成和/或盐度，所述多相测量仪系统包括：共振测量装置，其包括用于在所述管道中提供第一频率范围内的变化电磁场的发射天线和用于在所述管道中测量所述场的共振特性的接收器天线，以及用于确定所述共振的品质的评估装置；传输测量装置，其包括用于发送第二频率范围内的变化电磁信号的发射天线，位于距所述发送器天线不同距离处的至少两个接收器天线，以及时间测量装置，所述时间测量装置用于对在所述两个接收器天线处接收到的传输信号之间的相差以及所测量的阻尼差进行确定；所述传输测量装置和所述共振测量装置被定位成在基本相同的流体体积中进行测量；以及控制装置，其用于将共振品质与预定阈值进行比较，并且当所述共振品质高于所述阈值时根据所述共振特性对所述组成和/或盐度进行计算，或当所述共振品质低于所述阈值时根据所述传输时间差和损耗对所述组成和/盐度进行计算。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.30 NO 201205021.一种多相测量仪系统，用于测量管道中流体流的组成和/或盐度，所述多相测量仪系统包括：共振测量装置，其包括用于在所述管道中提供第一频率范围内的变化电磁场的发射天线和用于测量所述变化电磁场在所述管道中的共振的特性的接收器天线，以及用于确定所述共振的品质的评估装置；传输测量装置，其包括用于发送第二频率范围内的变化电磁信号的发射天线，位于距该发射天线不同距离处的至少两个接收器天线，以及时间测量装置，所述时间测量装置用于对在所述至少两个接收器天线处接收到的传输信号之间的相差以及所测量的阻尼差进行确定；所述传输测量装置和所述共振测量装置被定位成在基本相同的流体体积中进行测量；以及控制装置，其用于将所述共振的品质与预定阈值进行比较，并且当所述共振的品质高于所述阈值时根据所述共振的特性对所述组成和/或盐度进行计算，或当所述共振的品质低于所述阈值时根据传输时间差和损耗对所述组成和/盐度进行计算。2.根据权利要求1所述的多相测量仪，其中，所述共振的品质和相应阈值为共振峰的Q因子。3.根据权利要求1所述的多相测量仪，其中，所述共振测量装置和所述传输测量装置的发射天线由相同的天线构成。4.根据权利要求3所述的多相测量仪，其中，所述共振测量装置的接收器天线由所述传输测量装置的接收器天线中的一个构成。5.根据权利要求1所述的多相测量仪，其中，所述第一频率范围和所述第二频率范围至少部分重叠。6.根据权利要求1所述的多相测量仪，其中，所述传输信号具有对应于所述第一频率范围和所述第二频率范围的宽带频率。7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃伯·古斯塔夫·耐福斯，
申请(专利权)人：朗盛流量测量公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO